Erste Aufnahme zweier interagierender Überschall-Schockwellen Doppelter Überschall-Schock - scinexx | Das Wissensmagazin
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Erste Aufnahme zweier interagierender Überschall-Schockwellen

Doppelter Überschall-Schock

Überschall-Schockwellen
Die ist die erste Aufnahme der Überschall-Schockwellen bei zwei in Formation fliegenden Flugzeugen. © NASA

Wenn ein Flugzeug schneller fliegt als der Schall, hören wir einen lauten Knall. Er resultiert aus einer Verformung und Kompression der Schallwellen, die nicht hinterher kommen. Hier ist erstmals zu sehen, wie diese überschall-Schallwellen bei zwei in Formation fliegenden Flugzeugen aussehen. Der NASA gelang diese Aufnahme mithilfe einer speziellen Kameratechnik von Bord eines dritten Flugzeugs aus.

Schall ist nichts anderes ist als eine wellenförmige Schwankung des Luftdrucks – und diese lässt sich sichtbar machen. Dafür haben Forscher der NASA die 150 Jahre alte Technik der Schlieren-Fotografie modifiziert. Voraussetzung dafür ist eine helle oder gefleckte Lichtquelle im Hintergrund. Durch eine Speziallinse betrachtet erscheinen die schallbedingten Luftturbulenzen in diesem Gegenlicht als ein Muster hellerer und dunklerer Streifen. Wie die Überschall-Schockwelle eines einzelnen Düsenjägers aussieht, hat die NASA mit der Schlieren-Fotografie schon vor einigen Jahren sichtbar gemacht.

Schwieriges Timing

Doch erst jetzt ist der nächste Schritt gelungen: Die Abbildung von Überschall-Schockwellen zweier in Formation fliegender Düsenflugzeuge. Sie enthüllt erstmals, wie die Schallwellen der beiden knapp zehn Meter voneinander entfernt fliegenden T-38-Düsenjäger interagieren. „Wir hätten nie gedacht, dass das so klar und schön sichtbar wird“, sagt J.T. Heineck vom Ames Research Center der NASA. „Ich bin wirklich begeistert, wie gut diese Bilder geworden sind.“

Die Aufnahmen waren jedoch alles andere als einfach. Eingesetzt wurde dafür eine Spezialkamera an Bord einer umgebauten B-200 King Air, die 1.400 Bilder pro Sekunde aufnehmen kann – allerdings nur drei Sekunden lang. „Die größte Herausforderung war es daher, das richtige Timing zu finden“, erklärt Projektleiterin Heather Maliska von der NASA. Das in gut 9.000 Metern Höhe fliegende Kameraflugzeug musste genau in dem Moment die Aufnahme starten, als die beiden rund 600 Meter tiefer vorbeifliegenden Düsenjets ins Kamerasichtfeld kamen.

Verbogene Schockwelle

Doch es gelang: Zum ersten Mal ist in den Aufnahmen das hochaufgelöste Muster der interagierenden Überschall-Schockwellen zu sehen. „Wenn man sich den hintere T-38-Jet anschaut, sieht man, dass die Schockwellen in einer Art Kurve wechselwirken“, sagt Neal Smith vom Fluidmechanik-Labor des Ames Research Center. „Das kommt daher, dass die hintere T-38 in der Heckwelle der vorderen fliegt. Ihre Schockwellen sind daher leicht anders geformt.“

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Diese Abbildungen von Überschall-Schockwellen sind mehr als nur fotografische Spielerei oder ein PR-Gag der NASA. Denn sie sollen dabei helfen, künftig leisere Überschall-Jets zu entwickeln. Ein erstes Testflugzeug dieser Art ist bei der NASA bereits in Arbeit, das sogenannte X-59 Quiet SuperSonic Technology X-Plane, kurz X-59 QueSST. Dieses soll mit Überschalltempo fliegen, aber dabei seine Schockwelle so manipulieren, dass statt des typischen Knalls nur ein leises Grummeln zu hören ist.

Quelle: NASA

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