Grandissimi Risultati nella Ricerca sulle Onde d'Urto Ottenuti con i Voli di BOSCO


Un velivolo Air Force Test Pilot School T-38 passa di fronte al Sole a velocità supersoniche, creando onde d'urto immortalate con la tecnica fotografica schlieren. Credit: NASA Photo / Ken Ulbrich
Un velivolo Air Force Test Pilot School T-38 passa di fronte al Sole a velocità supersoniche, creando onde d'urto immortalate con la tecnica fotografica schlieren. Credit: NASA Photo / Ken Ulbrich

Con il Sole sullo sfondo e la tecnologia – il cui brevetto è ancora in sospeso – del Background Oriented Schlieren using Celestial Objects (BOSCO) sono state immortalate delle immagini uniche delle onde d'urto create da un aeromobile al momento del superamento della velocità del suono. Le centinaia di dati raccolti in due voli avvenuti con successo permetteranno agli ingegneri della NASA di proseguire nello sviluppo di un nuovo aeromobile supersonico che produrrà un leggero tonfo al posto di un violento boom sonico.

Le molecole presenti nell'aria viaggiano proprio alla velocità del suono. Quano un oggetto (ad esempio un aereo) che emette suoni si avvicina a questa velocità, le onde che partono da muso si ritrovano più “schiacciate” tra di loro – perché man mano che vengono emesse l'aereo si muove nella loro direzione – mentre dietro sono più distanti l'una dall'altra.

Schema che mostra la formazione del cosiddetto "bang sonico". Credit: Fightertown
Schema che mostra la formazione del cosiddetto "bang sonico". Credit: Fightertown

Appena l'aereo supera questa velocità è come se le onde formassero una sorta di muro sonoro: quando lo si supera, si viene colpiti da un'onda d'urto (anche se è più corretto dire che siamo noi ad andare a scontrarci contro quest'onda), dopodiché non troveremo più onde davanti a noi ma solo dietro, a formare un cono (come la scia di una nave: anche la nave è più veloce delle onde che crea in acqua il suo passaggio).

Superamento della velocità del suono da parte di un aeromobile. Quello che si può vedere è il cono, generato dalle onde sonore che si propagano dietro al mezzo. Credit: daum.net
Superamento della velocità del suono da parte di un aeromobile. Quello che si può vedere è il cono, generato dalle onde sonore che si propagano dietro al mezzo. Credit: daum.net

Ma come si è potuto immortalare così bene le onde sonore ci è spiegato da Mike Hill, a capo del progetto BOSCO. “Il filtro idrogeno alpha di base osserva la luce proveniente da certi atomi di idrogeno sulla superficie del Sole”, afferma Hill. “Guardando ad una specifica lunghezza d'onda, esso fornisce la struttura sull'immagine del Sole. Quella struttura è ciò che usiamo per processare le immagini grezze in immagini schlieren.”

La tecnica schlieren che può rendere visibili delle strutture fluttuanti invisibili (come possono essere ad esempio delle correnti). Nonostante sia già in uso da oltre un secolo, solo recentemente si è riusciti a portare questa tecnica fotografica al volo e ciò ha permesso di enfatizzare moltissimo i dettagli delle immagini riprese.

Particolare delle onde d'urto generate dall'aeromobile U.S. Air Force Test Pilot School T-38, catturate dalle camere ad alta velocità posizionate a terra e dotate di filtro idrogeno alpha. Credit: NASA Photo
Particolare delle onde d'urto generate dall'aeromobile U.S. Air Force Test Pilot School T-38, catturate dalle camere ad alta velocità posizionate a terra e dotate di filtro idrogeno alpha. Credit: NASA Photo

Per questo particolare esperimento, la NASA ha utilizzato un aeromobile U.S. Air Force Test Pilot School T-38, che viaggia tranquillamente a velocità supersoniche. La prova è stata performata presso l'Armstrong Flight Research Center di Edwards della NASA, in California, e la camera ad alta velocità utilizzata per le riprese ha sfruttato proprio un filtro solare idrogeno alpha.

“Un vantaggio di BOSCO è che stiamo volando su un aeroplano”, prosegue Hill. “Possiamo avere le nostre camere a terra, e possiamo utilizzare telescopi di consumo ed equipaggiamento non soppesato per il volo. Non abbiamo bisogno di posizionare nessun equipaggiamento per l'imaging su un aeroplano, per cui ci sono ovvi risparmi in costi operazionali.” Il Background Oriented Schlieren (BOS) distorce le strutture sullo sfondo, permettento l'analisi della posizione delle onde, tracciate e comparate in una serie di immagini catturate dalle varie camere ad alta velocità.

BOSCO è il progetto successore del Calcium-K Eclipse Background Oriented Schlieren (CaKEBOS), che ha inizialmente convalidato l'uso del Sole come sfondo per la fotografia BOS: la speranza è che il nuovo sistema di imaging usato da BOSCO catturi una ripresa più dettagliata del campo intorno all'aeromobile.

Giulia Murtas

Fonte: http://www.nasa.gov/centers/armstrong/features/bosco.html

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