

你可能听过音爆——如果一架超音速飞机从你头顶飞过,你就会听到响亮的声音。但事实证明,即使没有声音,超音速飞机飞行产生的激波图像也很壮观。在上图的图像中,美国宇航局拍摄了两架T-38飞机在加利福尼亚上空以略高于音速的速度飞行。
为了拍摄这张照片,NASA使用了一架 “超级君王航空”号(Super King Air)涡轮螺旋桨飞机,该飞机在30,000英尺的高度以约160英里/小时的 指示空速 飞行。这两架超音速喷气机前后相距约30英尺,垂直相距约10英尺,在拍摄图像时,它们位于“君王航空”号飞机下方约2,000英尺处。
“君王航空”号的机腹有可以打开或关闭的舱口,摄影设备就安装在其中一个舱口中,以便向下拍摄。
“我们有高分辨率、高速相机,我们正在拍摄沙漠地面,” NASA位于加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心的资深研究工程师Dan Banks说。“然后目标飞机——在这种情况下是T-38——会在下面飞行。”
在下方的图像中,你可以看到一架T-38侧身飞行,突破音障。在这种情况下,进行拍摄的涡轮螺旋桨飞机仍然在超音速喷气机上方,但T-38已经侧身翻滚。
Banks解释说,当超音速飞机在空气中飞行时,激波会形成,这几乎就像一艘快艇前面的船头波。“空气基本上无法绕开,”他说。“大自然处理这个问题的方式是,它会产生激波。”在上图中,T-38飞行的速度是1.01马赫,略高于音速。(1马赫是音速,音速会根据飞机的高度而变化。)
由于空气密度发生变化,激波是可拍摄的。“密度变化会导致折射率发生变化,” Banks说,他将其比作在玻璃杯中看到的浸入水中的勺子会显得扭曲。“当激波掠过沙漠地面时,你会看到地面特征——在这种情况下是灌木丛——似乎在轻微移动。”换句话说,激波之所以可见,是因为它们扭曲了背景,就像夏天炎热的停车场散发出的热量会改变你对后面景物的看法一样。
NASA不得不做一些工作来完成这张照片——用于显示激波的图像层并没有清晰地显示飞机。“飞机看起来几乎像幽灵,” Banks说。通过将该层与另一层清晰显示飞机的图像层相结合,然后进行着色,他们才得以制作出上图。
那么,为什么要这样做呢?NASA正在研发一款名为X-59 QueSST的飞机——该机构的目标是让该飞机达到超音速,但 声音不大。NASA在一份 声明 中表示,它应该只会产生“低沉的隆隆声”。Banks说,像这样的研究将有助于该机构实现这一目标,因为它有助于他们可视化超音速激波的发生过程。

