NASAs ikoniske Red Vortex-bilde: 'Resten av historien'

av Bruce J. Holmes

Siden tidlig på 1980-tallet har jeg hatt spørsmål om et ikonisk bilde som skildrer en dramatisk, karmosinrød kjølvannsvirvel. Dette bildet, som mine tidligere NASA-kolleger og jeg har en dyp forbindelse med, provoserer frem en fortelling om 'resten av historien.'

Bildet ble tatt under et NASA-forskningsprogram med tittelen 'Aerial Applications Research'. Den røde røykskjermen som flyet fløy gjennom, ble produsert ved å tenne røykbomber inne i en lengde av jernvarebutikk-rennerør (som er smart utformet av en av forskerne på prosjektet). Det tok uker med prøving og feiling som involverte forskjellige røykfarger og venting på den perfekte himmelen og vinden for å få de fotografiske forholdene akkurat. Jeg sto til høyre for flybanen til Ayers Thrush Commander-flyet da det automatiserte kamerasystemet tok mange bilder per sekund og flyet brølte forbi.



Fallowsblogger_NASA_2-3_post.jpg

Arven til bildet starter under Jimmy Carters administrasjon - ikke et faktum som ville hoppet av siden for de fleste av oss. Carter, en peanøttbonde fra Georgia, brakte til Washington D.C. en person som tilbrakte litt tid ved NASA-hovedkvarteret, og tok til orde for forskning som kunne hjelpe bønder med et plagsomt problem som involverer bruk fra luften (eller støving av avlinger på folkemunne). Problemet var at strømmen bak flyvingen forstyrrer den ønskede jevne spredningen av frø eller kjemikalier og kan føre spray til steder som skaper problemer (for eksempel bekker).

Fysikken ved å produsere løft med en vinge skaper et flyvåkne som har en stor virvel (tornado) generert ved hver vingespiss. Styrken til denne virvelen øker når flyvekten øker. Strømmen fra en vingespiss på en avlingsstøver plukker opp frøene eller kjemikaliene og sender dem langt fra området rett under flyet. Den sterke snurrende strømmen i virvelen kan også forårsake et problem for andre fly under visse forhold. NASA og FAA hadde gjort omfattende undersøkelser fra 1970-tallet og fortsetter i dag for å forstå og forutsi flyt bak transportfly for å bestemme sikre separasjonsavstander (avstand mellom fly). Vi trodde at denne forskningen kunne hjelpe 'Aerial Applications Research'-programmet, kanskje hvis fysikken til flyten bak avlingsstøvere kunne forstås, forutses og temmes.

Fordi vi ser databilder på TV av fly på størrelse med fylker som flyr over et kart over USA, kommer vi til å tenke på luftrommet som overfylt. I virkeligheten er ikke luftrommet overfylt. I stedet er rullebanene og ankomstkøen av fly som står i kø til land overfylt. Flyene er plassert i køen som holder hvert fly trygt etter et fly unna den snurrende kjølvannsvirvelen til det forrige flyet.

Før dette bildet ble tatt, trakk de involverte NASA-forskerne sammen all kjent teori og eksperimentell informasjon om virvelen, med ideen om å utvikle et dataprogram for å forutsi dette strømningsmønsteret. (Dette var i de aller første dagene av databehandling – tenk på magnetbånd.) Underveis møtte vi en samling interessante mennesker, inkludert innehaveren av et patent for 'Distributor Wing Aerial Applications Aircraft'. Her er det originale patentet.

Ideen i dette patentet var å blåse luft og frø eller gjødsel gjennom kanaler inne i vingen og bruke virvelen til å spre materialene på et bredere skår. Dette spennende konseptet nådde et begrenset utførelsesnivå i Russland i form av det polskbygde PZL (Milek) M-15, turbofan-drevne landbruksfly.

Vår forskning førte til arbeidet med et oppstartsbedrift for beregningsmetoder i Princeton, NJ, Continuum Dynamics, Inc., for å utvikle en omfattende CFD-kode for å forutsi hvor spray og frø ville fly bak vingen til en avlingsstøver. Det dataarbeidet førte til testene ved NASAs Wallops Flight Research Center, hvor vi tok dette bildet, for å bevise for oss selv at datametoden fungerte. Det gjorde det.

På bildet, under flybanen, er plastrør synlige som vi rullet ut klebrig tape på for å samle glassperler av varierende størrelse som ble løsnet fra bevegelige beholdere plassert under vingen. Resultatene av testingen viste at datamaskinen var et utmerket verktøy for oppgaven med å designe sprøytesystemer på fly.

Den oppgaven resulterte i tidenes mest kjente virvelstrømsbilde (kanskje litt overdrevet), vist her . Dette bildet dukker opp praktisk talt hvor som helst hvor temaet våkneturbulens, våknevirvel og flyvåkner diskuteres. Vi forestilte oss aldri verdien av bildet den gang.

Og nå, som min kollega i Minnesota, Paul Harvey, pleide å si, vet du 'resten av historien.'

Bruce J. Holmes, pensjonert fra sin NASA-karriere innen offentlig entreprenørisme, praktiserer nå kunsten i privat sektor som administrerende direktør, NextGen AeroSciences.

Bilde: NASA Langley Research Center.