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麦克风检测到数百英里外的湍流

Spinoff 是 NASA 的年度出版物,主要介绍成功商业化的 NASA 技术。这种商业化促进了健康和医药、消费品、交通、公共安全、计算机技术和环境资源领域的产品和服务的发展。

大气中的一切都可以发出声音——火山隆隆作响,瀑布崩塌——但这种声音比我们的耳朵所感知的要多。就像红外线由肉眼不可见的频率组成一样,有一种称为次声的音频模拟,由人耳无法听到的音高(0.001 到 20 赫兹)组成。

飞行时有时遇到的突然湍流称为晴空湍流,之所以如此命名是因为没有可见的云或大气特征来警告中断。湍流的看不见的空气似乎不知从何而来,对飞机造成严重破坏。

尽管在视觉上不容易检测到,但晴空湍流具有明确的次声特征。位于弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 兰利研究中心的研究人员 Qamar Shams 和 Allan Zuckerwar 意识到,如果空中交通管制员或飞行员能够在飞机遇到这些旋转涡流之前听到它们,就可以绘制出一条替代路线。

他们的实验始于 2007 年,但最初的测试表明,他们不能只抓住任何现成的麦克风并期望它能够与次声波一起工作。长波频率被高频声音压倒,导致干扰。

两人开始开发可以高保真聆听这些低频的东西。麦克风使用移动隔膜来拾取声波导致表面振动的音频。研究人员使用了一个具有大半径的低张力隔膜,并在其后面配备了一个大型密封气室,以使麦克风能够听到这些传播很远距离的超低声波。次声波麦克风由纽约 Depew 的 PCB Piezotronics 根据与 Langley 的合同制造。

传感器完成后,测试开始。当麦克风以等距三角形的方式放置在兰利跑道周围时,它们能够接收并定位 300 多英里外的大气湍流。

到 2017 年,该技术获得了 NASA 年度商业发明奖,并在国防部进行了地面测试,并在桑迪亚国家实验室进行了研究以验证其性能,但尚未在任何飞机上飞行。 Stratodynamics Lewes, DE 对湍流探测的兴趣很快就会改变这一点。

Stratodynamics 意识到麦克风系统具有作为飞行中湍流检测传感器的巨大潜力,并寻找测试该技术的机会。在获得 NASA 的专利授权后,该公司开始在名为 HiDRON 的无人平流层滑翔机上实施该传感器。

Stratodynamics 已经将他们的气球发射 HiDRON 滑翔机提升到超过 100,000 英尺的高度,然后它会慢慢地返回地球。在次声麦克风和测风探头的帮助下,无人机可以在一定距离测量其路径中的湍流强度,并可能检测热柱以使飞机航行更长时间。目前,更多的工作正在进行中,以设计理解湍流特征强度和范围所需的算法。

研究人员希望次声波传声器提供的数据在检测和预测湍流、空中交通管制决策和航空路线规划方面变得无处不在。

在 NASA.gov 上阅读这个故事和其他 NASA 衍生产品 .


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