NASA bruger en 150 år gammel fotografisk teknik med nogle få tweak fra det 21. århundrede for at fange unikke og fantastiske billeder af chokbølger skabt af supersoniske fly.
Teknikken kaldes schlieren-billeder, og teknikken kan bruges til at visualisere supersonisk luftstrøm med fuldskala fly under flyvning. Normalt kan dette kun udføres i vindtunneler ved hjælp af skalamodeller, men at være i stand til at studere fly i stor størrelse, der flyver gennem Jordens atmosfære, giver bedre resultater og kan hjælpe ingeniører med at designe bedre og mere støjsvage supersoniske fly.
Og en sidefordel er, at billederne er fantastiske og dramatiske, hvilket skaber et lille "chok" og ærefrygt.
Tidligere i år frigav NASA nogle schlieren-billeder taget med et højhastighedskamera monteret på undersiden af en NASA Beechcraft B200 King Air, der fandt billeder med 109 billeder i sekundet, mens et supersonisk fly passerede flere tusinde meter under et plettet dessertgulv . Speciel billedbehandlingssoftware blev brugt til at fjerne ørkenens baggrund og derefter kombinere og gennemsnit flere rammer, der producerer et klart billede af chokbølgerne. Dette kaldes luft-til-luft schlieren.
”Luft-til-luft-schlieren er en vigtig flyvetestteknologi til lokalisering og karakterisering med høj rumlig opløsning, chokbølger, der stammer fra supersoniske køretøjer,” sagde Dan Banks, den største efterforsker af projektet, der udføres ved NASAs Armstrong Flight Research Center ved Edwards Air Force Base. "Det giver os mulighed for at se stødbølgeometrien i den virkelige atmosfære, når målflyet flyver gennem temperatur- og fugtighedsgradenter, som ikke kan duplikeres i vindtunneler."
Men nu er de begyndt at bruge en teknik, der muligvis giver bedre resultater: at bruge Solen og Månen som en oplyst baggrund. Denne baggrundsbelyste metode kaldes Baggrundsorienteret Schlieren ved hjælp af Celestial Objects eller BOSCO.
Den flekkede baggrund eller en klar lyskilde bruges til at visualisere aerodynamiske strømningsfenomener genereret af fly eller andre genstande, der passerer mellem kameraet og baggrunden.
NASA forklarer teknikken:
”Flowvisualisering er et af de grundlæggende værktøjer inden for luftfartforskning, og schlieren-fotografering er blevet brugt i mange år til at visualisere luftdensitetsgradienter forårsaget af aerodynamisk strømning. Traditionelt har denne metode krævet kompleks og præcist justeret optik såvel som en lys lyskilde. Brydede lysstråler afslørede intensiteten af lufttæthedsgradienter omkring testobjektet, normalt en model i en vindtunnel. At fange schlieren-billeder af et fly i fuld skala under flyvning var endnu mere udfordrende på grund af behovet for en præcis justering af flyet med kameraet og solen. ”
Derefter er der variationer på denne teknik. En nylig demonstration anvendte Calcium-K Eclipse Baggrundsorienteret Schlieren (CaKEBOS). Ifølge Armstrongs hovedundersøger Michael Hill var CaKEBOS et bevis på koncepttest for at se, hvor effektivt Solen kunne bruges til baggrundsorienteret schlierenfotografering.
”At bruge et himmelobjekt som solen til en baggrund har mange fordele, når man fotograferer et flyvende fly,” sagde Hill. "Med billeddannelsessystemet på jorden kan målflyet være i enhver højde, så længe det er langt nok til at være i fokus."
Forskere fandt, at den jordbaserede metode var væsentligt mere økonomisk end luft-til-luft-metoder, da du ikke behøver at have et andet fly, der bærer specielt monteret kameraudstyr. Holdet sagde, at de kan bruge udstyr uden for hylden.
Schlieren-billedsprog blev oprindeligt opfundet i 1864 af den tyske fysiker August Toepler.
Find ud af mere om luft-til-luft-teknikken her og BOSCO-teknikkerne her.
