NASA gebruikt een 150 jaar oude fotografische techniek met een paar aanpassingen in de 21e eeuw om unieke en verbluffende beelden vast te leggen van de schokgolven die door supersonische vliegtuigen zijn gecreëerd.
Genaamd schlieren-beeldspraak, de techniek kan worden gebruikt om supersonische luchtstroom te visualiseren met grootschalige vliegtuigen tijdens de vlucht. Meestal kan dit alleen in windtunnels met schaalmodellen, maar het kunnen bestuderen van echte vliegtuigen die door de atmosfeer van de aarde vliegen, levert betere resultaten op en kan ingenieurs helpen betere en stillere supersonische vliegtuigen te ontwerpen.
En een bijkomend voordeel is dat de beelden verbazingwekkend en dramatisch zijn, wat een beetje "shock" en ontzag opwekt.
Eerder dit jaar bracht NASA enkele schlieren-beelden uit die waren genomen met een hogesnelheidscamera aan de onderkant van een NASA Beechcraft B200 King Air, die beelden vastlegde met 109 frames per seconde, terwijl een supersonisch vliegtuig enkele duizenden voet onder een gespikkelde dessertvloer passeerde. . Er werd speciale beeldverwerkingssoftware gebruikt om de woestijnachtergrond te verwijderen en vervolgens meerdere frames te combineren en te gemiddelde, wat een duidelijk beeld geeft van de schokgolven. Dit heet air-to-air schlieren.
"Air-to-air schlieren is een belangrijke vluchttesttechniek voor het lokaliseren en karakteriseren van schokgolven van supersonische voertuigen met een hoge ruimtelijke resolutie", zegt Dan Banks, de hoofdonderzoeker van het project, bij NASA's Armstrong Flight Research Centrum op Edwards Air Force Base. "Het stelt ons in staat de geometrie van de schokgolven in de echte atmosfeer te zien terwijl het doelvliegtuig door temperatuur- en vochtigheidsgradiënten vliegt die niet kunnen worden gedupliceerd in windtunnels."
Maar nu zijn ze begonnen met een techniek die betere resultaten kan opleveren: de zon en de maan gebruiken als een verlichte achtergrond. Deze methode met achtergrondverlichting wordt Achtergrondgeoriënteerde Schlieren genoemd met behulp van Hemelse Objecten of BOSCO.
De gespikkelde achtergrond of een heldere lichtbron wordt gebruikt voor het visualiseren van aerodynamische stromingsverschijnselen die worden gegenereerd door vliegtuigen of andere objecten die tussen de camera en de achtergrond passeren.
NASA legt de techniek uit:
“Flowvisualisatie is een van de fundamentele instrumenten van luchtvaartonderzoek, en schlierenfotografie wordt al vele jaren gebruikt om luchtdichtheidsgradiënten te visualiseren die worden veroorzaakt door aerodynamische stroming. Traditioneel vereiste deze methode complexe en nauwkeurig uitgelijnde optica, evenals een heldere lichtbron. Gereflecteerde lichtstralen onthulden de intensiteit van luchtdichtheidsgradiënten rond het testobject, meestal een model in een windtunnel. Het vastleggen van schlieren-beelden van een vliegtuig op ware grootte tijdens de vlucht was nog uitdagender vanwege de behoefte aan een nauwkeurige uitlijning van het vliegtuig met de camera en de zon. ”
Dan zijn er variaties op deze techniek. Een recente demonstratie gebruikte Calcium-K Eclipse Background Oriented Schlieren (CaKEBOS). Volgens Armstrong-hoofdonderzoeker Michael Hill was CaKEBOS een proof of concept-test om te zien hoe effectief de zon kon worden gebruikt voor achtergrondgerichte schlierenfotografie.
"Het gebruik van een hemellichaam zoals de zon als achtergrond heeft veel voordelen bij het fotograferen van een vliegend vliegtuig", zei Hill. "Met het beeldsysteem op de grond kan het doelvliegtuig zich op elke hoogte bevinden, zolang het maar ver genoeg is om scherp te stellen."
Onderzoekers ontdekten dat de op de grond gebaseerde methode aanzienlijk zuiniger is dan lucht-naar-lucht-methoden, omdat je geen tweede vliegtuig hoeft te hebben met speciaal gemonteerde camera-apparatuur. Het team zei dat ze gebruiksklare apparatuur kunnen gebruiken.
Schlieren-beelden zijn oorspronkelijk in 1864 uitgevonden door de Duitse natuurkundige August Toepler.
Lees hier meer over de air-to-air-techniek en de BOSCO-technieken hier.
