NASA wykorzystuje 150-letnią technikę fotograficzną z kilkoma drobnymi poprawkami XXI wieku, aby uchwycić unikalne i oszałamiające obrazy fal uderzeniowych wytwarzanych przez naddźwiękowe samoloty.
Technika ta, zwana zdjęciami Schlierena, może być wykorzystana do wizualizacji naddźwiękowego przepływu powietrza w samolocie w pełnej skali. Zwykle można tego dokonać tylko w tunelach aerodynamicznych przy użyciu modeli w skali, ale możliwość studiowania samolotów rzeczywistych przelatujących przez ziemską atmosferę zapewnia lepsze wyniki i może pomóc inżynierom w projektowaniu lepszych i cichszych samolotów naddźwiękowych.
Dodatkową korzyścią jest to, że obrazy są niesamowite i dramatyczne, tworząc trochę „szoku” i podziwu.
Na początku tego roku NASA opublikowała kilka zdjęć schlierena wykonanych za pomocą szybkiej kamery zamontowanej na spodzie NASA Beechcraft B200 King Air, która rejestrowała obrazy z prędkością 109 klatek na sekundę, podczas gdy naddźwiękowy samolot przelatywał kilka tysięcy stóp pod cętkowaną deserową podłogą . Zastosowano specjalne oprogramowanie do przetwarzania obrazu, aby usunąć pustynne tło, a następnie połączyć i uśrednić wiele klatek, co daje wyraźny obraz fal uderzeniowych. Nazywa się to schlieren powietrze-powietrze.
„Schlieren powietrze-powietrze to ważna technika próbowania w locie do lokalizacji i charakteryzowania, z wysoką rozdzielczością przestrzenną, fal uderzeniowych pochodzących z pojazdów naddźwiękowych” - powiedział Dan Banks, główny badacz projektu, przeprowadzony w NASA Armstrong Flight Research Centrum w bazie sił powietrznych Edwards. „Pozwala nam zobaczyć geometrię fali uderzeniowej w prawdziwej atmosferze, gdy docelowy samolot leci przez gradienty temperatury i wilgotności, których nie można powielić w tunelach aerodynamicznych.”
Ale teraz zaczęli stosować technikę, która może zapewnić lepsze wyniki: wykorzystanie Słońca i Księżyca jako oświetlonego tła. Ta podświetlana metoda nazywa się Schlieren zorientowanym na tło przy użyciu obiektów niebieskich lub BOSCO.
Cętkowane tło lub jasne źródło światła służy do wizualizacji zjawisk przepływu aerodynamicznego generowanych przez samolot lub inne obiekty przechodzące między kamerą a tłem.
NASA wyjaśnia technikę:
„Wizualizacja przepływu jest jednym z podstawowych narzędzi badań aeronautycznych, a fotografia Schlierena jest używana od wielu lat do wizualizacji gradientów gęstości powietrza spowodowanych przepływem aerodynamicznym. Tradycyjnie ta metoda wymagała złożonej i precyzyjnie dopasowanej optyki, a także jasnego źródła światła. Załamane promienie świetlne ujawniły intensywność gradientów gęstości powietrza wokół badanego obiektu, zwykle model w tunelu aerodynamicznym. Wykonywanie schlierenowych zdjęć samolotu w pełnej skali było jeszcze trudniejsze ze względu na potrzebę precyzyjnego ustawienia samolotu w stosunku do kamery i słońca. ”
Istnieją różne warianty tej techniki. W jednej z ostatnich demonstracji wykorzystano tło zorientowane na pochodzenie Calcium-K Eclipse w tle (CaKEBOS). Według głównego badacza Armstronga, Michaela Hilla, CaKEBOS był testem koncepcyjnym, aby przekonać się, jak skutecznie Słońce można wykorzystać do fotografii schlieren zorientowanej na tło.
„Użycie na niebie obiektu niebieskiego, takiego jak słońce, ma wiele zalet podczas fotografowania latającego samolotu” - powiedział Hill. „Dzięki systemowi obrazowania na ziemi docelowy samolot może znajdować się na dowolnej wysokości, o ile jest wystarczająco daleko, aby móc ustawić ostrość”.
Badacze odkryli, że metoda naziemna jest znacznie bardziej ekonomiczna niż metody powietrze-powietrze, ponieważ nie trzeba mieć drugiego samolotu, który ma specjalnie zamontowany sprzęt do kamery. Zespół powiedział, że mogą korzystać z gotowego sprzętu.
Zdjęcia Schlieren zostały pierwotnie wynalezione w 1864 roku przez niemieckiego fizyka Augusta Toeplera.
Dowiedz się więcej o technice powietrze-powietrze tutaj i technikach BOSCO tutaj.
