NASA använder en 150 år gammal fototeknik med några klockor från 2000-talet för att fånga unika och fantastiska bilder av chockvågorna skapade av supersoniska flygplan.
Tekniken kallas schlieren och kan användas för att visualisera supersoniskt luftflöde med fullskaliga flygplan under flygning. Vanligtvis kan detta bara göras i vindtunnlar med skalmodeller, men att kunna studera verkliga flygplan som flyger genom jordens atmosfär ger bättre resultat och kan hjälpa ingenjörer att utforma bättre och tystare supersoniska plan.
Och en sidofördel är att bilderna är fantastiska och dramatiska, vilket skapar lite "chock" och vördnad.
Tidigare i år släppte NASA några schlieren-bilder tagna med en höghastighetskamera monterad på undersidan av en NASA Beechcraft B200 King Air, som fångade bilder med 109 bilder per sekund medan ett supersoniskt flygplan passerade flera tusen fot under ett fläckigt dessertgolv . Speciell bildbehandlingsprogramvara användes för att ta bort ökenbakgrunden, sedan kombinera och genomsnittliga flera ramar, vilket ger en tydlig bild av chockvågorna. Detta kallas luft-till-luft-schlieren.
"Luft-till-luft-schlieren är en viktig flygtestteknik för att lokalisera och karakterisera, med hög rumslig upplösning, chockvågor som härrör från supersoniska fordon," säger Dan Banks, den huvudsakliga utredaren för projektet, som görs vid NASA: s Armstrong Flight Research Center vid Edwards Air Force Base. "Det gör att vi kan se chockvåggeometri i den verkliga atmosfären när målplanet flyger genom temperatur- och luftfuktighetsgradienter som inte kan dupliceras i vindtunnlar."
Men nu har de börjat använda en teknik som kan ge bättre resultat: att använda solen och månen som en upplyst bakgrund. Denna bakgrundsbelysta metod kallas Bakgrundsorienterad Schlieren med Celestial Objects, eller BOSCO.
Den fläckiga bakgrunden eller en ljus ljuskälla används för att visualisera aerodynamiska flödesfenomen som genereras av flygplan eller andra föremål som passerar mellan kameran och bakgrunden.
NASA förklarar tekniken:
"Flödesvisualisering är ett av de grundläggande verktygen för luftfartsforskning, och schlieren-fotografering har använts under många år för att visualisera graden av lufttäthet orsakad av aerodynamiskt flöde. Traditionellt har denna metod krävt komplex och exakt anpassad optik såväl som en ljus ljuskälla. Brytade ljusstrålar avslöjade intensiteten hos lufttäthetsgradenter runt testobjektet, vanligtvis en modell i en vindtunnel. Att fånga Schlieren-bilder av ett flygplan i full skala under flygning var ännu mer utmanande på grund av behovet av exakt anpassning av planet med kameran och solen. ”
Sedan finns det variationer på denna teknik. En ny demonstration använde Calcium-K Eclipse Background Oriented Schlieren (CaKEBOS). Enligt Armstrongs huvudutredare Michael Hill var CaKEBOS ett bevis på koncepttest för att se hur effektivt solen kunde användas för bakgrundsorienterad schlierenfotografering.
"Att använda ett himmelobjekt som solen för en bakgrund har många fördelar när du fotograferar ett flygande flygplan," sade Hill. "Med bildsystemet på marken kan målplanet vara i valfri höjd så länge det är tillräckligt långt borta för att vara i fokus."
Forskare tyckte att den markbaserade metoden var betydligt mer ekonomisk än luft-till-luft-metoder, eftersom du inte behöver ha ett andra flygplan med specialmonterad kamerautrustning. Teamet sa att de kan använda utrustning utanför hyllan.
Schlieren-bilder uppfanns ursprungligen 1864 av den tyska fysikern August Toepler.
Läs mer om luft-till-luft-tekniken här och BOSCO-teknikerna här.
