Die NASA verwendet eine 150 Jahre alte Fototechnik mit einigen Verbesserungen des 21. Jahrhunderts, um einzigartige und atemberaubende Bilder der von Überschallflugzeugen erzeugten Stoßwellen aufzunehmen.
Die als Schlierenbilder bezeichnete Technik kann verwendet werden, um den Überschallluftstrom mit Flugzeugen in Originalgröße im Flug zu visualisieren. Normalerweise kann dies nur in Windkanälen mit maßstabsgetreuen Modellen durchgeführt werden. Die Untersuchung realer Flugzeuge, die durch die Erdatmosphäre fliegen, liefert jedoch bessere Ergebnisse und kann Ingenieuren helfen, bessere und leisere Überschallflugzeuge zu entwerfen.
Ein Nebeneffekt ist, dass die Bilder erstaunlich und dramatisch sind und einen kleinen „Schock“ und Ehrfurcht hervorrufen.
Anfang dieses Jahres veröffentlichte die NASA einige Schlierenbilder, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera an der Unterseite einer NASA Beechcraft B200 King Air aufgenommen wurden, die Bilder mit 109 Bildern pro Sekunde aufzeichnete, während ein Überschallflugzeug mehrere tausend Fuß unter einem gesprenkelten Dessertboden vorbeifuhr . Eine spezielle Bildverarbeitungssoftware wurde verwendet, um den Wüstenhintergrund zu entfernen, dann mehrere Bilder zu kombinieren und zu mitteln, wodurch ein klares Bild der Stoßwellen erzeugt wird. Dies nennt man Luft-Luft-Schlieren.
"Luft-Luft-Schlieren ist eine wichtige Flugtesttechnik zur Lokalisierung und Charakterisierung von Stoßwellen, die von Überschallfahrzeugen ausgehen, mit hoher räumlicher Auflösung", sagte Dan Banks, der Hauptforscher des Projekts, der bei Armstrong Flight Research der NASA durchgeführt wurde Zentrum auf der Edwards Air Force Base. "Es ermöglicht uns, die Stoßwellengeometrie in der realen Atmosphäre zu sehen, während das Zielflugzeug durch Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten fliegt, die in Windkanälen nicht dupliziert werden können."
Aber jetzt haben sie begonnen, eine Technik zu verwenden, die möglicherweise bessere Ergebnisse liefert: Sonne und Mond als beleuchteten Hintergrund. Diese Methode mit Hintergrundbeleuchtung wird als hintergrundorientiertes Schlieren mit Himmelsobjekten oder BOSCO bezeichnet.
Der gesprenkelte Hintergrund oder eine helle Lichtquelle wird zur Visualisierung aerodynamischer Strömungsphänomene verwendet, die von Flugzeugen oder anderen Objekten erzeugt werden, die zwischen Kamera und Hintergrund fliegen.
Die NASA erklärt die Technik:
„Die Strömungsvisualisierung ist eines der grundlegenden Werkzeuge der Luftfahrtforschung, und die Schlierenfotografie wird seit vielen Jahren zur Visualisierung von Luftdichtegradienten verwendet, die durch die aerodynamische Strömung verursacht werden. Traditionell erfordert dieses Verfahren eine komplexe und präzise ausgerichtete Optik sowie eine helle Lichtquelle. Gebrochene Lichtstrahlen zeigten die Intensität der Luftdichtegradienten um das Testobjekt, normalerweise ein Modell in einem Windkanal. Die Aufnahme von Schlierenbildern eines Flugzeugs in Originalgröße im Flug war noch schwieriger, da das Flugzeug präzise auf Kamera und Sonne ausgerichtet werden musste. “
Dann gibt es Variationen dieser Technik. Eine kürzlich durchgeführte Demonstration verwendete Calcium-K Eclipse Background Oriented Schlieren (CaKEBOS). Laut Michael Hill, dem Hauptforscher von Armstrong, war CaKEBOS ein Proof-of-Concept-Test, um festzustellen, wie effektiv die Sonne für die hintergrundorientierte Schlierenfotografie verwendet werden kann.
"Die Verwendung eines Himmelsobjekts wie der Sonne als Hintergrund hat viele Vorteile beim Fotografieren eines fliegenden Flugzeugs", sagte Hill. "Mit dem Bildgebungssystem am Boden kann sich das Zielflugzeug in jeder Höhe befinden, solange es weit genug entfernt ist, um scharf zu sein."
Die Forscher fanden heraus, dass die bodengestützte Methode wesentlich wirtschaftlicher ist als die Luft-Luft-Methode, da Sie kein zweites Flugzeug mit speziell montierter Kameraausrüstung benötigen. Das Team sagte, dass sie Standardgeräte verwenden können.
Schlieren-Bilder wurden ursprünglich 1864 vom deutschen Physiker August Toepler erfunden.
Erfahren Sie hier mehr über die Luft-Luft-Technik und die BOSCO-Techniken hier.
