La NASA utilise une technique photographique vieille de 150 ans avec quelques ajustements du 21e siècle pour capturer des images uniques et étonnantes des ondes de choc créées par des avions supersoniques.
Appelée imagerie schlieren, la technique peut être utilisée pour visualiser le flux d'air supersonique avec des avions à grande échelle en vol. Habituellement, cela ne peut être fait que dans des souffleries à l'aide de modèles réduits, mais être en mesure d'étudier des avions de taille réelle volant dans l'atmosphère terrestre fournit de meilleurs résultats et peut aider les ingénieurs à concevoir des avions supersoniques meilleurs et plus silencieux.
Et un avantage secondaire est que les images sont incroyables et dramatiques, créant un peu de «choc» et de crainte.
Plus tôt cette année, la NASA a publié des images schlieren prises avec une caméra à grande vitesse montée sur le dessous d'un Beechcraft B200 King Air de la NASA, qui capturait des images à 109 images par seconde tandis qu'un avion supersonique passait plusieurs milliers de pieds en dessous sur un plancher de dessert moucheté . Un logiciel de traitement d'image spécial a été utilisé pour supprimer l'arrière-plan du désert, puis combiner et faire la moyenne de plusieurs images, ce qui produit une image claire des ondes de choc. C'est ce qu'on appelle le schlieren air-air.
«Le schlieren air-air est une technique de test en vol importante pour localiser et caractériser, avec une résolution spatiale élevée, les ondes de choc émanant de véhicules supersoniques», a déclaré Dan Banks, l'investigateur principal du projet, en cours à Armstrong Flight Research de la NASA. Centre à Edwards Air Force Base. «Cela nous permet de voir la géométrie des ondes de choc dans l'atmosphère réelle lorsque l'avion cible vole à travers des gradients de température et d'humidité qui ne peuvent pas être reproduits dans des souffleries.»
Mais maintenant, ils ont commencé à utiliser une technique qui pourrait fournir de meilleurs résultats: utiliser le Soleil et la Lune comme arrière-plan éclairé. Cette méthode rétro-éclairée est appelée Schlieren en arrière-plan utilisant des objets célestes ou BOSCO.
Le fond moucheté ou une source de lumière vive est utilisé pour visualiser les phénomènes d'écoulement aérodynamique générés par des avions ou d'autres objets passant entre la caméra et le fond.
La NASA explique la technique:
«La visualisation du flux est l'un des outils fondamentaux de la recherche aéronautique, et la photographie schlieren est utilisée depuis de nombreuses années pour visualiser les gradients de densité de l'air provoqués par le flux aérodynamique. Traditionnellement, cette méthode nécessitait une optique complexe et précisément alignée ainsi qu'une source de lumière vive. Les rayons lumineux réfractés ont révélé l'intensité des gradients de densité de l'air autour de l'objet à tester, généralement un modèle dans une soufflerie. Capturer des images schlieren d'un avion à grande échelle en vol était encore plus difficile en raison de la nécessité d'un alignement précis de l'avion avec la caméra et le soleil. »
Ensuite, il existe des variantes de cette technique. Une démonstration récente a utilisé le Schlieren orienté sur le fond de l'éclipse de calcium (CaKEBOS). Selon Michael Hill, chercheur principal d'Armstrong, CaKEBOS était un test de preuve de concept pour voir avec quelle efficacité le soleil pouvait être utilisé pour la photographie schlieren orientée en arrière-plan.
"L'utilisation d'un objet céleste comme le soleil comme arrière-plan présente de nombreux avantages lors de la photographie d'un avion volant", a déclaré Hill. "Avec le système d'imagerie au sol, l'avion cible peut être à n'importe quelle altitude tant qu'il est suffisamment éloigné pour être au point."
Les chercheurs ont trouvé que la méthode au sol était beaucoup plus économique que les méthodes air-air, car vous n'avez pas besoin d'avoir un deuxième avion transportant un équipement de caméra spécialement monté. L'équipe a déclaré qu'elle pouvait utiliser du matériel standard.
L'imagerie Schlieren a été inventée à l'origine en 1864 par le physicien allemand August Toepler.
En savoir plus sur la technique air-air ici et les techniques BOSCO ici.
