보론 기반 나노 유체 연료의 원자화 및 연소 연구에 하이퍼 스펙트럼 카메라의 응용

I. 연구 배경 및 시험 요건

항공우주 추진 시스템 연구 분야에서 새로운 유형의 고에너지 밀도 연료인 붕소 기반 고에너지 나노유체 연료는 원자화 및 연소 특성으로 인해 광범위한 주목을 받아 왔습니다. B/JP-10 나노유체 연료의 점화 및 연소 특성 연구에서 연구팀은 연료 원자화 연소 화염의 공간 특성 방출 스펙트럼을 테스트해야 했습니다.

전통적인 스펙트럼 테스트 방법은 화염의 다양한 위치에서 스펙트럼 정보를 얻는 데 어려움을 겪는 반면, 이미징 초분광 카메라는 표적의 공간 및 스펙트럼 정보를 동시에 획득하여 화염 구성 요소의 공간 분포 분석에 대한 연구 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 연구팀은 연료 미립화 화염의 공간 복사 스펙트럼을 체계적으로 테스트하기 위해 (주)씨앤에스펙테크놀로지에서 제작한 FS-22 이미징 초분광 카메라를 선택했습니다.

II. 테스트 방법 및 스펙트럼 선택

연구 과정에서 FS-22 이미징 초분광 카메라는 나노유체 연료 원자화 연소 테스트 시스템과 함께 사용되었습니다. 이 테스트 시스템은 주로 샘플 공급 시스템, 분무 노즐, 테스트 시스템 및 샘플링 시스템으로 구성됩니다. 공기 원자화 노즐은 붕소 기반 나노유체 연료를 원자화하는 데 사용되며, 플라즈마 아크는 샘플의 원자화된 제트를 점화하는 데 사용됩니다.

초분광 카메라는 연료 원자화 화염의 공간 방사선 스펙트럼 데이터를 수집하는 데 사용되었습니다. 연구팀은 붕소 원소와 탄화수소 연료 연소의 전형적인 특성 스펙트럼을 기반으로 분석을 위해 두 가지 특정 방사선 대역을 선택했습니다.

1. 431nm(블루 밴드):탄화수소 연료 JP-10의 연소 반응을 특성화하는 데 사용되는 CH 라디칼의 방사에 해당합니다.

2. 581nm(녹색 밴드):붕소 입자의 연소 반응을 특성화하는 데 사용되는 BO2 라디칼의 방사에 해당합니다.

그림 7.11 431nm 및 581nm에서 10wt% B/JP-10 나노유체 연료의 복사 밀도

연구자들은 이 두 가지 특징적인 밴드에서 방사선 강도의 공간적 분포에 대한 영상 분석을 수행함으로써 원자화된 불꽃 내의 다양한 위치에서 지배적인 반응 유형을 구별할 수 있습니다.

III. 실험 결과 및 분석

축 중심 위치의 스펙트럼 분석

초분광 카메라로 획득한 이미지 데이터는 원자화된 토치의 축 중심에서 스펙트럼 복사가 뚜렷한 변화 패턴을 나타냄을 보여줍니다. 위치 1과 위치 2의 스펙트럼 곡선에는 붕소 연소의 특징적인 "다섯 손가락 피크"가 포함되어 있으며 방사 강도는 노즐로부터의 거리에 따라 증가합니다. 이는 붕소 연소 반응이 노즐에서 위치 2까지 분무 토치의 중심에 존재하고 붕소 입자의 이동에 따라 점차 강화된다는 것을 나타냅니다. 위치 3에서 위치 5까지는 원자화 화염 중심의 붕소 특성 피크가 사라지며, 이는 이 구간에서 붕소 입자의 중요한 화학 반응이 일어나지 않음을 나타냅니다.

방사형 위치의 스펙트럼 분석

축 중심 방사 강도가 가장 높은 위치 4를 중심으로 하여 서로 다른 방사상 위치에서의 스펙트럼 방사를 비교 분석한 결과, 붕소 방사 특성 피크가 분무 토치의 상단 및 하단 가장자리 모두에 존재하지만 전체 방사 강도는 상단 가장자리의 전체 방사 강도가 하단 가장자리의 강도보다 약간 높습니다. 이는 부력의 영향으로 JP-10 증기가 위쪽으로 이동하여 토치 상부에서 반응에 참여하는 JP-10의 양이 많아지기 때문입니다. 동시에 아래쪽 가장자리에는 뚜렷한 붕소 방사 특성 피크가 존재하며 이는 중력의 영향을 받아 아래쪽으로 이동하는 붕소의 특성과 일치합니다.

연소지역 구분

연구팀은 초분광 카메라로 획득한 공간 스펙트럼 복사 데이터와 연료 미립화 연소 영상을 기반으로 B/JP-10 나노유체 연료 미립화 화염의 중심을 노즐 축 방향을 따라 B/JP-10 결합 연소부(출구부), JP-10 단상 연소부(안정 연소부), B/JP-10 결합 연소부(꼬리 화염부), 붕소 단상 연소의 4개 연소부로 구분했다. 구역. 이 지역 구분은 연료 원자화 연소 메커니즘을 더 깊이 이해하기 위한 기초를 제공합니다.

IV. 사례 요약

붕소 기반 고에너지 나노유체 연료의 연구 및 개발에 CHNSpec FigSpec FS-22 초분광 카메라를 적용하면 연소 과정에서 공간 및 스펙트럼 정보의 통합 수집이 가능해졌으며 기존 감지 방법이 전체 화염 장을 포괄하는 데 어려움을 겪고 동시에 구성 요소 분포를 얻을 수 없는 문제점을 해결했습니다. 안정적인 이미징 성능과 미세한 스펙트럼 분해능은 고에너지 연료 공식 최적화, 연소 메커니즘 연구 및 연소 모델 구축을 위한 신뢰할 수 있는 감지 수단을 제공하여 새로운 유형의 항공우주 추진 연료에 대한 기술적 혁신을 지원합니다.

제품 추천:FigSpec FS-22 이미징 초분광 카메라

• 이미지 해상도: 1920*1920
• 스펙트럼 범위: 400-1000nm
• 스펙트럼 분해능(FWHM): 5nm
• 스펙트럼 채널 수: 600