نخستین تصویربرداری شیمیایی از انتشار کربن دی اکسید در موتور هواپیما

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ،   اولین عکس‌های مقطعی از کربن دی اکسید در دود خروجی موتور جت توسط محققان با استفاده از فناوری جدید تصویربرداری نور فروسرخ نزدیک گرفته شد.

همان طور که در بیانیه محققان ادعا شده است، توسعه موتور‌های سازگار با محیط زیست و سوخت‌های هوانوردی را می‌توان با کمک این فناوری جدید و پیشرفته برای احتراق توربین سرعت بخشید.

مایکل لنگدن سرپرست این تیم تحقیقاتی از دانشگاه استرث‌کلاید (Strathclyde) واقع در اسکاتلند گفت: این رویکرد که ما آن را توموگرافی گونه‌های شیمیایی می‌نامیم، اطلاعات مکانی را در لحظه برای انتشار کربن دی اکسید از یک موتور تجاری در مقیاس بزرگ ارائه می‌کند.

وی افزود: این اطلاعات قبلاً در این مقیاس صنعتی در دسترس نبوده است و پیشرفت بزرگی نسبت به اندازه‌گیری استاندارد فعلی صنعت گاز‌های گلخانه‌ای است که شامل انتقال گاز از اگزوز به یک سیستم تحلیل کننده گاز در یک مکان متفاوت است.

مشابه با سی‌تی اسکن‌های مبتنی بر اشعه ایکس که در پزشکی استفاده می‌شود، توموگرافی گونه‌های شیمیایی از نور لیزر فروسرخ نزدیک تنظیم شده با طول موج جذب مولکول هدف استفاده می‌کند و به سرعت‌های تصویربرداری بسیار سریع برای ثبت فرآیند‌های پویای احتراق نیاز دارد.

لنگدن می‌گوید: صنعت هوانوردی سهم عمده‌ای در انتشار کربن دی اکسید جهانی دارد، بنابراین نیاز به فناوری‌های توربین و سوخت برای بهبود اساسی وجود دارد. روش جدید ما با ارائه اندازه‌گیری‌های کاملاً معتبر انتشار گاز‌های گلخانه‌ای می‌تواند به این صنعت کمک کند تا فناوری جدیدی را توسعه دهد که اثرات زیست‌محیطی هوانوردی را کاهش دهد.

تا به حال، تصویربرداری از احتراق توربین در سکو‌های آزمایشی حاوی یک موتور هواپیمای بزرگ غیرممکن بود. چهار گروه تحقیقاتی در انگلیس برای رسیدگی به این موضوع با یکدیگر همکاری کردند تا تخصص خود را در اندازه‌گیری گونه‌های گازی در محیط‌های خشن با توموگرافی گونه‌های شیمیایی و توسعه منبع نوری استفاده کنند.

این تیم‌ها با شرکای صنعتی برای ایجاد یک فناوری که بتواند در تحقیق و توسعه صنعتی استفاده شود همکاری می‌کنند.

لنگدن می‌گوید: تیم‌ها فرصتی را برای توسعه ابزار دقیق جهانی برای صنعت هوافضا و درک میزان انتشار و بهبود عملکرد موتور‌های در مقیاس بزرگ دیدند. ما با توموگرافی گونه‌های شیمیایی اکنون می‌توانیم جزئیات شیمیایی احتراق را در یک موتور هواپیمای واقعی ببینیم.

محققان اکنون پس از سال‌ها آزمایشات مختلف، سیستم‌های جمع‌آوری داده، تکنیک‌های تصویربرداری و منابع نوری، اولین تأسیساتی را که قادر به اندازه‌گیری انتشارات صنعتی در مقیاس عظیم یک موتور هوانوردی تجاری بود، توسعه داده‌اند.

۱۲۶ پرتوی نور لیزر فروسرخ نزدیک از طریق گاز در توموگرافی گونه‌های شیمیایی به گونه‌ای تابیده می‌شوند که جریان گاز را از هیچ طرف و هیچ زاویه‌ای مختل نکنند.

اجزای تصویربرداری روی یک قاب با قطر هفت متر قرار گرفتند که فقط سه متر از خروجی موتور فاصله داشت. سپس در وسط اگزوز موتور، محققان از ۱۲۶ پرتوی لیزر برای رسیدن به وضوح فضایی تقریبا ۶۰ میلی‌متری استفاده کردند.

لنگدن می‌گوید: روش اندازه‌گیری بسیار دقیقی که ما استفاده کردیم مستلزم دانشی عالی از طیف‌سنجی کربن دی اکسید و سیستم‌های الکترونیکی بود که داده‌های بسیار دقیقی را ارائه می‌دهند. همچنین، یک روش ریاضی بسیار پیچیده باید برای محاسبه هر تصویر از گونه‌های شیمیایی از جذب اندازه‌گیری‌شده ۱۲۶ پرتوی مختلف که ما استفاده کردیم، ایجاد می‌شد.

محققان به منظور انجام توموگرافی گونه‌های شیمیایی روی کربن دی اکسید تولید شده توسط احتراق در یک توربین گازی مدرن "رولزرویس ترنت"، از این مجموعه ابزار دقیق استفاده کردند.

این موتور‌ها دارای یک محفظه احتراق با ۱۸ انژکتور سوخت هستند که به صورت دایره‌ای چیده شده‌اند که معمولاً در هواپیما‌های دوربرد مورد استفاده قرار می‌گیرند. این موتور برای این آزمایش، با تمام قدرت و رانش خود کار می‌کرد، در حالی که داده‌ها با نرخ فریم ۱.۲۵ هرتز و ۰.۳۱۲۵ هرتز جمع‌آوری می‌شدند.

تصاویر به دست آمده نشان داد که در تمام سطوح رانش، یک ساختار حلقه‌ای با غلظت بالای کربن دی اکسید در ناحیه مرکزی موتور وجود دارد.

بنا بر اعلام «  آی‌ای » ، محققان اکنون در حال اصلاح این ابزار جدید هستند تا امکان اندازه‌گیری و تصویربرداری کمّی از سایر مواد شیمیایی تولید شده توسط احتراق توربین در بخش هوافضا و تولید برق صنعتی و همچنین ثبت تصاویر دمایی را فراهم کنند؛ بنابراین مهندسان و دانشمندانی که روی توربین‌ها و سوخت‌های جدید کار می‌کنند، قادر خواهند بود فرآیند احتراق را برای فناوری‌های فعلی و آینده درک کنند.

این مطالعه در مجله ۲۸ Applied Optics منتشر شده است.