اختصاصی شبکه علمی ثریا- محققان از یک تکنیک جدید تصویربرداری نور مادون قرمز برای گرفتن اولین تصاویر مقطعی از دی اکسید کربن در ستون اگزوز یک موتور جت تجاری استفاده کرده اند. این فناوری پیشرفته جدید می‌تواند به تسریع تحقیقات احتراق توربین ها با هدف توسعه موتورها و سوخت‌های هوانوردی که سازگار با محیط زیست هستند کمک کند. مایکل لنگدن، سرپرست تیم تحقیقاتی در بریتانیا گفت: این رویکرد که ما آن را توموگرافی گونه‌های شیمیایی می‌نامیم اطلاعات مکانی را در زمان واقعی در مورد انتشار دی اکسید کربن از یک موتور تجاری در مقیاس بزرگ ارائه می‌کند که 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 آنالایزر گاز در مکان دیگری است.
توموگرافی گونه های شیمیایی بسیار شبیه سی تی اسکن های مبتنی بر اشعه ایکس است که در پزشکی استفاده می شود، با این تفاوت که از نور لیزر نزدیک به مادون قرمز تنظیم شده با طول موج جذب مولکول های هدف استفاده می کند و برای ثبت فرآیندهای دینامیکی احتراق به سرعت تصویربرداری بسیار بالایی نیاز دارد. لنگدن گفت:صنعت هوانوردی سهم عمده ای در انتشار دی اکسید کربن جهانی دارد بنابراین نیاز به فن آوری های توربین و سوخت برای بهبود اساسی وجود دارد. روش جدید ما با ارائه اندازه‌گیری‌های کاملاً معتبر انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌تواند به صنعت هوانوردی کمک کند که فناوری جدید را توسعه دهد تا اثرات منفی زیست‌محیطی در هوانوردی را کاهش دهد.
تصویربرداری انتشار گازهای گلخانه ای از موتورهای هواپیما:
تا کنون تصویر احتراق توربین های موتور هواپیمای بزرگ غیرممکن بوده است. برای حل این مشکل چهار گروه تحقیقاتی در بریتانیا گرد هم آمدند تا دانش خود را در اندازه‌گیری گونه‌های گازی در محیط‌های سخت، توموگرافی گونه‌های شیمیایی و توسعه منبع نوری ترکیب کنند. این تیم ها با شرکای صنعتی خود کار کردند تا این فناوری را توسعه دهند که برای تحقیق و توسعه صنعتی کاربردی باشد. لنگدن می‌گوید: تیم‌ها فرصتی برای توسعه ابزار دقیق جهانی جهت بهبود صنعت هوافضا، درک میزان انتشار و بهبود عملکرد موتورهای مقیاس بزرگ دیدند. با توموگرافی گونه‌های شیمیایی اکنون می‌توانیم جزئیات شیمیایی احتراق را در یک موتور هواپیمای واقعی ببینیم.
پس از سال‌ها کار برای تنظیم دقیق نسبت سیگنال به نویز، روش‌های جمع‌آوری داده‌ها، تکنیک‌های تصویربرداری و منابع نوری محققان اولین تأسیسات خود را ایجاد کردند که قادر به اندازه‌گیری انتشار صنعتی در مقیاس موتور هواپیماهای تجاری بود. برای انجام توموگرافی گونه‌های شیمیایی۱۲۶ اشعه از نور لیزر نزدیک به مادون قرمز از اطراف و در زوایای زیادی به گاز می‌تابد البته به گونه‌ای که جریان گاز را مختل نکند. گرفتن گاز کافی از اگزوز یک موتور هواپیمای تجاری مستلزم تصویربرداری از ناحیه ای تا قطر ۱/۸ متر است. برای ثبت این موضوع اجزای تصویربرداری بر روی یک قاب به قطر ۷ متر که فقط ۳ متر از نازل خروجی موتور فاصله داشت نصب شدند. محققان از ۱۲۶ پرتو نوری برای دستیابی به وضوح در فضایی حدود ۶۰ میلی متری در ناحیه مرکزی اگزوز موتور استفاده کردند.
لنگدن گفت: روش اندازه‌گیری بسیار دقیقی که ما استفاده کردیم نیازمند دانش بسیار خوبی از طیف‌سنجی دی‌اکسید کربن و سیستم‌های الکترونیکی بود که داده‌های بسیار دقیقی را ارائه دهیم همچنین، یک روش ریاضی بسیار پیچیده وجود داشت که باید برای محاسبه هر تصویراز گونه های شیمیایی جذب و اندازه گیری شده استفاده می کردیم.
گرفتن احتراق در مقیاس بزرگ:
محققان این مجموعه برای انجام توموگرافی گونه های شیمیایی دی اکسید کربن تولید شده توسط احتراق در یک توربین موتور گازی مدرن از یک موتور رولزرویس ترنت استفاده کردند. این موتورها معمولاً در هواپیماهای مسافت طولانی مورد استفاده قرار می گیرند و حاوی یک محفظه احتراق با ۱۸ انژکتور سوخت هستند که به صورت دایره ای چیده شده اند. برای آزمایش‌ها، محققان داده‌ها را با فریم ۱/۲۵ هرتز و ۰/۳۱۲۵ هرتز ثبت کردند در حالی که موتور در محدوده کامل نیروی رانش کار می‌کرد. تصاویر به دست آمده نشان داد که در تمام سطوح رانش، یک ساختار حلقه ای با غلظت بالای دی اکسید کربن در ناحیه مرکزی موتور وجود دارد. همچنین یک ناحیه برجسته در وسط ستون وجود داشت که احتمالاً به دلیل شکل موتور بود.