隨著航天邁向可重復(fù)利用與深空探測時代，傳統(tǒng)推進(jìn)劑局限性凸顯：液氧煤油易積碳阻礙復(fù)用，液氫儲存成本過高。甲烷因低積碳、低成本等優(yōu)勢脫穎而出，成為SpaceX“猛禽”、中國“天鵲”等發(fā)動機(jī)燃料的核心選擇。

甲烷火焰的燃燒特性（如速度、溫度、穩(wěn)定性、污染物生產(chǎn)等）受壓力及金屬添加劑影響，并直接反映在其發(fā)射光譜中。該光譜由多個不連續(xù)的特征譜線構(gòu)成：其中自由基的譜線集中在紫外-可見光區(qū)；但其燃燒產(chǎn)物CO、CO?和H?O的譜線更多在紅外區(qū)域。

因此，在燃燒診斷研究中，要清晰捕捉甲烷火焰的圖像輪廓，必須借助在近紅外波段兼具高量子效率與優(yōu)異噪聲控制能力的專業(yè)sCMOS相機(jī)。

02實(shí)驗(yàn)過程

圖 | 目標(biāo)火焰位置

本實(shí)驗(yàn)采用兩臺深視智能背照式高靈敏度sCMOS相機(jī)（Solis系列），通過分光棱鏡與光纖束傳輸成像，比較火焰在850nm與890nm兩個近紅外特定波長下的輻射亮度信息，分析不同壓力、摻雜金屬粒子條件下可燃物燃燒時的火焰三維特性。

圖 | 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場架設(shè)

實(shí)驗(yàn)通過拍攝不同壓力（0.4atm、1.0atm、1.5atm三種壓力）、純甲烷與摻雜金屬粒子狀態(tài)下的甲烷燃燒圖像，一方面分析金屬粒子對燃燒特性的影響，另一方面為火焰三維重建提供可量化的數(shù)據(jù)支撐。

03實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰揭示：壓力升高使火焰反應(yīng)加劇（氣體分子碰撞頻率增加，燃燒反應(yīng)速率會加快）、厚度減薄。對比低壓（0.4atm）的平緩燃燒，高壓（1.5atm）工況下火焰更為劇烈明亮。而金屬粒子的摻雜，則通過催化效應(yīng)進(jìn)一步提升了火焰亮度、銳化了邊緣輪廓。

實(shí)驗(yàn)充分驗(yàn)證，深視智能Solis系列背照式sCMOS相機(jī)在近紅外波段均擁有優(yōu)異的響應(yīng)效率，能夠全面滿足不同燃燒診斷場景的苛刻需求。

高靈敏度之選：Solis B518搭載18μm超大像元，其近紅外靈敏度尤為突出（在850nm和890nm波段的靈敏度分別可達(dá)常規(guī)6.5μm像元相機(jī)的5倍與10倍），并具備0.45e-的超低讀出噪聲，信噪比表現(xiàn)優(yōu)異。

高分辨率之選：Solis B0465搭載2048×2048分辨率、6.5μm像元的背照式傳感器，可見光量子效率＞95%，紫外區(qū)＞50%，能解析火焰的精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)。

04應(yīng)用前景與意義

深視智能Solis系列sCMOS相機(jī)的意義，在于為下一代動力與能源系統(tǒng)研發(fā)提供前所未有的“視覺”洞察。其超高近紅外靈敏度與極低噪聲特性，能將甲烷-金屬粒子火焰中“看不見”的輻射特征，轉(zhuǎn)化為可定量分析的高清圖像，從而將應(yīng)用前景拓展至：

液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒穩(wěn)定性研究與優(yōu)化

低碳/零碳新型推進(jìn)劑的燃燒特性解析

高溫燃燒過程的非接觸式診斷與智能控制

極端條件下的瞬態(tài)過程精準(zhǔn)捕捉

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