로켓 플룸 내부 OH 라디칼 공간분포 계측을 위한 발광 분광 기법에 관한 연구

Study on optical emission spectroscopic method for measuring OH radical distribution in rocket plume

화염 내 화학종의 공간적 분포는 화염의 구조 및 연소 특성을 이해하는데 중요한 지표가 되며, 그 계측을 위해 발광분광법 (Optical emission spectroscopy)은 간단하고 비침투적인 진단 방식으로 인해 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 측정 line-of-sight 방향의 공간 분해 계측 목적으로 개발된 발광분광기를 이용한 로켓 플룸 내 화학종 (OH radical) 분포 계측의 가능성을 제시하였다. 발광분광기의 측정 신호로부터 바닥 상태의 화학종 농도를 예측하기 위해 화염 내 열적 여기와 화학적 여기 기작을 고려하였으며, 열적으로 여기된 종에 대해서 열적 평형 상태를 가정하였다. 또한 발광분광기의 공간 분해 성능 및 공간에 따른 수광 특성을 보정하기 위한 방법론을 제시하였다.

Spatial distribution of chemical species in flame is a important indicator understanding the flame structure and combustion characteristics, and optical emission spectroscopy has been widely used for the measurement because of its simple and non-intrusive methodology. In this study, we suggest the feasibility of the measurement of chemical species (OH radical) distribution in rocket plume using optical emission spectrometer which was developed for the spatially resolved measurement along the line-of-sight. In order to predict the ground state concentration of species from the measured emission intensity by optical emission spectrometer, we consider thermal and chemical excitation mechanisms in flame, and assume thermodynamic equilibrium for the thermally excited species. We also present the spatial resolution and the correction of collection characteristics of the optical emission spectrometer depending on object distance.