Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing.
Stefanos Fasoulas

Stellvertreter

Prof. Dr.-Ing. Sabine Klinkner

Prof. Dr. rer. nat. Alfred Krabbe

Sekretariat
Prof. Fasoulas

Larissa Schunter

Sekretariat
Prof. Klinkner

Annegret Möller

Sekretariat
Prof. Krabbe

Barbara Klett

Administration

Dr. Thomas Wegmann

 


Institut für Raumfahrtsysteme
Pfaffenwaldring 29
70569 Stuttgart

Tel. +49 711 685-69604
Fax +49 711 685-63596

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Kontinuumsverfahren

Unter der Annahme, dass die Plasmaströmung als Kontinuum betrachtet werden kann, können die Navier-Stokes Gleichungen für die Erhaltung von Masse, Impuls und Energie angewendet werden. Da in den am IRS betrachteten hochenthalpen Plasmaströmungen sowohl chemisches, als auch oftmals thermisches Nichtgleichgewicht vorliegt, müssen hierfür die Navier-Stokes-Gleichungen um zusätzliche Bilanzgleichungen für die einzelnen chemsichen Spezies und die verschiedenen Temperaturen erweitert werden.

Für die Simulation von atmosphärischen Eintrittsmanövern und der Umströmung von Proben im Plasmawindkanal wurde am IRS das Simulationsverfahren URANUS (Upwind Relaxation Algorithm of the University of Stuttgart) entwickelt. Es beinhaltet neben der Modelle für thermochemisches Nichtgleichgewicht auch Modelle für die Strömungs-Strahlungskopplung (mit den Programmen HERTA und PARADE) und Gas-Wand-Wechselwirkung (Katalyse). Beide Phänomene können den Wärmestrom auf das Hitzeschutzsystem eines Raumfahrzeugs signifikant beeinflussen.

In TLT's (Thermische Lichtbogentriebwerke), MPD's (Magnetoplasmadynamische Triebwerke)  und AFMPD's (Applied Field Magnetoplasmadynamic Thruster) wird der gasförmige Treibstoff durch einen Lichtbogen zu einem Plasma aufgeheizt, das sich im thermischen Nichtgleichgewicht befindet. Daher müssen die unterschiedlichen Energien in einem Mehrtemperaturmodell berücksichtigt werden. Zusätzlich zu den Nichtgleichgewichts-Erweiterungen er navier-Stokes Gleichungen müssen hier auch aus den Maxwell-Gleichungen abgeleitete Entladungsgleichungen gelöst werden.

Am IRS werden die beiden Simulationscodes SINA (TLT's, IPG's) und SAMSA (MPD's, AFMPD's) für die Berechnung von TLT's, MPD's und AFMPD's ständig weiterentwickelt. Diese Codes eignen sich auch dazu, die Strömung in den Plasmawindkanälen des IRS zu untersuchen. Mit SINA sind auch atmosphärische Eintrittssimulationen unter Berücksichtigung von Staubpartikeln und Strahlung oder dreidimensionale Simulationen möglich.

Am IRS Verfügbare Kontinuumsverfahren:

Für atmosphärische Eintrittssimulationen ist bei URANUS und SINA die Kopplung mit den Strahlungssimulations-Paket HERTA/PARADE möglich.

  • Gas-Strahlungskopplung

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Uwe Bauder
Tel. +49 (0)711 685-62489
Fax +49 (0)711 685-63596
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