Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing.
Stefanos Fasoulas

Stellvertreter

Prof. Dr.-Ing. Sabine Klinkner

Prof. Dr. rer. nat. Alfred Krabbe

Sekretariat
Prof. Fasoulas

Sheyla Fröhler-Valdez

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
Direkt zu

 

Magnetoplasmadynamische Triebwerke

MPD-Triebwerk mit düsenförmiger Geometrie (DT)

Am Institut für Raumfahrtsysteme wird eine Anzahl unterschiedlicher düsenförmiger MPD- Triebwerke (DT-Triebwerksbaureihe). Es handelt sich dabei um wassergekühlte Labormodelle. Diese Triebwerke unterscheiden sich im wesentlichen im Düsenhalsdurchmesser, der zwischen 12 und 36 mm variiert. Beim DT6-Triebwerk ist der Düsenhals mit 36 mm Durchmesser soweit aufgeweitet, daß es gar keinen konvergenten Düsenhalsbereich mehr besitzt. Es bildet somit einen direkten Übergang zu den zylindrischen ZT-Triebwerken.

Schematische Darstellung eines düsenförmigen MPD-Eigenfeldtriebwerks aus der DT-Baureihe.

DT6 im Betrieb

Die DT-Triebwerke bestehen aus dem Anodensegment, der Kathode sowie der Brennkammer und jeweils fünf Neutralsegmenten, die die verschiedenen Düsenkonturen bilden. Diese sind gemäß dem Kaskadenbogenprinzip gegenseitig isoliert, um ein Überspringen des Lichtbogens zu verhindern, was besonders bei hohen Lichtbogenspannungen wichtig ist. So wird der Lichtbogen gezwungen, der expandierenden Strömung zu folgen und an dem Anodensegment anzusetzen, dessen Durchmesser vergleichsweise groß ist. Die äßeren Bereiche der Anode sind mit einer Keramikbeschichtung isoliert, um unerwünschte Lichtbogenansätze in diesen Bereichen zu verhindern.

Sämtliche Düsensegmente sind wassergekühlt und aus Kupfer gefertigt, während die Kathode normalerweise aus 2% thoriertem Wolfram besteht. Der Durchmesser der Kathode variiert zwischen 14 mm und 24 mm Durchmesser, abhängig von der Stromstärke, mit dem das Triebwerk betrieben werden soll.

Der Treibstoff wird in der Brennkammer axial entlang der Kathode zugeführt. Es besteht die Möglichkeit, zusätzlich Treibstoff entlang der Anodeninnenflächen einströmen zu lassen und somit mögliche Ladungsträgerdefizite an der Anode zu verhindern.

Bei den bisherigen Untersuchungen konnten die DT-Triebwerke kontinuierlich mit elektrischen Leistungen von über 750 kW betrieben werden. Es wurden Schübe von mehr als 25 N und Austrittsgeschwindigkeiten von über 12 km/s erzielt.


Schubwirkungsgrad als Funktion der Austrittsgeschwindigkeit für das DT6-Triebwerk mit einem Düsenhalsdurchmesser von 36 mm für verschiedene Argonmassendurchsätze

Vergleich der Strom-Spannungs-Charakteristiken zwischen düsenfömigen (DT6) und zylindrischen (ZT3) MPD-Triebwerken.