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
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Magnetoplasmadynamische Triebwerke

Plasmainstabilitäten

Die erzielbare Austrittsgeschwindigkeit ist bei den düsenförmigen MPD-Triebwerken durch das Auftreten von Plasmainstabilitäten begrenzt. Diese machen sich in einem starken Anstieg der Lichtbogenspannung und nachfolgend im Einsetzen hochfrequenter, elektromagnetischer Schwingungen bemerkbar.

Strom-Spannungskennlinien des DT6-Triebwerkes bei verschiedenen Argonmassenströmen

Es gibt unterschiedliche theoretische Ansätze zur Erklärung dieses Phänomens, wobei zum einen Elektrodeneffekte und zum anderen Lichtbogeneffekte betrachtet werden. Mit den Theorien, die Anodeneffekte als maßgeblich für das Auftreten der Instabilitäten erachten, können die an der Anode gemachten Beobachtungen recht gut beschrieben werden. So kann der bei den zylindrischen MPD-Triebwerken zu höheren -Werten erweiterte Betriebsbereich recht einfach durch die niedrigeren Pinchdrücke erklärt werden. Vorteilhaft wäre auch der Einsatz strahlungsgekühlter Anoden, da hier die Anodenfallspannung reduziert wird.

Jedoch läßt sich mit der Anodentheorie keine Erklärung der beobachteten Erosionserscheinungen im divergierenden Düsenbereich finden. Diese können durch die Ausbildung eines Lichtbogenkanals in Form einer stromführenden Helix verursacht werden, wie Stabilitätsuntersuchungen zeigen. Die Ursache für das Auftreten eines solchen Entladungskanals könnte die Unterbrechung des radialen Elektronenwärmetransportes infolge des auftretenden Eigenmagnetfeldes sein, wie theoretische Betrachtungen zeigen.

Schematische Darstellung eines Lichtbogenkanals in From einer Helix im DT- Triebwerk

Aus den bisherigen experimentellen Instabilitätsuntersuchungen muß gefolgert werden, daß sowohl Anodeneffekte als auch Lichtbogeneffekte zusammenwirken und erst weitere experimentelle als auch theoretische Untersuchungen bieten die Möglichkeit, den Einfluß beider Effekte zu separieren.