ISBN 9783843905282

978-3-8439-0528-2, Reihe Raumfahrt

Andreas J. Knapp
Experimentelle Untersuchung von magnetohydrodynamischen Einflüssen auf Plasmaströmungen

144 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wird der Einfluss von magnetischen Feldern auf Argon-Plasmaströmungen untersucht. Das Ziel ist die Messung und die Charakterisierung möglicher magnetohydrodynamischer (MHD-) Einflüsse auf die Stoßgeometrie sowie auf die Wärmestromdichte im Staupunkt. Dazu werden zwei Versuchsbedingungen charakterisiert, welche sich in ihrer Enthalpie stark unterscheiden. Um die MHD-Einflüsse auf die Stoßschicht zu erforschen, kommen an diesen Versuchsbedingungen zwei neu entwickelte Sonden zum Einsatz, welche jeweils mit Permanentmagneten bestückt werden können. In einer der Sonden wird dabei ein Stabmagnetenaufbau verwendet und es werden die Temperaturen des Sondenkopfes in Abhängigkeit des Magnetfelds gemessen. Zwei im Sondenkopf eingebaute Pt100-Thermometer protokollieren den Einfluss des Magnetfeldes auf die Temperatur. Die Oberfläche des Sondenkopfes wurde mit einer Emailleschicht gegenüber dem Plasma isoliert.

Zusammen mit dieser Sonde wurde ein fotografischer Aufbau ausgelegt, realisiert, angewendet und die zugehörige automatische Auswertesoftware entwickelt. Mit Hilfe dieses Aufbaus wurden zahlreiche Experimente durchgeführt um den Einfluss des Magnetfelds auf den Stoßabstand, sowie auf den Staupunktwärmestromdichte zu untersuchen. Der maximale Intensitätsgradient entlang der Plasmalängsachse diente hier als Indikator für den Stoßabstand, die Temperatur des Modellkopfes als Indikator für die Wärmestromdichte.

Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, dass ein Magnet in der Lage ist, die Energie im Plasma umzuverteilen. Dies muss nicht zwangsläufig zu einer Verringerung der thermischen Lasten führen, sondern kann bei geeigneter Feldverteilung durchaus auch zu einer lokal erhöhten Wärmestromdichte führen. Da der Test von Hitzeschutzkonzepten in den Bodentestanlagen des Institutes für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart ein Hauptarbeitsgebiet darstellt und der MHD-Einfluss von Magnetfeldern auf Plasmaströmungen für viele weitere Forschungsfelder wie beispielsweise Plasmatechnik bedeutsam ist, lag der Schritt nahe, ein solches MHD-Konzept der Plasmabeeinflussung genauer zu untersuchen und den Grundstein für weiterführende MHD-Forschungen zu legen. Die gesammelten Daten der experimentellen Untersuchungen können und sollen dazu beitragen, numerische Verfahren weiter zu entwickeln.