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Charakterisierung eines Mini-Lichtbogenbrenners (Characterization of a miniature arcjet heater)

Peichl, Jonas Stefan (2019) Charakterisierung eines Mini-Lichtbogenbrenners (Characterization of a miniature arcjet heater). DLR-Interner Bericht. DLR-IB-BT-ST-2019-88. Masterarbeit. Universität Stuttgart. 66 S.

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Kurzfassung

Ein Raumfahrzeug wird beim atmosphärischen Eintritt hohen thermischen Lasten ausgesetzt und benötigt zum Schutz der Struktur ein zuverlässiges Thermalschutzsystem. Für den Entwicklungsprozess neuartiger Materialien für Thermalschutzsysteme ist die Kenntnis der unter den Hochtemperaturbedingungen auftretenden Prozesse wie Ablation oder Pyrolyse, von entscheidender Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Betriebsverhalten eines am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelten miniaturisierten Lichtbogenbrenners für Materialtests charakterisiert. Als Kenngrößen für den Betrieb wurden die Strom-Spannungskennlinien für verschiedene Betriebsparameter erstellt und hieraus die Leistungscharakteristik ermittelt. Zudem wurden Druckmessungen zur Untersuchung der Strömungsprozesse der konvergentdivergenten Düse durchgeführt, die Messwerte wurden im Anschluss mit der theoretischen Düsenströmung verglichen. Die auf eine zu untersuchende Materialprobe wirkenden Wärmestromdichten wurden mittels Non-Integer-System-Identification ermittelt. Das Betriebsverhalten wurde sowohl für das bisherige Arbeitsgas Argon als auch für Stickstoff als mögliches Arbeitsgas charakterisiert. Hierbei konnte für die Strom-Spannungs-Kennlinien eine deutliche Abhängigkeit vom Massenstrom des Arbeitsgases und des Kathodenabstands gefunden werden. Für Materialtests wurde ein Betriebszustand mit Argon als Arbeitsgas festgelegt und ausführlich charakterisiert, bei einer Leistungseinkopplung von 2,6 kW konnten eine mittlere spezifische Enthalpie von 11,2 MJ/kg und eine mittlere Wärmestromdichte von 120 kW/m2 ermittelt werden. Beim Betrieb mit Stickstoff wurden bei einer eingekoppelten Leistung von 3,3 kW mit 82 kW/m2 deutlich niedrigere Wärmestromdichten ermittelt. Die Ergebnisse der Messungen werden im Kontext des atmosphärischen Eintritts betrachtet, hierbei erfolgt der Vergleich der Messdaten mit realen Flugtrajektorien. Mit dem charakterisierten Lichtbogenbrenner wurden Versuche mit Ablatormaterialien durchgeführt, das Materialverhalten während des Ablationsprozesses wurde hierbei während des Experiments mit in-situ-Röntgenbildgebung erfasst.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/130571/
Dokumentart:Berichtsreihe (DLR-Interner Bericht, Masterarbeit)
Titel:Charakterisierung eines Mini-Lichtbogenbrenners (Characterization of a miniature arcjet heater)
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Peichl, Jonas StefanJonas.Peichl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:April 2019
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Seitenanzahl:66
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Arcjet, Plasmawindkanal, Ablator, Thermalschutzsystem, TPS
Institution:Universität Stuttgart
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Raumfahrzeugsysteme - Rückkehrtechnologie (alt), Hochtemperaturmanagement für den Hyperschallflug (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Raumfahrt - System - Integration
Hinterlegt von: Böhrk, Hannah
Hinterlegt am:14 Nov 2019 11:23
Letzte Änderung:14 Nov 2019 11:23

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