Erzeugung und Charakterisierung stationärer, laserinduzierter Plasmen zur Reduktion des Wellenwiderstands im Überschallflug

Abstract

Die Energiedeposition durch laser-induzierte Plasmen gilt als vielversprechende Methode der aktiven Beeinflussung einer Überschallumströmung. Dieser bisher ausschließlich durch gepulste Lasersysteme eingebrachte, thermisch modifizierte Strömungszustand verändert die auftretenden Verdichtungsstöße und führt nachweislich zur Reduktion des Wellenwiderstands. Die Realisation und Erprobung einer zeitlich konstanten, optischen Strömungsbeeinflussung steht im Zentrum dieser Projektversuche. Der hierfür notwendige stationäre Energieeintrag erfolgt unter ungeströmten Laborbedingungen durch die Überlagerung einer Vorionisation mit einem kontinuierlichen, infraroten Gaslaser. Hierbei dokumentieren die Untersuchungen einen stabilen plasmadynamischen Zustand im Medium Argon für einen Druckbereich von 1,5 bis 5 bar. Die maximale Leistungsdichte des cw-CO2-Lasers beträgt 8 MW/cm², bezogen auf einen Fokusdurchmesser von 80 µm. Durchgeführte Variationen der gasdynamischen und energetischen Parameter grenzen den erzeugten Gleichgewichtszustand aufgrund des Absorptionsverhaltens und der Verluste des angeregten Plasmavolumens ein. Die räumliche und zeitliche Charakterisierung der Plasmaentwicklung bis hin zum Gleichgewichtszustand beruht auf interferometrischen und spektroskopischen Messtechniken.