Heterogene Gas-Wand-Interaktionen bei hochenthalpen Nichtgleichgewichtsströmungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde die heterogene katalytische Rekombination atomarer Spezies auf Hochtemperaturmaterialien in hochenthalpen Nichtgleichgewichtsströmungen untersucht. SSiC- und Grade 5- Titanproben wurden Sauerstoff- und Stickstoffplasmaströmungen im Plasmawindkanal PWK3 des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart ausgesetzt. Zu den Hauptzielen gehörte die Bestimmung spektral aufgelöster Emissionsgrade während der Experimente unter Verwendung zweier Infrarotspektrometer im Bereich 1-10 µm. Die Möglichkeit von In-situ-Messungen des spektralen Emissionsgrades konnte demonstriert werden. Die Ergebnisse wurden mit Messungen am Emissionsgradmessstands des IRS verglichen. Umfassende Materialcharakterisierungsstudien wurden unter verschiedenen Plasmabedingungen durchgeführt, die mit Hilfe von Wärmestrom- und Pitot-Sonden sowie mittels TDLAS-Laserabsorptionsspektroskopie charakterisiert wurden. Die Experimente wurden mit dem IRS-CFD-Code URANUS numerisch rekonstruiert, um globale katalytische Rekombinationskoeffizienten zu bestimmen. Die Einströmbedingungen wurden durch Simulation der Strömung um die wassergekühlte Kupfer-Wärmestromsonde validiert. Mit Hilfe einer PHLUX-Sonde konnten atomare Sauerstoffflüsse am Rand einer hochenthalpen Sauerstoffströmung gemessen werden und die Effektivität bei der Charakterisierung von Umgebungen mit moderaten Wärmeströmen und hohen ATOX-Flüssen nachgewiesen werden. Das Projekt hat gezeigt, dass In-situ-Messungen des spektralen Emissionsgrades die Analyse von Oberflächenwärmeströmen und die Bestimmung von Rekombinationskoeffizienten verbessern können. Allerdings wurden Herausforderungen bei der Kalibrierung der Spektrometer festgestellt. Weitere Untersuchungen mit In-situ-Kalibrierung und erweiterten Testbedingungen können zur Erstellung von umfassenderen Modellen der einzelnen Rekombinationsmechanismen der katalytische Rekombination beitragen. Die Ergebnisse des Projektes wurden auf Konferenzen präsentiert und in Fachzeitschriften veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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In-situ emissivity assessment of grade 5 titanium in high-enthalpy flows for catalysis investigations. In: 73rd International Astronautical Congress (IAC). 2022
C. F. Kaiser, H. Burghaus & G. Herdrich
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In-situ spectral emissivity assessment of Sintered Silicon Carbide (SSiC) in high-enthalpy flows for catalysis investigations. In: 2nd International Conference on Flight Vehicles, Aerothermodynamics & Re-entry Missions and Engineering (FAR). 2022
C. F. Kaiser, H. Burghaus, A. S. Pagan & G. Herdrich
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Experimental Application of a Catalytic Heat Flux Probe in Venus Aerobraking and High-Altitude Earth Re-entry Environments. In: Journal of Evolving Space Activities 2.131 (2024)
C. F. Kaiser, A. S. Pagan, H. Burghaus & G. Herdrich
