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7.
Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die Möglichkeit der Messung des Schubes von elektrischen Triebwerken mittels Pitotdruckmessungen untersucht. Die Versuche wurden am strahlungsgekühlten Lichtbogentriebwerk HIPARC-R durchgeführt, das mit Wasserstoff betrieben wird. Die elektrische Eingangsleistung des Triebwerks betrug 20kW, bei einem Gasdurchsatz von 200mg/s.
Parallel zu den Pitotdruckmessungen wurde der Schub mit einer im Vakuumtank installierten Schubmesswaage gemessen, um einen Vergleich mit der indirekten Schubbestimmung zu ermöglichen. Außerdem war im Rahmen einer kurz zuvor abgeschlossenen Studienarbeit versucht worden, den Triebwerksschub mittels der Auslenkung einer Prallplatte zu ermitteln. Zur Bestimmung des Schubes aus Pitotdruckmessungen ist auch die Kenntnis des Isentropenexponenten erforderlich, der wiederum von der Strahltemperatur abhängt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals versucht, dieser Größe über eine kombinierte Messung mit einer Pitotdrucksonde und mit gekreuzten Einzelsonden zu ermitteln. Als Lösung des dazu verwendeten iterativen Verfahren ergibt sich dabei zusätzlich die lokale Strahlgeschwindigkeit. Obwohl das Potenzial dieser Methode noch nicht genauer untersucht werden konnte, zeigen Vergleiche mit ebenfalls durchgeführten Geschwindigkeitsmessungen mit elektrostatischen Flugzeitsonden, dass die Methode sinnvolle Ergebnisse liefert.
Beim Vergleich der Ergebnisse der drei Schubmessverfahren ergab sich zunächst eine Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen der Pitotdruckmessung und der Prallplattenmessung, während die Schubmesswaage einen signifikant geringeren Schub ergab. Weitergehende Analysen zeigten jedoch, dass aufgrund von Viskositätseffekten der gemessene Pitotdruck nach unten zu korrigieren war, wodurch sich der Unterschied zum Ergebnis der direkten Schubmessung deutlich verringerte. Trotzdem blieb beim untersuchten Betriebspunkt ein Unterschied von ca. 70 %, der bislang nicht befriedigend erklärt werden kann.
Neben den Ptotdruckmessungen und den Messungen mit elektrostatischen Sonden wurde außerdem der Wärmefluß mit Gardon Gage Wärmeflusssensoren vermessen. Ziel war es, mittels der Formel von Pope die lokalen Enthalpie im Plasmastrahl zu bestimmen. Da die Pope-Konstante für Wasserstoff in der Literatur nicht zu finden war, wurde versucht, sie über eine Integration der lokalen Größe und Vergleich mit der bekannten Gesamtenthalpie zu ermitteln. Es ergab sich dabei ein Wert von KH2=0.01367 W/(J/kg m3/2 Pa1/2).
In zukünftige Arbeiten muss geklärt werden, wie groß der Einfluss der Sondengeometrie bzw. des Plasmazustandes auf den ermittelten Schub ist und ob sich ggf. eine bessere Übereinstimmung zwischen der Bestimmung des Schubes mittels Pitotdruckmessungen und den Ergebnissen der Schubmesswaage erzielen lässt. Außerdem sollte man das mögliche Potenzial der Bestimmung von v und T durch kombinierte Pitotdruck- und Einzelsondemessungen genauer untersuchen. Weiterhin sind zusätzliche Untersuchungen zur Evaluierung des ermittelten Pope-Koeffizienten für Wasserstoff notwendig.
