Entwicklung eines katalyzitätsbasierten Sensorsystems für Wiedereintrittsflugkörper

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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines katalyzitätsbasierten Sensorsystems für den Wiedereintritts-Flugkörper EXPERT der Europäischen Raumfahrt Agentur ESA. Das Sensorsystem soll die Bestimmung des Dissoziationsgrades des Luftplasmas beim Wiedereintritt ermöglichen. Die für diese Entwicklung notwendigen katalytischen Materialeigenschaften wurden durch die während des experimentellen Teils der Arbeit gesammelten Daten und deren anschließende Auswertung gewonnen. Für die Auswertung und Bestimmung der katalytischen Materialeigenschaften, d.h. Berechnung der Rekombinationskoeffizienten, wurde eine neue Methode entwickelt. Diese Methode verwendet experimentell ermittelte Wärmestromdichten auf den untersuchten Materialien. Die Versuche zur Bestimmung der katalytischen Eigenschaften fanden unter zwei Sauerstoff-, zwei Stickstoff und zwei Luft-Bedingungen in einem induktiv geheizten Plasmawindkanal statt. Alle Versuchsbedingungen sind Überschallbedingungen. Im Hinsicht auf ihre katalytischen Eigenschaften wurden folgende Werkstoffe untersucht: oxidiertes Kupfer, drucklos gesintertes Siliziumkarbid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, synthetisch produzierter Magnesium-Spinell und eine Chrom-Nickel Legierung mit dem Namen PM1000. Die mit Hilfe der neu entwickelten Methode berechneten Rekombinationskoeffizienten sind dargestellt und erörtert. Der Ansatz, dass die metallischen Werkstoffe hochkatalytisch sind, konnte bestätigt werden. Basierend auf den gewonnenen Rekombinationskoeffizienten und den Vorgaben für den Flugkörper EXPERT wurde das katalyzitätsbasierte System konstruiert und numerisch untersucht. Anschließend wurde ein Labormodell des Sensorsystems gebaut und in einem induktiv geheizten Plasmawinkanal auf seine Funktionalität untersucht.