Numerische Simulation zur Auslegung eines magnetoplasmadynamischen Triebwerks mit überlagertem koaxialem Magnetfeld

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Ein magnetoplasmadynamisches Triebwerk mit überlagertem koaxialem Magnetfeld ist ein elektrischer Antrieb für die Raumfahrt. Die Kernkomponenten sind eine zentrale Kathode, eine koaxiale, ringförmige Anode, die am Austritt einer Düse platziert wird und ein koaxial angeordneter Magnet. Das durch den Magneten erzeugte so genannte Fremdfeld soll innerhalb des Triebwerks überwiegend axial gerichtet sein und außerhalb sehr schnell divergieren. Die Auswirkungen eines solchen Fremdfeldes auf die Plasmaströmung lassen eine hohe Schubdichte, einen hohen spezifischen Impuls und eine hohe Effizienz erwarten. Die physikalischen Prozesse, die letztlich zur Beschleunigung des Treibstoffes führen, sind noch nicht umfassend im Detail erforscht. Im Rahmen dieses Projekts soll daher in einem ersten Schritt ein numerisches Verfahren entwickelt werden, mit dessen Hilfe basierend auf heutigem Kenntnisstand ein optimiertes Design für ein Triebwerk entworfen wird, das anschließend gebaut und experimentell getestet werden kann. Es wird erwartet, dass sich durch den Vergleich der numerischen und experimentellen Ergebnisse das Verständnis dieser Geräte deutlich verbessert und ein wichtiger Beitrag zu ihrer zukünftigen Optimierung geleistet werden kann.