Entwicklung, Erprobung und Vergleich verschiedener Diagnostiken zur sub-mN-Schubmessung von elektrischen Raumfahrtantrieben

Abstract

Das Ziel dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung und Validierung verschiedener Ansätze zur Bestimmung des Schubs von elektrischen Triebwerken. Zu diesem Zweck wurde eine Schubwaage, die auf dem Prinzip die auf dem Prinzip eines inversen Pendels basiert verwendet. Zum anderen wurde ein Schubpendel in Kombination mit einem Faraday-Array zur indirekten Schubmessung entwickelt und getestet. Darüber hinaus wurde der Schub zusätzlich indirekt über eine über eine Strahlprofil- und Energiemessung ermittelt und mit den Ergebnissen der anderen Ansätze verglichen. Die Vorteile der indirekten Schubmessung sind, dass Störungen durch Versorgungsleitungen des Triebwerks vollständig vermieden werden können. Darüber hinaus kann die indirekte Schubmessung unabhängig vom Triebwerksgewicht durchgeführt werden und kann daher für eine große Bandbreite von Triebwerksgrößen verwendet werden. Der Nachteil dieser Methode ist, dass es nicht möglich ist, den Schub von Triebwerken mit stark divergentem Strahl zu messen, ohne die Leistung des Triebwerks zu beeinträchtigen, da die Messung direkt vor dem Triebwerk erfolgen müsste. Aus diesem Grund ist eine exakte Bestimmung des Schubs für Triebwerke wie HET-Triebwerke oder ECR-Triebwerke nur mit direkten Messmethoden über Schubwaagen möglich. Zur Demonstration der Funktionalität der Schubwaage und der indirekten Schubmessung wurde ein ACFT von Airbus in Friedrichshafen mit der Schubwaage von Friedrichshafen und der JLU gemessen. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt eine gute Übereinstimmung.