Simulationswerkzeug zur konstruktiven Optimierung von RF-Ionentriebwerken; Akronym: SIMKORF

Abstract

Der Abschlussbericht stellt den Verlauf und Ergebnisse des Vorhabens "SIMKORF-Simulationswerkzeug zur konstruktiven Optimierung von RF-Ionentriebwerken" mit dem FKZ: 50RS2006 dar. Der Abschlussbericht zum Projekt SIMKORF beschreibt die Entwicklung eines Simulationswerkzeugs für die Optimierung von Radiofrequenz-Ionentriebwerken (RITs), die in der modernen Raumfahrt zunehmend an Bedeutung gewinnen. Ziel war es, ein Modell zu entwickeln, das die selbstkonsistente Simulation von Triebwerken ermöglicht und Betriebspunkte mit hoher Masseneffizienz analysiert. Eine Sensitivitätsanalyse zeigte, dass die Elektronenenergieverteilungsfunktion (EEDF) einen wesentlichen Einfluss auf die Simulationsgenauigkeit hat. Um dies zu berücksichtigen, wurden zwei Simulationsansätze implementiert: ein Particle-in-Cell (PIC)-Modell und ein kinetisches Modell auf Basis der Fokker-Planck-Gleichung. Der PIC-Code ermöglichte die Entwicklung einer Testsuite, die auch für andere Simulationscodes geeignet ist. Die Fokker-Planck-Methode wurde in das globale Modell integriert und verbessert die Berechnung der EEDF signifikant. Die entwickelten Tools bieten eine Grundlage für die Weiterentwicklung und Validierung von Simulationsmodellen, die gezielt in Ingenieurtools für RITs integriert werden können. Es wurden keine Schutzrechte angemeldet, und wirtschaftliche Verwertungsmöglichkeiten sind gegenwärtig nicht angestrebt. Wissenschaftliche Erfolgsaussichten sind durch die methodischen Weiterentwicklungen gegeben, insbesondere für weitere Untersuchungen zur EEDF in der Raumfahrtantriebstechnik. Die Ergebnisse wurden auf mehreren internationalen Konferenzen präsentiert und sollen in zwei peer-reviewten Veröffentlichungen publiziert werden. Datei-Upload durch TIB