Natürlich geht es bei dieser Kampagne so ganz nebenbei auch um Physik. Okay, zugegebenermaßen geht es hauptsächlich um Physik. Und die wollen wir hier im Blog nicht vernachlässigen.

Thema dieser Kampagne sind Staubströmungen – genauer gesagt die Umströmung von Hindernissen durch Staubteilchen. Hierzu braucht man logischerweise 2 Dinge: strömenden Staub und ein Hindernis. Als wohldefiniertes Hindernis dient uns ein Wolframdraht (75 µm Durchmesser), der senkrecht zur Beobachtungsebene auf halber Höhe zwischen den Elektroden durch die Kammer gespannt ist. Beobachtet wird ein zentraler Schnitt durch das staubige Plasma. In der Mitte des Bildbereichs befindet sich also das Void. Der Draht ist daher (in horizontaler Richtung) etwas dezentral platziert. Klingt bestimmt erstmal ziemlich verwirrend. Aber ein Bild sagt bekanntlich mehr als 1000 Worte:

Hier seht ihr auch gleich unsere Diagnostiken. Auf der einen Seite der Kammer befindet sich das hier stark vereinfacht dargestellte Stereoskopiesystem bestehend aus 4 Kameras, welche simultan den Bereich um den Draht beobachten. Gegenüber befinden sich zwei Hochgeschwindigkeitskameras, welche das Geschehen in 2 Dimensionen verfolgen. Eine der Kameras hat dabei eine ganze Hälfte der Staubwolke im Blick. Die zweite Kamera bietet ein kleineres Blickfeld und somit eine höhere Auflösung im Bereich um den Draht herum.

Soweit die Theorie. Irgendwie muss der Draht nun natürlich in der Kammer gehalten werden. Und das am besten, ohne das Plasma mehr als unbedingt nötig zu stören. Dazu wird zunächst auf dem Zwischenboden, der auch die untere Elektrode trägt, eine (auswechselbare) Grundplatte befestigt. Hierauf steht dann auf beiden Seiten der Elektrode je ein Keramikröhrchen mit 0,8 mm Außendurchmesser, zwischen denen der Draht gespannt ist. Diese Konstruktion erlaubt es, mehrere Grundplatte-Keramik-Draht-Module vorzuhalten, die dann zwischen den Flugtagen gewechselt werden können. Dadurch können wir verschiedene Positionen des Drahtes austesten. Außerdem würde eine Beschädigung des Drahtes, z.B. beim Dispenserwechsel, nicht gleich das Ende der Kampagne bedeuten. 😉

Die Vorbereitung dieser Module ist eine etwas heikle Angelegenheit, da der Draht auf eine gewisse meschanische Spannung gebracht werden muss, andererseits aber die Keramikröhrchen nicht brechen dürfen. Anfangs war das noch mit einigen Verlusten verbunden. Irgendwann hatten wir den Dreh dann aber raus. Auch das Ein- und Ausbauen der Module hier vor Ort auf dem Flieger klappt deutlich stressfreier als befürchtet.

Als zusätzliches Feature kann der Draht noch elektrisch vorgespannt werden. Rechts unten im vorigen Bild seht ihr den elektrischen Anschluss, der natürlich steckbar gestaltet ist.

Nun fehlt also noch die Staubströmung. Hier haben wir es uns einfach gemacht und bedienen uns der bereits seit langem vorhandenen Möglichkeit, den Elektrodenbias zu beeinflussen. Eine gegenphasige Modulation mit geringer Frequenz von typischerweise 0.5 bis 1 Hz sorgt dafür, dass das Plasma inkl. Staubwolke periodisch nach oben und unten geschoben wird. Dabei muss der Staub dann am Draht vorbei.

Soweit zunächst zu unserem Setup. Erste Beobachtungen und Ergebnisse folgen.