Plasma-Aktuatoren mit dielektrischer Barriereentladung verheißen eine viel versprechende Zukunft in der Aerodynamik. Durch die Erzeugung einer Volumenkraft im Gas aufgrund der Plasma-Gas-Wechselwirkung können sie in ruhender Luft eine langsame Strömung von 5-8 m/s nahe ihrer Oberfläche erzeugen, den sogenannten ionischen Wind. Dieser ionische Wind kann die Grenzschicht einer beliebigen angrenzenden Strömung beeinflussen. Aus diesem Grund werden Plasma-Aktuatoren zur Strömungskontrolle auf die Eignung von Anwendungen mit unterschiedlichstem Druck, Temperatur oder Strömungsgeschwindigkeit untersucht.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss dieser Umgebungsbedingungen auf den Leistungsverbrauch, die Plasmalänge und das Resonanzverhalten von Plasma-Aktuatoren untersucht. Es wird gezeigt, dass eine Erhöhung der Temperatur oder Absenkung des Drucks die Entladung verstärkt, da die Plasmalänge und der Leistungsverbrauch bei konstanter Spannung gesteigert werden. In den Experimenten dazu wird die Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und 600°C variiert und der Druck zwischen 0.11 bar und atmosphärischem Druck. Es zeigt sich, dass sich der Umgebungseinfluss unter diesen Bedingungen gut durch Exponentialgesetze und Skalierungskenngrößen beschreiben lässt. Daraus entstand die Hypothese, dass die mittlere freie Weglänge der Ionen und Elektronen der effektive Einflussparameter sein könnte, sodass die Temperatur- und Druckabhängigkeit der mittleren freien Weglänge zu den beobachteten Effekten führt. Zusätzlich wird gezeigt, dass die Impedanz des Plasma-Aktuators durch eine Erhöhung der Temperatur oder eine Verringerung des Drucks gesteigert wird. Die wachsende Impedanz führt zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems. Eine externe Strömung mit einer Geschwindigkeit zwischen 0 m/s und 21 m/s scheint keinen Einfluss auf Resonanzverhalten und Leistungsverbrauch des Aktuators zu haben. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten hingegen verringern den Leistungsverbrauch und die Impedanz, da sie das Entladungsvolumen und die Dauer der Entladungen pro Zyklus reduzieren. Diese Effekte werden mit Hilfe verschiedener Experimente, bei denen ein Plasma-Aktuator einer Strömung mit Machzahlen zwischen 0.42 und 0.7 ausgesetzt wird, gezeigt.

Der zweite Teil dieser Arbeit wittmet sich dem Einfluss der Umgebungsbedingungen und Spannungsparameter auf Filamente in der Entladung, die durch eine Instabilität im Entladungszyklus entstehen. Es wird gezeigt, dass eine Erhöhung der Temperatur oder der Strömungsgeschwindigkeit einen stabilisierenden Einfluss haben und daher die Entstehung der Filamente zu höheren Spannungsamplituden verschieben. Die Temperatur scheint in erster Näherung keinen Einfluss auf auf Entstehungsspannung zu haben. Diese Effekte sind in guter Übereinstimmung mit den Vorhersagen aus vorab entwickelten theoretischen Modellen. Mit Hilfe von Streak-Kamera Aufnahmen wird gezeigt, dass die Filamente nur in der Entladung des negativen Halbzyklus entstehen. Eine Erhöhung der Temperatur oder der Spannung sorgt dafür, dass sich der Abstand der Filament im Bereich zwischen 2 mm und 4 mm erhöht. Ein verringerter Druckes hat den gleichen Effekt. Geschwindigkeitsmessungen mit einem Pitotrohrs und Particle Image Velocimetry zeigen, dass die Filamente die Geschwindigkeit des ionischen Windes lokal um den Faktor 1,1-1,6 erhöhen können. Daher ist der verliert der ionische Wind der Entladung mit Filamenten sein zweidimensionales Verhalten und erzeugt ein dreidimensionales Strömungsfeld. Dieser Effekt ermöglicht möglicherweise Konzepte zur fortgeschritten Strömungskontrolle, wie zum Beispiel aktive Wirbelerzeugung durch die Verwendung der Filamente.