Bei diesem Antriebskonzept werden feste Brennstoffe benutzt. Diese können z.B. die Brennkammerwand bedecken und während des Betriebs des Triebwerkes abbrennen. Ein solcher Antrieb zeichnet sich somit durch eine einfache Handhabbarkeit und große Kompaktheit aus. Die Brennkammerprozesse sind allerdings äußerst komplex und in ihrer Gänze noch nicht vollständig verstanden, da außer den Gasphasenprozessen noch die Verdampfung und der Abbrand des Festbrennstoffs hinzukommen. Die Einsatzmöglichkeit von Metallpartikelzusätzen, die eine hohe Antriebsleistung versprechen, wird hierbei auch untersucht.
Im Bereich der technisch relevanten Systeme werden in enger Kooperation mit der Industrie und anderen Forschungseinrichtungen zum einen Untersuchungen zu den Verbrennungsvorgängen in Modell-Brennkammern durchgeführt und zum andern neuartige Werkstoffe den Bedingungen in Brennkammern und Düsen von Feststoff-Stauantrieben und -Raketen ausgesetzt.
Wegen der hohen Partikeldichte in einer Feststoff-Staubrennkammer sind die ablaufenden Vorgänge messtechnisch schwer zu erfassen. Hierfür werden in Lampoldshausen spezielle Messmethoden und -apparate entwickelt und an die äußerst harten Prüfstandsbedingungen angepaßt. So wurde unter anderem ein druckwassergekühltes Probennahmesystem aufgebaut, mit dessen Hilfe eine Bestimmung der Zusammensetzung sowohl der gasförmigen als auch der festen Reaktionsprodukte im Innern der Brennkammer möglich wird. Des Weiteren werden auch berührungslos arbeitende laserbasierende Diagnosesysteme, wie z.B. die Cohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (CARS) zur Temperaturbestimmung und die Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt. Deren Ergebnisse als auch die von emissionsspektroskopischen Untersuchungen liefern wesentliche Erkenntnisse über den Verbrennungsprozess und die Umsetzung von Metallpartikeln und damit auf den Wirkungsgrad in einer solchen Staubrennkammer.
Computermodelle zur Systemanalyse von Staustrahlantrieben mit festem Brennstoff sowie von Staustrahlraketen sind ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen. Dabei konnte gezeigt werden, daß die Anwendung von metallhaltigen Brennstoffen mit hohem Boranteil zu merklichen Verbesserungen der bahnmechanischen Leistungsparameter um ca. 15 bis 20 % führt. Zur Zeit wird an einem Computermodell für den Flug einer Staustrahlrakete gearbeitet. Dabei wird das Fluggerät in die Abschnitte Primärbrennkammer, Einläufe, Vemischungszone, Sekundärbrennkammer und Düse eingeteilt. Das Modell liefert als Ergebnis u. a. die Abhängigkeit der Flugweite von der Treibstoffzusammensetzung.
Ein weiterer Teil der Arbeiten befasst sich mit theoretischen Untersuchungen zu den Verbrennungsprozessen in Metallstaubwolken. Hierbei wurde auch ein theoretisches Modell der Zünd und Löschvorgänge in Borstaubwolken formuliert. Bei der Verbrennung von Bor-Partikeln ist deren Oberfläche durch eine mehr oder weniger dicke Schicht aus Boroxid bedeckt. Im Verlauf der Untersuchungen wurden theoretische Ergebnisse bezüglich der Bildung und des Aufplatzens dieses Oxidfilms auf einzelnen Borpartikeln erzielt. Diese Schicht konnte außerdem als dissipative Oberflächenphase interpretiert werden, so dass sich Veränderungen der Schichtdicke, z.B. deren für die Bor-Zündung notwendige starke Verringerung, als Phasenübergänge ergeben. In Analogie zu diffusiv bestimmten Phasenübergängen in 3-dimensionalen Systemen gelang es, für die Borverbrennung die 2-dimensionale Entsprechung zu nukleationsbestimmten Phasenübergängen zu zeigen.
Als besonderes Ergebnis verdient hier hervorgehoben zu werden, dass kooperative Effekte des Teilchenkollektivs bislang nicht berücksichtigte Zündprozesse bewirken können. Der Einfluss des Energietransports durch Strahlung wurde dabei ebenfalls berücksichtigt. Damit ist es gelungen, den Verhältnissen in technischen Brennkammern wesentlich näher zu kommen.
Zur zeit werden Berechnungen durchgeführt, die sich auf Treibstoffe mit Zusatz auch von anderen Metallen wie z.B. Aluminium, Magnesium, etc. erstrecken. Dabei wird das Auftreten und die zeitliche Entwicklung von ungleichförmigen Oxidoberflächenschichten auf diesen Metallpartikeln untersucht.