VibraInCo

Schlagworte

Schwingungen, Dynamische Systeme, Zerlegung, Auslegung von Raumfahrt Payload Systemen, Eigenfrequenzen 

Problemstellung

Für komplexe dynamische Systeme mit simultan wirkenden statischen und dynamischen Belastungen, wie z. B. beim Raketenstart, ist eine Bauteilauslegung in frühen Projektphasen kaum möglich. Mit gegebenen Systemanforderungen lassen sich die Komponentenanforderungen aufgrund der starken Interaktion für schwingende Strukturen nicht einfach herunterbrechen. Die Optimierung der Komponenten kann nur nacheinander erfolgen, was zu iterativen Entwurfszyklen führt. Das Finden eines realisierbaren Entwurfs ist mit dem derzeitigen Entwurfsansatz schwierig. 

Zielsetzung

Eine Entwurfsmethode durch Zerlegung der Systemanforderungen für dynamische Eigenschaften, z. B. Eigenfrequenzen, wird entwickelt, um einen unabhängigen Bauteilentwurf zu ermöglichen. Mit getrennten Anforderungen können einzelne Teile innerhalb ihres Entwurfsraums ausgelegt werden. Die Zerlegung stellt sicher, dass die Gesamtsystemanforderung erfüllt wird und somit die Komponenten mit maximaler Freiheit ausgelegt werden können, d.h. zusätzliche Optimierung, wie Massenreduzierung, können unabhängig vorgenommen werden.

Vorgehen

Eine Systemanforderung für die Eigenfrequenz wird durch Energieformulierung und Starrkörperbetrachtung in Teilsysteme zerlegt. Es können Entwurfsräume definiert werden, die eine unabhängige Komponentenauslegung ermöglichen. Die Systemanforderung ist erfüllt, wenn die Komponentenauslegung die zerlegten Anforderungen erfüllt. Die Entwurfsoptimierung kann nun auf Komponentenebene als parallele Aktivität anstelle von sequentieller durchgeführt. Ein Lösungsraum in Abhängigkeit von den Variablen der Komponentenauslegung kann die Begrenzung für jede Komponente aufzeigen.

Die entwickelten Methoden werden am Wide Field Imager des Athena-Projekts angewandt.

Projektpartner

Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik