Aktiv dämpfende Leichtbaustrukturen

2. DLR Technologietage 4./5.11.2003

LL11, M.Obersteiner

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Überblick

• Zielsetzung

• Technologieelemente– Konzept und Theorie

– Basistechnologien

– Anwendung und Erfahrungen

• Status der Arbeiten

• Ausblick

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Zielsetzung

• Reduzierung der durch niederfrequente (< 100 Hz) dynamische Anregung (Antriebe) erzeugten Belastung von Nutzlast und Leichtbaustruktur (primäre Anwendung: Raumtransportsysteme)

• Robuste Leichtbauweise (Schockresistenz, Kombination mit aktuellen Leichtbaumaterialien/ -strukturen, Vakuum-geeignet)

• Anwendung am konkreten Bedarf (Ariane 5) und Erweiterung der Anwendung basierend auf der Erfahrung

• Focal Point in Europa für die Anwendung dieser Technologie in der Raumfahrt (nicht nur im Rahmen von EADS)

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Technologieelemente

• Konzept und Theorie– Analyse und Definition der Anforderungen

– Theoretische Modelle und numerische Simulation

– Funktionsanalyse und Konzept

• Basistechnologien– Werkzeuge für Systemanalyse und –simulation

– Sensoren und Aktuatoren

– Werkzeuge für S/W Entwicklung und Verifizierung• Anwendung und Erfahrungen

– Anwendungs-H/W und –S/W

– Durchführung von Tests und Auswertung

– Ansätze für Weiterentwicklungen

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Status der Arbeiten

• Basistechnologien in den EADS-Bereichen EADS-CRC und EADS-ST (BRE&MU) vorhanden

• Bedarf für Ariane 5 Nutzlaststützstruktur identifiziert

• Förderung als ESA-TRP Projekt „Active PayloadAdapter – APA“ (250 k€ Förderung, 2003-2005, ca. 50% Eigenbeteiligung)

• Simulationen begonnen• Konzeptauswahl weitgehend abgeschlossen• Versuchsaufbau in Vorbereitung

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APA Study Objectives

• Active Payload Adapter (APA)– Structure at the Launcher / Payload I/F

– Ability to reduce the dynamic loads generated by the launcher and introduced at the lower APA I/F by active means

• Study Objectives– Investigate feasibility

– development and

– test of a payload dynamic load reduction system.

– Goal: 12 dB reduction in the frequency band from 5 Hz to 100 Hz

Active Truss Adapter

Struts withpiezo-ceramicactuators

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Output from Launcher Analyses or FlightMeasurement

Input forBase Point Excitation

For phase I simplified models are used

• Adaptor with payload excited by base excitation

• The interface to the payload is assumed to be rigid (6 DoFs) x..

x..

t

Assumptions for APA Phase I Modelling

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Actuator force: ± 15 kN

Actuator displacement: ± 0.23 mm

Peak power (24 struts): 10 kW

Total energy: 30 Wh

Assessment of Requirements

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Closed Loop Simulation

System

ControllerActuator

ControllerNoise

MeasurementNoise

Interface Payload

Disturbance

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Closed Loop Simulation

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Actuator Design

1036 mm

Piezoelectric Actuator

200 mm

Pretension Mechanism

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Milestones

• ATP – Mid Sept. 2003• CDR – Jan. 2004• Actuator End-to-End Tests – Sept./Oct. 2004• Final Presentation – Jan. 2005

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Ausblick

• Unterstützung der Umsetzung zum Produkt durch DLR-RF Management erforderlich (Entwicklungs-und Qualifizierungsaufwendungen)

• Unterstützung der Zielsetzung „Focal Point“ durch DLR-Industriepolitik erforderlich (Verhinderung von Konkurrenzentwicklungen durch GSTP oder nationale Aktivitäten)

• Aktive Unterstützung für die Identifizierung weiterer Anwendungen erwünscht