Für eine ganze Reihe potenzieller Raumfahrtmissionen stellen ultraleichte, entfaltbare Systeme (z.B. Solar Sails) wichtige Strukturkomponenten dar. Zur Stromversorgung der internationalen Raumstation ISS werden zum Beispiel acht entfaltbare Solar Arrays installiert, die jeweils eine Fläche von ca. 32,6 x 11,6 m aufspannen. Solar Sail Konzepte nutzen die Impulsübertragung solarer Photonen auf eine reflektierende Fläche als innovatives Antriebskonzept. Das DLR Institut für Strukturmechanik entwickelt in diesem Zusammenhang entfaltbare Leichtbaumasten (CFRP Booms), die die lasttragende Struktur des Solar Sail im entfalteten Zustand bilden. Das Design der entfaltbaren Booms sieht vor, dass sie flachgedrückt und aufgerollt innerhalb eines sehr kleinen Volumens gelagert und transportiert werden können. Zum Einsatz kommen kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), die in Form von extrem dünnen Prepregschichten zu zwei Halbschalen ausgehärtet werden. Die Halbschalen werden im Anschluss an den Fügungsflanschen miteinander verklebt. Für ein gesteuertes Entfalten bzw. für wiederholtes Aus- und Einfahren übernehmen spezielle Mechanismen die Steuerungsfunktion. Für die Solar Sail Anwendung wird ein Entfaltungsmodul entwickelt, in dem alle vier Booms zusammen aufgerollt und im Orbit gerichtet und definiert entfaltet werden. Zum Schutz der Boomwerkstoffe gegen die Weltraumbedingungen hat sich die Beschichtung mit einer dünnen Kaptonfolie bewährt. Einflüsse die beim Boomdesign zu berücksichtigen sind, sind zunächst die variierenden Schalenwandstärken infolge von Faserflächengewichtsschwankungen der Kohlenstofffaserprepregs und die Ablegegenauigkeit in Form von Schichtwinkelschwankungen inklusive der Korrelation der CFK Laminatsteifigkeiten. Zu berücksichtigen sind ferner die geometrischen Fertigungstoleranzen des Boomquerschnitts und die geometrischen Imperfektionsamplituden der drei berücksichtigten Imperfektionsmuster für die nichtlineare Berechnung der Beullast sowie Lastexzentrizitäten in Form einer Querschnittsverdrehung zur nominellen Belastungsrichtung.
Entwicklung von Leichtbaumasten für Sonnensegler
2004
11 Seiten, 17 Bilder, 2 Tabellen, 7 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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