Die bei zweistufigen wiederverwendbaren Raumtransportern erforderliche Stufentrennung bei hohen Fluggeschwindigkeiten stellt aufgrund zahlreich auftretender Schwierigkeiten eine technologische Herausforderung dar. Die Trägerstufe ist mit einem luftatmenden Antrieb ausgerüstet und trägt auf ihrem Rücken die ebenfalls geflügelte, jedoch mit einem Raketenantrieb ausgestattete Orbitalstufe. Durch die aerothermodynamischen Interferenzeffekte zwischen den sich trennenden Stufen und die inhärent instabile Dynamik der Fluggeräte ergeben sich Schwierigkeiten in deren Bahnführung und Stabilisierung, die einer umfassenden Untersuchung bedürfen. Die Analyse der Dynamik der sich trennenden Stufen speziell in der Seitenbewegung erfordert zunächst die Herleitung eines Bewegungsgleichungssystems für die mathematische Formulierung der physikalischen Zusammenhänge. Um eine sichere Trennung der zunächst noch mechanisch verbundenen Fluggeräte nach dem Lösen der Verankerungen zu gewährleisten wird eine Referenztrajektorie eingeführt, die als Grundlage für die folgenden Untersuchungen dient. Zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften des Flugsystems werden zahlreiche lineare Streckenmodelle erstellt, die dieses zu diskreten Zeitpunkten der Separation repräsentieren. Die Stabilität der beiden Fluggeräte wird anhand des zuvor definierten Satzes linearisierter Streckenmodelle analysiert. Hierzu werden diese neben der interferenzbehafteten Stufentrennung auch getrennt voneinander untersucht, um die Auswirkungen der aerodynamischen Interferenz auf die Stabilität beurteilen zu können. Anhand der aus der Stabilitätsanalyse gewonnenen Erkenntnisse und unter Berücksichtigung spezieller Flugeigenschaftsanforderungen werden Erfordernisse für die Eigenstruktur der Fluggeräte definiert, die in die Entwicklung des Regelungssystems zur Stabilisierung der Stufentrennung einfließen. Die anschließende Validierung des Reglerentwurfes mittels nichtlinearer numerischer Simulation der Stufentrennung beinhaltet neben der Simulation der Nominaltrajektorie auch den Einfluss verschiedener Störungen der Anfangsbedingungen unter Berücksichtigung von Stellbegrenzungen der Aktuatoren.
Untersuchung der Separationsdynamik eines zweistufigen Hyperschall-Flugsystems unter besonderer Berücksichtigung der Seitenbewegung
Luftfahrt ; 1-130
2005
130 Seiten, Bilder, Tabellen, 97 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
British Library Conference Proceedings | 1992
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