Leichte, geometrisch große und deshalb entfaltbare Strukturen spielten von Beginn des Raumfahrt zeitalters an eine wichtige Rolle für das Design von Raumfahrgeräten. Diese Dissertation einen wissenschaftliche Beitrag zur technischen Realisierung extrem leichter und großer so genannter Gossamer-Systeme Das Design derartiger Strukturen, die für die Schwerelosigkeit im Weltall konzeptioniert wurden lässt sich am Erdboden nur schwer experimentell verifizieren. In dieser Arbeit wirkn daher die Designverifikation eines ultraleichten, aufrollbaren Gossamer-CFK-Booms (Mast auf kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff) als Kombination aus einfachen, kostengünstigen Tests und rechnerischen Analysen demonstriert. Die Berechnungen, die teilweise mit probabilistischen Verfahren verknüpft werden, basieren dabei im Wesentlichen auf der Verwendung der Finite-Elemente-Methode. Die Problemstellungen, die im Rahmen der Arbeit behandelt werden, umfassen zum Beispiel die Ermittlung temperaturabhängiger CFK-Materialkennwerte, die Analyse der Temperaturverteilung in einem Boom-Querschnitt, thermo-elastische Verformungen, thermisch induziertes Jittering nach einem Thermalschock, aktive Maßnahmen zur Erhöhung der Strukturdämpfung, die nichtlineare Berechnung der Beulstabilität, sowie die Simulation der Selbst-Entfaltung eines Tip-Reef-Booms vom aufgewickelten in den entspannten Zustand. Darüber hinaus wird ein kostengünstige Integrationskonzept vorgestellt, zum Beispiel auf Grundlage einer autoklavlosen CFK-Produktionstechnologie für sehr lange Booms oder der Verwendung ferngesteuerter Helium-Ballone zur Kompensation des Gravitationseinflusses bei Entfaltungsversuchen am Erdboden. Als typisches Anwendungsgebiet wird die Verwertung für treibstofflose Solar-Sail-Antriebskonzepte und große Membranantennen diskutiert.

    Right from the beginnings of the space era, light, large, and therefore deployable structures playel an important role for spacecraft design. The PhD thesis Verification of Deployable Composit Booms for Gossamer Spacecraft yields a scientific contribution to the technological exploration of extremely light and huge so-called Gossamer Systems. The design of such structures, which were developed for zero gravity conditions in space, is hardly verifyable by experiments on ground only. Thus, in the given thesis the design verification of an ultra light reelable Gossamer CFRP Boof (mast made of carbon fibre reinforced polymers) is conducted by a combination of simple cost efficient tests and, in parallel, computations. The analyses base mainly upon the finite element method; they are partly combined with probabilistic approaches. Beside others, problem areas which are covered in the thesis are: the estimation of temperature-dependent CFRP material properties the analysis of the temperature distribution within a boom cross-section, thermo-elastic deflectiom thermally induced jitter following a thermal shock, active means by smart materials to improve the damping behavior, the non-linear computation, the buckling performance, as the simulation of the self-extension capabilities. In addition, cost-efficient concepts for integration are being proposed, for example in terms of a autoclave-less CFRP production technology for very long booms, or by use of remotely controlled Helium balloons for gravity compensation while deployment testing on ground.


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    Titel :

    Verifikation entfaltbarer Composite-Booms für Gossamer-Raumfahrtsysteme


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    207 Seiten, Bilder, Tabellen, 281 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch






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