Der im Weltraum vorhandene Müll stellt eine Gefahr für Raumfahrzeuge dar. Druckbehälter sind typische Komponenten von Raumfahrtsystemen. Das Versagen von Druckbehältern nach Impakt beeinflußt die Überlebensfähigkeit ganzer Raumfahrzeuge, da die beim Bersten eines Druckbehälters ausgeschleuderten Behälterfragmente auch umliegende Raumfahrzeugeselemente schädigen können. Zur Auslegung verbesserter Druckbehälter muß ein grundlegendes Verständnis der Vorgänge beim Impakt geschaffen werden. Untersucht wird der Impakt von Massen im Bereich bis 300 mg bei Impaktgeschwindigkeiten bis zu 7,5 km/s auf Druckbehälter. Dies umfaßt die Physik starker Stoßwellen gekoppelt mit Extrembereichen der Strukturdynamik. In der Arbeit wird versucht, mit Hilfe der aufwendig instrumentierten Impaktversuche eine quantitative experimentelle Datenbasis zu schaffen. Die Vielzahl der physikalischen Phänomene, die sich aus der Kopplung von Hyperschallströmung mit der Strukturdynamik ergeben, wird unter Verwendung analytischer Zusammenhänge quantitativ erfaßt, auf ihre Bedeutung analysiert und den experimentellen Ergebnissen vergleichend gegenübergestellt. Die Themen der Arbeit im einzelnen: 1. Experimentelle Untersuchungen (Versuchstechnik. Durchführung und Auswertung). 2. Entwicklung eines Simulationsmodells (Grundlegende Annahmen. Unterteilung des Impaktvorganges in Phasen. Thermodynamische Zustandsänderung beim Impakt. Fragmentierung beim Impakt. Aerodynamische Abbremsung im Strömungsfeld. Aufheizung und Ablation im Strömungsfeld. Entstehung und Ausbreitung der Stoßwelle im Gas. Impakt auf die Behälterrückwand. Versagensmechanismen. Simulationsprogramm. Anpassung der Fitparameter). 3. Ergebnisse und Bewertung (Erkenntnisse aus dem Modell. Vergleich zwischen Experiment und Modell. Anwendung des Modells in aktuellen Raumfahrtprogrammen). 4. Anhang (Herleitung der Impulserhaltungs- und Energieerhaltungsgleichung. Herleitung der räumlichen Verteilung der Spallationsfragmente. Empirische Gleichung zur Berechnung des Durchmessers des größten Fragments. Berechnung der Massenverteilung und des Massenanteils der Fragmente. Berechnung der diskreten Verteilungen: Masse, Winkel, Geschwindigkeiten).
Hochgeschwindigkeitsimpakt auf Gasdruckbehälter in Raumfahrtanwendungen
2002
176 Seiten, 114 Bilder, 18 Tabellen, 145 Quellen
Theses
German
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