Der atmosphärische Wiedereintritt von Forschungsraketennutzlasten ist eine wichtige Phase des ballistischen Fluges, vor allem wenn die Experimente und Messinstrumente für zukünftige Flüge oder für die Interpretation der Daten geborgen werden sollen. Das Verständnis für das dynamische Verhalten von zylindrischen oder konuszylindrischen Nutzlasten während des Wiedereintritts ist eine Voraussetzung, um ein erfolgreiches Öffnen und Entfalten des Fallschirmbergungssystems zu garantieren. Dies beinhaltet nicht nur die Kenntnis über die Lage der Nutzlast und deren Drehraten, sondern auch eine Punktmassenbetrachtung der Nutzlast für Bremsbeschleunigung, Abstiegszeiten und Endgeschwindigkeiten kurz vor Beginn der Bergungssequenz. Dafür werden in dieser Arbeit erstmals auch genaue GPS-Daten ausgewertet. Diese Arbeit beschreibt die Analysen, die mit Daten geflogener TEXUS- und MAXUS-Nutzlasten durchgeführt wurden und deren Verhalten verglichen wurde. Einige Missionsberichte beschreiben die sogenannte Flat-Spin-Bewegung während des Wiedereintritts. Als Grund für diese Bewegung wird dabei immer wieder die Energiedissipation angegeben. Diese Arbeit wird zeigen, dass eine Flat-Spin-Bewegung während des Eintritts der Nutzlast in die dichteren Atmosphärenschichten, wie sie in einigen Missionsberichten dargestellt ist, nicht durch die Analyse der vorhandenen Flugdaten der TEXUS- und MAXUS-Missionen bestätigt werden kann. Es wird in dieser Arbeit vielmehr ein typisches Verhalten zylindrischer Nutzlasten beschrieben, das eine im Unterschall auftauchende Flat-Spin-Bewegung erklärt, ohne das Phänomen Energiedissipation zu benötigen. Weiter wird gezeigt werden, dass die Rotationsachse des Flat-Spins längs der Flugrichtung ausgerichtet ist, und die Nutzlast normalerweise während des Wiedereintritts quer angeströmt wird. Diese Arbeit verbessert die Genauigkeit der Flugbahnvorhersage für die Phase des Wiedereintritts und kann daher helfen, die Sicherheit bei der Bergung der Nutzlast zu erhöhen.
The atmospheric re-entry of sounding rocket payloads is an important phase of ballistic flights, especially when experiments and instruments shall be recovered for future flights or interpretation of data. Understanding the dynamic behaviour of cylindrical and cone-cylindrical payloads during re-entry is a prerequisite to ensuring successful deployment of parachute systems. This includes not only knowledge of the payload vehicles' attitude and rate data but also the deceleration, descent time and terminal recovery velocity. Analysis work has been conducted on flight data of several TEXUS and MAXUS payloads; the results of this work have been reviewed and compared. Some mission reports describe flat-spin as occurring during the re-entry. Energy dissipation is often attributed as the cause for this behaviour. Flat-spin motion during the entry in the dense atmosphere layers as it is described in several mission reports can not be confirmed by the analysis of the present TEXUS and MAXUS flight data. The typical behaviour of cylindrical payloads is described in this thesis and shows that the flat-spin motion that appears in the subsonic flight does not require energy dissipation as a contributing factor. Furthermore, it is shown that the rotational axis of the flat spin is approximately aligned with the flight direction and therefore, the payload longitudinal axis is orientated perpendicular to the direction of the incoming flow. Improving the accuracy of sounding rocket trajectory predictions in the re-entry phase can help to ensure the safe return of payloads in the future.
Beiträge zum Verhalten von Raketennutzlastkörpern beim atmosphärischen Wiedereintritt
2011
241 Seiten, Bilder, Tabellen, 134 Quellen
Theses
German
TIBKAT | 2024
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