Aktiv dämpfende Leichtbaustrukturen
2. DLR Technologietage 4./5.11.2003
LL11, M.Obersteiner
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Überblick
• Zielsetzung
• Technologieelemente– Konzept und Theorie
– Basistechnologien
– Anwendung und Erfahrungen
• Status der Arbeiten
• Ausblick
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Zielsetzung
• Reduzierung der durch niederfrequente (< 100 Hz) dynamische Anregung (Antriebe) erzeugten Belastung von Nutzlast und Leichtbaustruktur (primäre Anwendung: Raumtransportsysteme)
• Robuste Leichtbauweise (Schockresistenz, Kombination mit aktuellen Leichtbaumaterialien/ -strukturen, Vakuum-geeignet)
• Anwendung am konkreten Bedarf (Ariane 5) und Erweiterung der Anwendung basierend auf der Erfahrung
• Focal Point in Europa für die Anwendung dieser Technologie in der Raumfahrt (nicht nur im Rahmen von EADS)
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Technologieelemente
• Konzept und Theorie– Analyse und Definition der Anforderungen
– Theoretische Modelle und numerische Simulation
– Funktionsanalyse und Konzept
• Basistechnologien– Werkzeuge für Systemanalyse und –simulation
– Sensoren und Aktuatoren
– Werkzeuge für S/W Entwicklung und Verifizierung• Anwendung und Erfahrungen
– Anwendungs-H/W und –S/W
– Durchführung von Tests und Auswertung
– Ansätze für Weiterentwicklungen
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Status der Arbeiten
• Basistechnologien in den EADS-Bereichen EADS-CRC und EADS-ST (BRE&MU) vorhanden
• Bedarf für Ariane 5 Nutzlaststützstruktur identifiziert
• Förderung als ESA-TRP Projekt „Active PayloadAdapter – APA“ (250 k€ Förderung, 2003-2005, ca. 50% Eigenbeteiligung)
• Simulationen begonnen• Konzeptauswahl weitgehend abgeschlossen• Versuchsaufbau in Vorbereitung
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APA Study Objectives
• Active Payload Adapter (APA)– Structure at the Launcher / Payload I/F
– Ability to reduce the dynamic loads generated by the launcher and introduced at the lower APA I/F by active means
• Study Objectives– Investigate feasibility
– development and
– test of a payload dynamic load reduction system.
– Goal: 12 dB reduction in the frequency band from 5 Hz to 100 Hz
Active Truss Adapter
Struts withpiezo-ceramicactuators
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Output from Launcher Analyses or FlightMeasurement
Input forBase Point Excitation
For phase I simplified models are used
• Adaptor with payload excited by base excitation
• The interface to the payload is assumed to be rigid (6 DoFs) x..
x..
t
Assumptions for APA Phase I Modelling
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Actuator force: ± 15 kN
Actuator displacement: ± 0.23 mm
Peak power (24 struts): 10 kW
Total energy: 30 Wh
Assessment of Requirements
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Closed Loop Simulation
System
ControllerActuator
ControllerNoise
MeasurementNoise
Interface Payload
Disturbance
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Closed Loop Simulation
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Actuator Design
1036 mm
Piezoelectric Actuator
200 mm
Pretension Mechanism
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Milestones
• ATP – Mid Sept. 2003• CDR – Jan. 2004• Actuator End-to-End Tests – Sept./Oct. 2004• Final Presentation – Jan. 2005
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Ausblick
• Unterstützung der Umsetzung zum Produkt durch DLR-RF Management erforderlich (Entwicklungs-und Qualifizierungsaufwendungen)
• Unterstützung der Zielsetzung „Focal Point“ durch DLR-Industriepolitik erforderlich (Verhinderung von Konkurrenzentwicklungen durch GSTP oder nationale Aktivitäten)
• Aktive Unterstützung für die Identifizierung weiterer Anwendungen erwünscht