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Dynamik

DYNAMIK

Strukturen mit zeitlich wechselnder Belastung bedürfen einer gesonderten Auslegung. Hierbei ist die Kenntnis der dynamischen Eigenschaften von Bedeutung. Mit der Modalanalyse lassen sich diese rechnerisch ermitteln und Konstruktionen belastungsgerecht ausführen. Mit der harmonischen Analyse und der transienten Berechnung können Betriebsschwingungen untersucht werden. Sind die Belastungen stochastisch, so kann die PSD-Analyse eingesetzt werden. ihf wendet diese Verfahren seit Jahren zur Analyse der dynamischen Eigenschaften und zur Minderung von unerwünschten Schwingungen erfolgreich an.

Leistungsspektrum:

  • Modalanalyse
  • Harmonische Analyse
  • PSD-Analyse
  • Minderung von Schwingungen
  • Transiente Simulation

Projekt

Nachweis dynamische Teleskoplagerung

SOFIA steht als Abkürzung für Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie und bezeichnet einen Jumbo-Jet Boeing 747 SP mit einem Teleskop im hinteren Teil des Flugzeugrumpfs. Mit Hilfe dieses Teleskops werden Messungen für die Astronomie und die Atmosphärenforschung im infraroten Wellenlängenbereich durchgeführt.

SOFIA ist ein amerikanisch-deutsches Gemeinschaftsprojekt, an dem die NASA und das DLR beteiligt sind. Als Industriepartner standen dem DLR die Unternehmen MAN Technologie und Kayser-Threde zur Seite. Sie sind verantwortlich für das Design und den Bau des gesamten Teleskops.

Der Aufbau des Teleskops hat die Form einer Hantel. Auf der einen Seite befindet sich das Teleskop mit der Spiegelanordnung, die andere Seite trägt die wissenschaftlichen Instrumente. Der Hantelgriff ist in einem Druckschott gelagert. Ein spezielles Stoßdämpfersystem verhindert die Übertragung der Vibrationen des Flugzeugs auf das Teleskop. Inklusive der wissenschaftlichen Instrumente beträgt das Gewicht des Teleskops etwa 20.000 kg. Das hydrostatische Lager mit 2 Ringsegmenten hat einen Durchmesser von 1.200 mm und einen Versorgungsdruck von 10-30 bar.

ihf unterstützte die Entwicklung des hydrostatischen Lagers mit FE-Berechnungen zur Auslegung und Optimierung der Konstruktion. Dabei müssen mechanische und thermische Belastungen der Struktur berücksichtigt werden. Um lange Beobachtungszeiten zu ermöglichen, ist darüber hinaus eine massenoptimale Konstruktion zu gewährleisten. Bild 2 zeigt das Eigenschwingungsverhalten des kabinenseitigen Rotors. Der Rotor dient als Aufnahme für das Teleskop. Durch konstruktive Maßnahmen konnte die erste Eigenfrequenz um 38% erhöht werden. Der Massenzuwachs beträgt dabei lediglich 5%.

Das FE-Modell des Rotors, mit dem neben der Modalanalyse auch andere Lastfälle gerechnet werden,  besteht aus einem gemischten Modell mit Volumen-, Schalen- und Balkenelementen. Die Berechnungen wurden mit dem FE-Programm ANSYS durchgeführt.