Mechanik

Das Team Mechanics beschäftigt sich im Gegensatz zum Team Hardware nicht mit mechanischen Komponenten innerhalb des Experimentmoduls, sondern größtenteils mit der Modellierung von Lastfällen zur Kalibrierung der Ausgangssignale. Diese werden durch die Belastung von Dehnungsmessstreifen auf der Innenseite des Modulrings erzeugt. Aus diesen gemessenen Ausgangssignalen lassen sich über die sogenannte „Skopinski Methode“ eine die angelegten Schnittlasten berechnen.

Aufgaben

In der Praxis kümmern wir uns um die Auslegung des Teststandes zur Aufbringung definierter Lastfälle, der Testdurchführung und deren Auswertung. Insbesondere in Bezug auf die widrigen Einflüsse während des Raketenflugs müssen hier geeignete Annahmen getroffen werden, um eine Überprüfung realitätsnah zu gestalten. Zudem kommt der Verifizierung der erhaltenen Ergebnisse eine spezielle Rolle zu, welche über die ermittelten Daten der Kalibrierversuche sichergestellt wird. Nebenbei befassen wir uns mit der Erstellung von wissenschaftlichen Beiträgen zur Datengewinnung, -umwandlung und -auswertung für die im Laufe des Projektes zu erstellenden Dokumente.

 

Methodik der Umrechnung

Innerhalb des Moduls sind acht Dehnmessrosetten in einem Abstand von ungefähr 90° in unterschiedlichen Ausrichtungen appliziert. Diese geben je nach Belastung des Moduls ein individuelles Signal wieder, welches von der Qualität ihrer Klebung abhängt. Die Ausrichtungen bewirken ein verstärktes Signal je nach Belastungsart. Da die Dehnmessrosetten in ihrer Ausrichtung und Klebung sehr imperfektionsempfindlich sind, sind die Ausgangssignale, also die entstehenden Längsdehnungen, Querdehnungen und Scherdehnungen fehlerbehaftet. Damit ist auch eine direkte Umrechnung der Schnittlasten aus den Dehnungen nicht empfehlenswert.

Nach Auslese von geeigneten Modellen zur Ermittlung der Schnittlasten wurde die im Jahr 1954 durch das NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) veröffentlichte „Skopinski Methode“ zur Korrelation der Ausgangssignale von Dehnmessstreifen zu den wirkenden Fluglasten gewählt. Dieses Verfahren beruht auf der Ermittlung von DMS-Ausgangssignalen zu vorher bekannten Testlasten, welche auf eine Struktur aufgebracht werden. Daraus resultiert eine annähernd exakte Umrechnung, ausgehend von der realen Struktur mit imperfektionsbehafteten Dehnmessstreifen oder Dehnmessrosetten.

Unter dem Grundgedanken, dass bei einer üblichen Belastung alle Schnittgrößen (Belastungsarten) erzeugt werden, lassen sich die Ausgangssignale der DMS mittels einer Linearkombination der einzelnen Schnittgrößen interpretieren. Somit entsteht ein lineares Gleichungssystem, welches auf dem Prinzip der Superposition der einzelnen Dehnungssignale beruht.

Hierbei wird jede Schnittgröße je nach ihrer Intensität des Ausgangssignales des DMS, ein zugehöriger Einflussfaktor zugewiesen. Die Skopinski Methode berücksichtigt hierbei nur eine lineare Beziehung zwischen Einflussfaktor und Schnittgröße, wobei auch Annahmen getroffen werden können, welche eine nicht-lineare Beziehung besitzen. Auf Grundlage aller entstehenden Lasten ist mit den sechs Schnittgrößen der Normalkraft, den beiden Querkräften, den beiden Biegemomenten sowie dem Torsionsmoment zu rechnen.

Durch die Annahme das Dehnung und Belastung linear miteinander verbunden sind, kann über Kalibrierversuche die Steigung dieser linearen Beziehung ermittelt und während des Raketenflugs extrapoliert werden.

Besonders die Störgrößen während des Fluges wie Vibration und Temperatur beeinflussen die Messung gegenüber den idealisierten Testversuchen. Um den Fehler in diesem Fall zu minimieren, ist es notwendig durch teils redundante Kalibrierversuche, das System ausführlich zu beschreiben. Um spätere Einflüsse der Störgrößen interpretieren zu können, werden zudem Versuche durchgeführt, welche eine instationäre Temperaturverteilung auf die Struktur auswirken.

Mitglieder

Für eine breite Aufstellung und schnelle Abwicklung aller anfallenden Aufgaben im Bereich der Mechanik sind vier Teammitglieder verfügbar. Jeder besitzt hierbei die grundlegenden Kenntnisse zur Lastenmessung, und in unserem Fall die Methodik nach Skopinski. Beim Auftreten von speziellen Aufgaben engagiert sich das Team gemeinschaftlich diese zu bewältigen. Hierbei fungiert Jan als Koordinator des Teilbereichs und leitet Informationen aus dem Team weiter. Neben den normalen Aufgaben organisiert Kerstin übergreifende Teamangelegenheiten und bildet außerdem ein Knotenpunkt zwischen Bereich und Team. Johannes und Sebastian bearbeiten durch ihre Affinität bei der Lastenmessung außergewöhnliche Gebiete wie Störfaktoren von Temperatur und Spin.

[1]Scheuerpflug, F. Load estimation on sounding rocket structures. Technischer Bericht.Oberpfaffenhofen, 2012.