Dank stabiler Messergebnisse: ETH-Studierende erobern Rand der Troposphäre
Studierende der ETH Zürich versuchen, mit einer PICCARD getauften Forschungsrakete in der höchsten Kategorie "Raketen mit selbst entwickeltem Antrieb und Flughöhe 10.000 Meter" die European Rocketery Challenge (EuRoC) zu gewinnen. Um die Stabilität des Flugkörpers zu überwachen, sind zuverlässige Messergebnisse notwendig. Die ETH-Studierenden setzen zu diesem Zweck auf spezielle Dehnmessstreifen.
In den Jahren 2020/21 realisierte ein Team aus über 50 engagierten Studierenden der ETH Zürich, im Verein Akademische Raumfahrts Initiative Schweiz (ARIS), die 4. Forschungsraketen-Generation zur Teilnahme an der European Rocketery Challenge (EuRoC) in Portugal. Die Studierenden hatten sich das Ziel gesetzt, in der höchsten Kategorie „Rakete mit selbst entwickeltem Antrieb und Flughöhe 10.000 Meter“ zu gewinnen. Die Funktionsfähigkeit des selbst entwickelten Hybridantriebs wurde durch den gelungenen EuRoC-Start unter Beweis gestellt. Ausschlaggebend hierfür war auch das neue Überwachungssystem zur Messung der Belastung der Aerostruktur der Forschungsrakete.
Zuverlässige Messergebnisse für real auftretende Belastungen
Die Struktur einer solchen Rakete ist im Flug erheblichen Belastungen ausgesetzt, welche sich in Simulationen nur teilweise ermitteln lassen. So können z.B. Einflussfaktoren wie der Wind oder die Schockbelastung bei der Öffnung des Fallschirms in Analysen nicht exakt bestimmt werden. Es bedarf jedoch zuverlässiger Daten für alle Belastungs-relevanten Faktoren, um eine Aerostruktur der Rakete zu realisieren, die eine zur Erreichung der Ziele der Mission nötige maximale Festigkeit bei minimalen Gewicht bietet. Um die ermittelten Belastungen im Flug verifizieren und gegebenenfalls korrigieren zu können ist ein Überwachungssystem für real auftretende Biegemomente und Axialkräfte vonnöten.
Mit 4 Kilogramm auf 10’000 m Höhe
Nachdem die ARIS-Teams die im Flug auf die Rakete einwirkenden Kräfte in der Vergangenheit rein analytisch mittels vereinfachter Annahmen in Simulationen ermittelt hatten, kam bei der Mission PICCARD erstmals ein eigenes Überwachungssystem zum Einsatz. Hierbei setzten die Studierenden der ETH Zürich auf Dehnungsmessstreifen der Hottinger Brüel & Kjær (HBK), welche auch unter extremen Bedingungen zuverlässige Messergebnisse liefern. Entsprechend wurde ein komplettes System in der Rakete integriert. Die in das System verbauten Dehnungsmessstreifen von HBK liefern während jeder Phase des Fluges wesentliche Erkenntnisse über auftretende Biegemomente und Axialkräfte. Die im Rahmen der strukturellen Spannungsanalyse während des Testflugs erfassten Biegemomente und Axialkräfte ermöglichten anschließend eine entsprechend gewichtsoptimierte Auslegung aller lasttragenden Strukturteile. Die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Teilnahme am Spaceport America Cup 2022 in New Mexico konnten damit geschaffen werden. Hier will das Team eine Nutzlast von vier Kilogramm in 10.000 Meter Höhe transportieren und die Forschungsrakete mit all ihren Teilen wieder sicher auf die Erde zurückbringen.
Einfache Integrierbarkeit als Kriterium
Das bei der Wahl der richtigen Messtechnik auf Dehnungsmessstreifen von HBK gesetzt wurde, war einerseits Resultat vergangener positiver Erfahrungen gepaart mit dem internationalen Renommee des Unternehmens. Als weiterer Pluspunkt wurde die einfache Integrierbarkeit der HBK Dehnungsmessstreifen ins Feld geführt, die das von den Messtechnik-Experten gemachte Versprechen „plug and measure“ einlösten.
Quelle und weitere Informationen: www.hbkworld.com
