Beispiel: Konzeption der Ruder-Stellantriebe des Raumtransporter-Technologieträgers SHEFEX-2

Auch bei wiederverwendbaren Raumtransportern werden Stellantriebe für aerodynamische Steuerflächen verwendet. Zur Grundlagenforschung und Erprobung werden Technologieträger eingesetzt. Ein zentrales Thema ist (neben den aerodynamischen Belastungen) auch die Aufheizung durch die großen Geschwindigkeiten. Hier sind keramische Werkstoffe (sowohl für die Ruder als auch für die Wälzlager) eine wichtige Technologie.

Im vorliegenden Fall hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) eine Höhenforschungsrakete zu einem Raumtransporter-Technologieträger erweitert, der zur Erprobung von Wärmeschutzmaterialien dient. Zur Bahnbeeinflussung beim Wiedereintritt in die Atmosphäre wird ein Ruderstellsystem eingesetzt. Der vorläufige Höhepunkt der erfolgreichen Erprobung war der Flug am 22. Juni 2012.

Zur einfachen Integration in die bestehende Rakete bilden die einzelnen Stellantriebe mit den Steuerflächen und der Struktur ein kompaktes zylindrisches Modul. Wir haben die Konzeption für das komplette Modul entwickelt und kritische Komponenten entworfen.

Gesamtaufbau

Konzept des Aktuators

Das Modul hat vier Steuerflächen. Entsprechend sind auch vier Stellantriebe mit je einem Aktuator, mit eigener Elektronik und mit der gemeinsamen elektrischen Bordversorgung im Modul untergebracht. Zur Gewichtsoptimierung haben wir mit dem aktuellen CAD-Modell Untersuchungen durchgeführt, wie die verschiedenen Ruderlasten auf die Struktur wirken.

Die folgenden Ergebnisse werden am etwas vereinfachten CAD-Modell vorgestellt.

Vorderansicht des Moduls
Schrägansicht des Moduls
Spannungsverteilung im Modul durch die Torsion der Luftkräfte

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