Integrierter multidisziplinärer Entwurf heißer Strukturen von Raumtransportern (IMENS)

Bisher kann das thermomechanische Verhalten von hochbelasteten Raumflugkorper-Komponenten, wie z.B. von Nasenkappen, Steuerflachen oder Schubdusen in einer Hochtemperaturstromung mit chemischen Reaktionen nur begrenzt analysiert oder gar vorhergesagt werden. Die Nutzung vorhandener numerischer oder experimenteller Verfahren und das Fehlen verlasslicher Flugdaten fuhren zu hohen Sicherheitsmargen im Entwurfsprozess und damit zu groseren Massen als notwendig, letztendlich auch zu teuren Fluggeraten. Um diese Lucke zu schliesen, wurde das Projekt IMENS als Bestandteil des nationalen Raumfahrtprogramms ASTRA zur Analyse des thermisch-mechanischen Verhaltens von Bauteilen mit Fluid-Struktur-Wechselwirkungen initiiert. Dafur wurden spezielle Erweiterungen der vorhandenen Simulationsmodule fur Stromung, Struktur und deren Kopplung in einem leistungsfahigen Software-Integrationsrahmen durchgefuhrt. Um die Voraussetzungen fur eine industrielle und wissenschaftliche Nutzung solcher Simulationsumgebungen zu erfullen, musste das Gesamtsystem anhand von dedizierten experimentellen Daten validiert werden. Im Rahmen der Validierung wurden fur definierte Konfigurationen mit Hilfe der IMENS-Simulationsumgebung Simulationsrechnungen durchgefuhrt, deren Resultate dann mit experimentellen Daten verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Auslegung der heisen Strukturen von Raumfahrzeugen mit Hilfe der gekoppelten Analyse die Notwendigkeit der hohen Sicherheitsmargen bzw. Kosten erheblich reduzieren konnen.