Die Luft- und Raumfahrt umfasst die Luft- und Raumfahrt, die zwei verschiedene Disziplinen sind.
Ein Luftfahrzeug ist ein Gerät, das sich durch Auftrieb in der Atmosphäre fortbewegt. Die wichtigsten Luftfahrzeuge sind Flugzeuge, Hubschrauber und Drohnen.
Ein Flugzeug fliegt, weil die Luft um die Flügel strömt und aerodynamische Kräfte erzeugt: den Auftrieb (senkrecht zum relativen Wind, nach oben), der durch den Druckunterschied zwischen der Ober- und der Unterseite jedes Flügels entsteht, und den Luftwiderstand (parallel zum relativen Wind, nach hinten). Die technologische Herausforderung besteht darin, das beste Verhältnis zwischen Gewicht und Schub zu erreichen, das von den verwendeten Materialien (Gewicht vs. Festigkeit) und der Art des Antriebs abhängt.
Wie in der Luftfahrt beziehen sich die Grenzen auf das Gewicht und die externe Kraft, die für den Start benötigt wird. Bei Weltraummissionen herrschen extreme Bedingungen: Vibrationen beim Start, Vakuum im Weltraum, von der Sonne ausgehende Strahlung (Radiowellen bis hin zu Gammawellen, sehr energiereiche Neutronen und geladene Teilchen – Elektronen, Protonen und andere -, die ebenfalls sehr energiereich sind), große Temperaturunterschiede aufgrund der Differenz zwischen der von der Sonne empfangenen Energie und der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung (~3-4 K), Strahlungsgürtel der Erde (bei der Erde Van-Allen-Gürtel genannt), in denen hochenergetische geladene Teilchen durch das Magnetfeld unseres Planeten eingefangen werden, Wiedereintritt von Raumschiffen in die Atmosphäre bei der Rückkehr zur Erde (intensive Reibung zwischen Raumschiff und Atmosphäre) usw…
DAES begleitet wichtige Akteure in dieser Branche. Von CFD-Berechnungen für die Luftströmung um ein Flugzeug über die Anwendung von Sicherheitsstandards bis hin zur strukturellen Untersuchung von Verbundwerkstoffteilen – unsere Experten unterstützen Sie bei der Entwicklung Ihrer Produkte.
Zu den wichtigsten Zielen und Herausforderungen der Luft- und Raumfahrt gehören :
Die meisten Bereiche, die mit Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt zusammenhängen, werden durch das Fachwissen von DAES und seinen Partnern abgedeckt, was uns zu Ihrem bevorzugten Partner macht.
Um ein Luftfahrzeug herum kommt es zu einer turbulenten Strömung. Lokal können sogar Übergangszonen zwischen laminaren und turbulenten Strömungen entstehen.
Mithilfe von CFD-Analysen können diese Effekte berücksichtigt und ihre Auswirkungen auf das Luftfahrzeug untersucht werden.
In einigen Fällen muss die durch den Flüssigkeitsdruck erzeugte Verformung berücksichtigt werden. Und umgekehrt gilt das auch für die Veränderung der Form des Teils, das mit dem Luftstrom in Berührung kommt. Man spricht dann von einer gekoppelten CFD-Analyse (oder FSI Fluide-Structure Interaction).
Die optischen Instrumente auf den Satelliten müssen so stabil wie möglich bleiben, um genau zu sein. Ihre Konzeption erfordert zahlreiche numerische Simulationen, sowohl unter Verwendung spezieller optischer Werkzeuge wie ZEMAX als auch zur Gewährleistung der mechanischen Festigkeit dieser Instrumente. Denn es bedarf der größtmöglichen Stabilität und einer Wärmeausdehnung von nahezu null. Für diese Zwecke werden häufig Baugruppen aus Kohlenstoffverbundstoffen verwendet.
Fahrzeuge (Raumfahrzeuge und andere) sind starken Vibrationen ausgesetzt, insbesondere während der Startphase. Mithilfe von Schwingungsanalysen wie PSD oder vereinfachten Analysen (strukturelle Statik) können die daraus resultierenden Belastungen abgeschätzt werden. Diese Berechnungen sind entscheidend für die Überprüfung, ob die Ausrüstung den Belastungen, denen sie ausgesetzt sein wird, standhält, sowie für die Überprüfung ihrer Lebensdauer.
Wir alle erinnern uns noch an das Ergebnis des Einschlags eines Trümmerteils in die Air France Concorde, Paris – New York. Ein Aufprall auf eine der externen Komponenten des Fahrzeugs in kritischen Phasen kann dramatische Auswirkungen haben. Ob Vogelschlag oder Weltraumschrott, explizite Analysen (dynamische Analysen) können die Widerstandsfähigkeit der Komponente gegen einen solchen Aufprall abschätzen und somit Paraden für diese seltenen, aber unvermeidlichen Aufpralle entwerfen.
Masse ist ein entscheidendes Thema in der Luft- und Raumfahrt. Moderne numerische Simulationen ermöglichen es, die Topologie eines Teils zu optimieren, das definierten Belastungen ausgesetzt ist. So werden die Komponenten optimiert, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass ihre Integrität erhalten bleibt. Natürlich werden häufig Materialänderungen in Betracht gezogen, um diesen Optimierungsbedarf zu vervollständigen.
Ob Rakete, Flugzeug oder Hubschrauber – die Bauteile dieser Geräte sind außergewöhnlichen Belastungen ausgesetzt. Die in den verschiedenen Phasen (Start, Landung, während des Fluges) induzierten Belastungen können durch transiente oder statische Strukturanalysen geschätzt werden. Die Masse dieser Komponenten wird ständig optimiert, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass ihre Integrität erhalten bleibt. Natürlich werden häufig Materialänderungen in Betracht gezogen, um diesen Optimierungsbedarf zu vervollständigen.
Häufig wird der Ingenieur für numerische Simulation als Experte gesehen und kann sehr schnell isoliert werden. Bei DAES sind unsere Experten mehr als nur Rechner: Sie stehen im Mittelpunkt Ihrer Projekte und sind die treibende Kraft hinter Innovationen und Produktverbesserungen.
Euclid ist eine Weltraummission derESA, deren Ziel es ist, zu verstehen, warum sich die Expansion des Universums beschleunigt, und die Natur der Energiequelle zu bestimmen, die für diese Beschleunigung verantwortlich ist. Diese Energie, die sogenannte dunkle Energie, und die dunkle Materie machen etwa 95% des Universums aus. Mit Hilfe von Euklid werden wir die Entwicklung des Universums über die letzten 10 Milliarden Jahre beobachten und versuchen, die Fragen nach der Natur und den Eigenschaften der Dunklen Energie, der Dunklen Materie und der Schwerkraft zu beantworten: Entweder besteht die Dunkle Materie aus einem neuen, bisher unbekannten Teilchen, oder das Grundgesetz der Schwerkraft muss neu bewertet werden.
Euclid wird mit einem gefertigten Siliziumkarbidteleskop mit einem Durchmesser von 1,2 m ausgestattet sein, das zwei Instrumente, VIS und NISP, versorgt, die vom Euclid-Konsortium gebaut wurden: einen hochwertigen Visible Panorama Imager (VIS) und einen Infrarot-Spektrographen und -Photometer. Der Satellit soll 2023 gestartet werden und für eine sechsjährige Mission zum Lagrange-Punkt L2 reisen.
Im Rahmen ihrer früheren Tätigkeit am Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) des CNRS waren die DAES-Mitarbeiter an der Systemtechnik, dem optischen Design und den Tests des NISP-Instruments beteiligt, das unter der Leitung des LAM zusammen mit dem CNES entwickelt wurde.
Design der Einrichtungen für die Validierungs- und Qualifikationstests des NISP-Instruments (thermische Zyklen und Vibrationen)
FIREBall -2 (Faint Intergalactic Medium Redshifted Emission Balloon) ist ein im September 2018 gestartetes französisch-amerikanisches Wissenschaftsprojekt, das schwache Emissionen des heißen intergalaktischen Mediums aufspüren soll. FIREBall führt seine Messungen in 40 km Höhe durch. Die Instrumente befinden sich in einer Gondel, die an Bord eines Stratosphärenballons ist. FIREBall besteht aus einem Teleskop mit 1 m Öffnung und einem Spektrographen, der im ultravioletten Bereich (Wellenlänge 200 nm) arbeitet: Das FIREBall-Projekt wird von CALTECH geleitet, die Flüge werden von der NASA durchgeführt, CNES stellt die Gondel und LAM den Spektrographen zur Verfügung.
Im Rahmen seiner früheren Tätigkeit im Laboratorium für Astrophysik in Marseille (LAM) des CNRS war die DAES-Mitarbeiterin am Design, der Ausrichtung und der Bewertung der optischen Leistung des Spektrographen von der Konzeption bis zur Flugkampagne beteiligt, sowie an der Definition eines gekoppelten Instrumentenmodells (Raytracing + Python), mit dem die Leistung des Instruments simuliert werden kann.
Das Projekt PFS SuMIRe (Prime Focus Spectrograph Subaru Measurement of Images and Redshifts) ist ein internationales Projekt (USA, Japan, Brasilien, Frankreich) und soll die grundlegenden Fragen zur Entstehung des Universums beantworten. Wissenschaftler haben kürzlich herausgefunden, dass nur 4% der Zusammensetzung des Universums bekannt sind. Die restlichen 96% bestehen aus „dunkler Materie“, die noch nie direkt nachgewiesen wurde, und „dunkler Energie“, die die Expansion des Universums beschleunigt. Der PFS-Spektrograph wird, sobald er am 8,2-Meter-Subaru-Teleskop in Mauna Kea (Hawaii) installiert ist, Galaxienvermessungen, galaktische Archäologie und die Untersuchung der Galaxienentwicklung ermöglichen. PFS wird gleichzeitig die Spektroskopie von 2400 Zielen durchführen, dank des großen Sichtfelds des Subaru-Teleskops und des Spektrografie-Systems, das aus vier identischen Spektrografie-Modulen besteht (die jeweils von 600 Fasern gespeist werden). Mit jedem Spektrographen können gleichzeitig Messungen in den Wellenlängen Blau, Rot und Nahinfrarot durchgeführt werden. Jedes der vier Module des Spektrographen wird am LAM zusammengebaut, integriert, getestet und validiert, bevor es verschickt wird, um die Integrations- und Testaktivitäten auf dem Gipfel des Mauna Kea (4207 Meter Höhe) zu minimieren. Im Rahmen ihrer früheren Tätigkeit am Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) des CNRS war die DAES-Mitarbeiterin am optischen Design des PFS-Spektrographen beteiligt, insbesondere an der Durchführung eines Teils der mit dem Spektrographen verbundenen optischen Berechnungsstudien (Design, optische Leistung, Toleranzen, Streulicht).
