{"id":7097,"date":"2019-04-28T21:56:05","date_gmt":"2019-04-28T19:56:05","guid":{"rendered":"https:\/\/spaceteam.at\/?p=7097"},"modified":"2019-04-28T21:56:05","modified_gmt":"2019-04-28T19:56:05","slug":"base11-space-challenge-pdr-preliminary-design-review-subsysteme","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wptest3.tust.at\/index.php\/2019\/04\/28\/base11-space-challenge-pdr-preliminary-design-review-subsysteme\/","title":{"rendered":"Base11 Space Challenge: PDR Subsysteme"},"content":{"rendered":"<h4><a href=\"https:\/\/spaceteam.at\/?attachment_id=7126\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-7126 size-full\" src=\"https:\/\/spaceteam.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/5.jpg\" alt=\"\" width=\"748\" height=\"281\" srcset=\"https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/5.jpg 748w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/5-300x113.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 748px) 100vw, 748px\" \/><\/a><\/h4>\n<h4><\/h4>\n<h4 style=\"text-align: justify;\">Avionik<\/h4>\n<p style=\"text-align: justify;\">Das Avionik-Subsystem beinhaltet alle elektronischen Komponenten in der Rakete. Es steuert alle Funktionen, zeichnet Messdaten auf und kommuniziert mit dem Equipment am Boden. Das Subsystem ist modular aufgebaut und alle sicherheitskritischen Komponenten sind soweit wie m\u00f6glich redundant (teilweise unabh\u00e4ngig vom restlichen System nutzbar) ausgef\u00fchrt. F\u00fcr hohe Flexibilit\u00e4t und niedrigen Verkabelungsaufwand kommunizieren die einzelnen Module \u00fcber zwei redundante Datenbusse und werden von zwei redundanten Versorgungsbussen versorgt. Die Integration von neuen und das Ausbauen von nicht mehr ben\u00f6tigten Modulen ist dadurch problemlos m\u00f6glich.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Zu den Aufgaben der Avionik geh\u00f6rt unter anderem die Steuerung des Flugablaufes, die Steuerung des Triebwerks, die Regelung der Flugbahn, das Ausl\u00f6sen des Bergungssystems sowie die \u00dcberwachung aller Sensordaten, um den Flug gegebenenfalls sicher abbrechen zu k\u00f6nnen.<br \/>\nDie Avionik kommuniziert per Funk mit der Bodenstation (vor dem Start auch per direkter Verbindung), um die Steuerung der Flugvorbereitung (Betankung, Systemchecks), die \u00dcberwachung der Sensordaten und einen manuellen Abbruch des Fluges zu erm\u00f6glichen. Die Funkverbindung zu mehreren Bodenstationen wird im Flug genutzt um die Position der Rakete zu bestimmen.<\/p>\n<h4 style=\"text-align: justify;\">Subscale Teststand<\/h4>\n<p style=\"text-align: justify;\">Um unsere Berechnungen und Trade Studies zu best\u00e4tigen und zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob bereits ein geeignetes Injektorkonzept gefunden wurde, wurde ein kleines Testtriebwerk gebaut. Es basiert auf einem unserer bestehenden Designs aus dem Jahr 2018, ist jedoch modularer aufgebaut, um verschiedene Injektortypen und -konfigurationen einfacher testen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Weiteres bietet dieser kleine Motor unserem Team die M\u00f6glichkeit den Betrieb eines Raketentriebwerks unter fehlerverzeihenden Bedingungen zu \u00fcben, anders als dies bei einem Full-Scale-Motor der Fall w\u00e4re. Unser Motor verwendet Ethanol als Kraftstoff und mit Sauerstoff angereicherte Luft (NitrOx) als Oxidationsmittel, in einem Verh\u00e4ltnis von 2.5 (Oxidationsmittel zu Kraftstoff). Wir erwarten, dass er einen spezifischen Impuls von fast 200 Sekunden erreicht, und er ist so ausgelegt, dass er 200 Newton Schub liefert. Das Oxidationssystem hat einen Arbeitsdruck von 20 bar, das Kraftstoffsystem von 30 bar. Der Motor selbst l\u00e4uft mit einem Kammerdruck von 10 bar. Bei den ersten Cold-Flow-Tests wird zur \u00dcberpr\u00fcfung der Funktionsf\u00e4higkeit unseres Aufbaus Wasser als Treibstoff und Stickstoff als Oxidationsmittel verwendet.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Umfang der Tests:<\/strong><br \/>\nDas Hauptaugenmerk dieses Testaufbaus liegt auf der Ermittlung der optimalen Injektor Konfiguration. Die Konfigurationen, die getestet werden, umfassen:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li>Showerhead-Injektoren mit unterschiedlicher Anzahl, Position und Querschnitt der \u00d6ffnungen.<\/li>\n<li>Doublet-Injektoren mit unterschiedlicher Anzahl, Position, Querschnitt und \u00d6ffnungswinkel.<\/li>\n<li>Pintle-Injektoren mit unterschiedlichen Querschnitten.<\/li>\n<li>Swirl-Injektoren mit unterschiedlichem Querschnitt und Winkel der Kraftstoff\u00f6ffnungen.<\/li>\n<li>Au\u00dferdem werden uns durch dieses Setup auch Daten zur Durchf\u00fchrbarkeit der Verwendung kritischer Venturis f\u00fcr die Massendurchflussregulierung gegeben.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Um den Test durchzuf\u00fchren, ist ein Computer-Operator und eine Person an jedem Druckregler erforderlich. Dar\u00fcber hinaus ist die Anwesenheit eines Sicherheitsmanagers und eines dedizierten Sensoren-Bedieners hilfreich. Nachdem der Teststand aufgebaut wurde, f\u00fchrt der Computerbediener eine Elektronikpr\u00fcfung durch. Dazu geh\u00f6rt das \u00d6ffnen und Schlie\u00dfen der elektronischen Ventile sowie das Pr\u00fcfen der Z\u00fcndung. Wenn alles nominell ist, schaltet der Sensoren-Bediener die unterschiedlichen Kameras ein, um den Test aufzuzeichnen. Dann evakuiert die gesamte Test-Crew den Teststand und nimmt ihre Position auf dem Kontrollstand ein. Die Bediener von Brennstoff und Oxidationsmitteln setzen das System unter Druck, dann startet der Computer-Operator die vorprogrammierte Testsequenz. Bei Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten w\u00e4hrend des Tests wird er entweder \u00fcber die Steuerungssoftware, oder wenn das Problem mit der Elektronik zusammenh\u00e4ngt, per manuellem Sicherheitsventil abgebrochen. Der Druck wird so vom System abgeschnitten, und die Leitungen und der Kraftstofftank werden drucklos gemacht. Nach erfolgreichem Test wird der Druck an den Reglern abgeschaltet, dann werden die Leitungen und der Tank \u00fcber die Handventile entspannt. In beiden F\u00e4llen befindet sich das System somit in einem sicheren Zustand, die Testmannschaft kann sich zur Rekonfiguration oder zur Untersuchung von Vorf\u00e4llen n\u00e4hern und der Sensoren-Bediener kann die Kamera ausschalten und die Sensorwerte notieren.<\/p>\n<h4 style=\"text-align: justify;\">Recovery<\/h4>\n<p style=\"text-align: justify;\">Unser Hauptfallschirm ist ein Rundkappenfallschirm mit Loch am Mittelpunkt. Diese Form hat einen hohen Drag-Koeffizient, welches uns erlaubt einen m\u00f6glichst kleinen Fallschirm zu verwenden. Sowohl Hauptfallschirm als auch Bremsschirm sind beide in der Spitze verstaut. Zum Auswurf dieser wird die Spitze vom Hauptk\u00f6rper der Rakete getrennt. Diese Trennung \u00fcbernimmt ein eigens entwickelter Mechanismus, dem wir den Namen &#8220;Slingshot&#8221; gegeben haben. Eine Spannleine geht vom unteren Kuppler bis ganz oben in die Spitze. Der oberste Teil der Spitze kann abgeschraubt werden, womit man dann Zugang zu einer Schraube hat. Durch das Drehen dieser Schraube wird eine mit der Spannleine verbundene Scheibe nach oben gezogen, welches zum Anspannen der Leine f\u00fchrt. Dadurch ist die Spitze fest mit dem Hauptk\u00f6rper verbunden. Wenn die Rakete den Gipfelpunkt seines Flugs erreicht wird die Spannleine mit einem Line Cutter durchgeschnitten. Durch die Federn, die im Kuppler angebracht sind, wird die Spitze dann vom Hauptk\u00f6rper getrennt, welches zum Auswurf des Fallschirmes f\u00fchrt. Um sicher zu sein, dass diese Trennung stattfindet, sind zwei getrennt angesteuerte Line Cutter auf der Spannleine angebracht. Das folgende Video zeigt die Trennung mit einem pyrotechnischen Line Cutter:<a href=\"https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=tTuxokPkKEM&amp;feature=youtu.be&amp;t=50\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"> https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=tTuxokPkKEM&amp;feature=youtu.be&amp;t=50<\/a><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h4><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-7107\" src=\"https:\/\/spaceteam.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/2-1024x394.png\" alt=\"\" width=\"652\" height=\"251\" srcset=\"https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/2-1024x394.png 1024w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/2-300x115.png 300w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/2-768x296.png 768w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/2.png 1380w\" sizes=\"auto, (max-width: 652px) 100vw, 652px\" \/><\/h4>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-7108\" src=\"https:\/\/spaceteam.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3-e1556480393306-1024x121.png\" alt=\"\" width=\"652\" height=\"77\" srcset=\"https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3-e1556480393306-1024x121.png 1024w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3-e1556480393306-300x36.png 300w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3-e1556480393306-768x91.png 768w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3-e1556480393306.png 1248w\" sizes=\"auto, (max-width: 652px) 100vw, 652px\" \/><\/p>\n<h4><\/h4>\n<h4 style=\"text-align: justify;\">Tanks<\/h4>\n<p style=\"text-align: justify;\">Die Tanks sind strukturelle Komponenten, die sowohl in den Antriebssystemen, als auch als Strukturelement dienen. Diese Konstruktion erm\u00f6glicht angesichts der ausgew\u00e4hlten Tankmaterialien und -typen eine leichtere Rakete, da kein zus\u00e4tzliches K\u00f6rperrohr erforderlich ist. Bei Tanks des Typs IV wird ein Kunststoffliner verwendet, in dem das Treibmittel gelagert wird. Eine Ummantelung aus Kohlefaser-Vollmaterial tr\u00e4gt die strukturellen Lasten. F\u00fcr diese Tanks sind komplexe Stirnw\u00e4nde erforderlich, bei denen es sich um gefr\u00e4ste Aluminiumteile handelt, die zwischen dem Kunststoff und der Verbundstruktur eingeklebt sind.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">[table id=18 \/]<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Der Lachgas-Tank wird \u00fcber dem Ethanol-Tank positioniert, wodurch der Schwerpunkt etwas h\u00f6her liegt. Die Tanks sind unabh\u00e4ngig und werden mit einer Kupplung mechanisch verbunden. Da es sich bei den Tanks um strukturelle Bauteile der Rakete handelt ist es nicht m\u00f6glich, Kabel und Leitungen au\u00dferhalb der Tanks ohne ordnungsgem\u00e4\u00dfe Verkleidungen zu verlegen. Somit ist es w\u00fcnschenswert externe Verdrahtungs- und Installationsleitungen zu vermeiden, da die genauen aerodynamischen Bedingungen (insbesondere der W\u00e4rmeintrag) unbekannt sind oder in einem geringeren Ausma\u00df als die Bedingungen innerhalb der Tanks bekannt sind. Dies bedeutet, dass es beim derzeitigen Design erforderlich ist, bestimmte Rohrleitungen und Datenleitungen durch die Tanks zu f\u00fchren. Mindestens eine Lachgas-Leitung muss durch den Ethanol Beh\u00e4lter und ein elektrisches Datenkabel durch beide Tanks gef\u00fchrt werden.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Die Abdichtungen der Rohre m\u00fcssen so ausgef\u00fchrt werden, dass keine unerwarteten strukturellen Belastungen aufgrund einer Verl\u00e4ngerung infolge des Drucks auf die Tanks auftreten. Dies wird durch Dichtungen sichergestellt, die auf einer Seite der Bypassrohre in axialer Richtung flexibel sind. Das Ethanol wird aus einem Stickstofftank unten durch ein Steigrohr druckbeaufschlagt und das Distickstoffoxid wird ohne Steigrohr von oben unter Druck gesetzt. Bei beiden Tanks werden Druck und Temperatur \u00fcberwacht und an jedem Tank eine Druckentlastungsscheibe angebracht, um sicherzustellen, dass der kritische Druck niemals erreicht wird. Es ist notwendig, die Tanks abzuk\u00fchlen, wenn sie gef\u00fcllt sind. Insbesondere der Lachgas-Tank ist sehr temperaturempfindlich und sollte niemals einen kritischen Druck erreichen. Dieser K\u00fchlungsprozess ist sehr einfach zu erreichen, indem der nitrose Tank kontinuierlich in die Atmosph\u00e4re entl\u00fcftet wird. Selbst bei Temperaturen von bis zu 48 \u00b0C, wie beispielsweise bei Spaceport Amerika, ist es UTAT gelungen, den Salpatentank auf diese Weise zu k\u00fchlen. Es werden auch isolierende Ans\u00e4tze untersucht, um die Stickstofftemperatur nach dem Trennen des F\u00fcllsystems und dem Schlie\u00dfen der Entl\u00fcftung zu kontrollieren.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Leitbleche<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\" wp-image-7106 alignright\" src=\"https:\/\/spaceteam.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/1.png\" alt=\"\" width=\"361\" height=\"353\" srcset=\"https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/1.png 605w, https:\/\/wptest3.tust.at\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/1-300x294.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 361px) 100vw, 361px\" \/><\/strong><br \/>\nUm die Bewegung einer freien Fl\u00fcssigkeitsoberfl\u00e4che (&#8220;Schwappen&#8221;) auf das dynamische Verhalten des Tanks zu reduzieren, m\u00fcssen Leitbleche in die Treibstofftanks eingebaut werden. Dies ist besonders kritisch f\u00fcr Fl\u00fcssigkeiten wie Distickstoffmonoxid, wobei eine gro\u00dfe Oberfl\u00e4che zum Volumen erforderlich ist, um eine m\u00f6gliche lokale spontane Zersetzung (ein Effekt der Zugabe von Ablenkplatten) zu unterdr\u00fccken.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Avionik-Kabelkanal<\/strong><br \/>\nEs ist notwendig, die obere und die untere Avionik durch elektrische Verkabelung zu verbinden. Aus diesem Grund wird ein Kabelkanal mit 6-7 mm Innendurchmesser installiert. Diese Leitung wird durch beide Treibstofftanks gef\u00fchrt. Um zu verhindern, dass sich statische Ladung in Bezug auf die Tankw\u00e4nde am Kanal ansammelt, besteht der Kanal aus (leicht) leitf\u00e4higem Material wie Kohlefaser oder Metall und ist elektrisch mit dem Tank verbunden.<\/p>\n<h4 style=\"text-align: justify;\">Sicherheit<\/h4>\n<p style=\"text-align: justify;\">Wie in jedem anderen Raumfahrtunternehmen, nimmt die Sicherheit, darunter Qualit\u00e4ts- und Risikomanagement, auch im TU Wien Space Team seit jeher einen hohen Stellenwert ein. Um diese Gebiete auch f\u00fcr Base11 zu erschlie\u00dfen, wurde der w\u00f6chentliche Safety-Zirkel ins Leben<br \/>\ngerufen, der im Sinne eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses zum Beispiel ein Sicherheits- und Prozeduren-Handbuch ausarbeitet, das zun\u00e4chst beim Spaceport TXV Projekt getestet und bei Erfolg vom gesamten Space Team \u00fcbernommen werden soll. Ein weiterer wichtiger Punkt, der in diesem Rahmen wieder aufgegriffen wurde, ist die Weiterentwicklung des Wissensmanagement, welches zum Ziel hat, das gesammelte Wissen des Teams vor Fluktuation der Mitglieder zu besch\u00fctzen und allen Mitgliedern zug\u00e4nglich zu machen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Avionik Das Avionik-Subsystem beinhaltet alle elektronischen Komponenten in der Rakete. Es steuert alle Funktionen, zeichnet Messdaten auf und kommuniziert mit dem Equipment am Boden. Das Subsystem ist modular aufgebaut und alle sicherheitskritischen Komponenten sind soweit wie m\u00f6glich redundant (teilweise unabh\u00e4ngig vom restlichen System nutzbar) ausgef\u00fchrt. 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