Optimierung von Raumteleskopauslegern durch neuartiges Steifigkeitsmodell

PEKING / LONDON (IT BOLTWISE) – Wissenschaftler der Beihang-Universität und des Beijing Institute of Spacecraft System Engineering haben ein innovatives Modell zur Optimierung der Steifigkeit von Raumteleskopauslegern entwickelt. Dieses Modell berücksichtigt erstmals die Verriegelungsmechanismen in den Gelenken, was zu einer signifikanten Verbesserung der Steifigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Masse führt. Diese Entwicklung könnte die Grenzen traditioneller Designs überwinden und neue Maßstäbe in der Raumfahrttechnik setzen.

Die Entwicklung von Raumteleskopauslegern steht vor der Herausforderung, eine optimale Balance zwischen Masse und Steifigkeit zu finden. Traditionelle Ansätze vernachlässigen oft die Rolle der Verriegelungsmechanismen in den Gelenken, was zu suboptimalen Designs führt. Forscher der Beihang-Universität und des Beijing Institute of Spacecraft System Engineering haben nun ein neues Modell entwickelt, das diese Mechanismen integriert und so eine gleichzeitige Optimierung von Steifigkeit und Masse ermöglicht.

Das neue Steifigkeitsmodell basiert auf einem äquivalenten Parallelmechanismus, der mehrere interne Steifigkeitsfaktoren der Verriegelungsmechanismen und der Rohre berücksichtigt. Diese detaillierte Betrachtung führt zu einer um mindestens 11 % genaueren Darstellung des Gelenkverhaltens im Vergleich zu bestehenden Modellen. Das Modell integriert sowohl ein statisches Steifigkeitsmodell als auch ein Spielmodell, um die Verformung der Gelenke präzise vorherzusagen.

Die Optimierung erfolgt durch Anpassung der Anzahl der Verriegelungsmechanismen, des Außendurchmessers der Gelenke, der Rohrdicke und der Einbauhöhe der Verriegelungsmechanismen. Ziel ist es, entweder die Masse zu minimieren oder die minimale Umfangssteifigkeit zu maximieren. Fallstudien zeigen beeindruckende Ergebnisse: Bei Drehverriegelungen kann die Steifigkeit um 11,59 % erhöht und die Masse um 0,103 % reduziert werden. Bei prismatischen Verriegelungen ist eine Steifigkeitssteigerung von 70,81 % bei gleichzeitiger Massenreduktion von 0,661 % möglich.

Diese Fortschritte könnten die Raumfahrttechnik revolutionieren, indem sie die Effizienz und Leistungsfähigkeit von Raumteleskopen erheblich steigern. Die Forschungsergebnisse wurden in einem wissenschaftlichen Artikel veröffentlicht, der von Kun Xu, Xinghan Zhuang, Zhou Su, Qiuhong Lin, Shouzhi Ren, Hang Xiao und Xilun Ding verfasst wurde. Diese Arbeit könnte als Grundlage für zukünftige Entwicklungen in der Raumfahrttechnik dienen und neue Standards für die Konstruktion von Raumteleskopen setzen.

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