Professur für Adaptive Strukturen in der Luft- und Raumfahrttechnik

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In vielen technischen Bereichen des Maschinenbaus hat sich die Mechatronik in den letzten Jahrzehnten etabliert: Die modernen Hilfsmittel zur Informationsgewinnung, -verarbeitung und ‑verteilung ermöglichen die Schaffung immer komplexerer Netze aus Sensorik, Regelungskomponenten und Aktorik. Klassische Steuerungs- und Regelungs­aufgaben lassen sich hiermit zunehmend auf eine große Anzahl gleichzeitig berücksichtigter Freiheitsgrade ausdehnen. Umgekehrt entstehen hieraus aber auch an die Mess­technik, Aktorik sowie Modellbildung und Simulation erhöhte Qualitätsansprüche, zu denen Modularität, gute Nachbildung des Ein- und Ausgangsverhaltens von Kom­po­nen­ten und ganzer Systeme sowie Echtzeitfähigkeit gehören. Methoden zur Modellidentifikation und -reduktion sind dabei ebenfalls von zentralem Interesse.

Für die Luft- und Raumfahrttechnik ist dieser Umstand mindestens so wichtig wie im übrigen Maschinenbau und betrifft klassische Aufgabenstellungen der Flugmesstechnik in besonderem Maße. Dies gilt für Grundlagen und Anwendungen gleichermaßen.

Modell zur integrierten Bewegungsmessung beim Doppelpendel (c) Jörg F. Wagner
Modell zur integrierten Be­we­gungs­messung beim Doppelpendel

Ein exemplarisches Forschungsgebiet ist das der integrierten Bewegungsmessung, bei der Sensorsignale sehr unterschiedlicher kinematischer Messgeber wie Gyroskope, Deh­nungs­mess­strei­fen, Entfernungsmesser usw. miteinander fusioniert werden. Die hiermit bewirkte qualitativ hochwertige Bewegungs­schät­zung kann beispielsweise in der Navigation und Flugführung sowie für die Regelung und Überwachung („Monitoring“) mechanischer Strukturen eingesetzt werden. Aktive und semi-aktive Strukturdämpfungskonzepte, hochgenaue Bewegungssteuerung bei Mehrkörpersystemen wie Robotern oder die Koppelung von Inertialsensorik mit flexibel aufgehängten Mehrantennen­sys­te­men der Satellitennavigation sind typische Anwendungen hierfür.

Inertialmesseinheit des SOFIA-Teleskops (c) Simon Beckmann
Inertialmesseinheit des SOFIA Teleskops

Moderne Hochleistungsteleskope sind spezialisierte mechatronische Unikate, und zwar unabhängig davon ob boden-, flugzeug- oder satellitengestützt. Dies gilt ebenso für die Be­obach­tungs­in­strumente wie Kameras oder Spektrometer, die permanent oder temporär an diesen Teleskopen montiert sind. Ein anspruchsvolles, prominentes Beispiel für solche astronomischen Instrumente ist das fliegende Observatorium SOFIA. Die verlangte gute Vibra­ti­ons­freiheit und Ausrichtgenauigkeit des optischen Systems bei starker, breitbandiger Schwingungsanregung stellt hohe An­sprü­che an die erforderliche Struktur- und Lage­re­gelung. Ein anderes Beispiel bildet die optische Nachführung von MICADO, einer auflösungsstarken kryogenen Kamera für das Extremely Large Tele­scope, das derzeit in der Atacamawüste, Chile, errichtet wird.

Maschine von Bohnenberger (c) Württ. Landesbibl., Sig. Cod. Math. 4° 64a
Maschine von Bohnenberger

Viele technische Entwicklungen, die die Luft- und Raum­fahrt­tech­nik und daraus entstandene Anwendungen elementar prägen, lassen sich sehr viel besser verstehen, wenn sie vor ihrem historischen Hintergrund betrachtet werden. Dies gilt in besonderer Weise, wenn Instrumente einen langen Entwicklungsweg hinter sich haben, physikalisch bzw. mathematisch komplex sind oder sich wegen ihrer Miniaturisierung einem unmittelbaren Zugang entziehen. Ein hierfür typisches Gebiet der Technik- und Wissenschaftsgeschichte ist die Kreisel- und Inertialtechnik, die inzwischen selbst in Smart­phones Einzug gehalten hat.

 

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Professur für Flugmesstechnik

Pfaffenwaldring 31, D-70569 Stuttgart

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