Lehrinhalte Hauptdiplom und Übersicht über die Vertiefungsfächer

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1 Studienplan Teil 3 Lehrinhalte Hauptdiplom und Übersicht über die Vertiefungsfächer Dieser Teil des Studienplans enthält Übersichten der Fachgebiete der Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie sowie der Lehrveranstaltungen zur Diplomprüfung. Es sind dies die Lehrveranstaltungen zu den Pflichtfächern, den Vertiefungsfächern sowie den Wahlfächern, soweit sie von der Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie selbst angeboten werden. Entsprechend der Prüfungsordnung ( 22) können als Wahlfächer auch Lehrveranstaltungen anderer Fakultäten der Universität Stuttgart gewählt werden. 1. Aufteilung des Studiums (s. a. Teil 1, S. 7 und Studien- und Diplomprüfungsordnung) Pflichtfächer Statik und Dynamik Strömungslehre Thermodynamik Flugmechanik und Regelungstechnik Luftfahrttechnik Luftfahrtantriebe Luftfahrtsysteme Raumfahrtsysteme Numerische Simulation Flugnavigation Pflichtlabor Vertiefungsfach Fächergruppe Grundlagen Strömungslehre Thermodynamik Flugmechanik und Regelungstechnik Statik und Dynamik Vertiefungsfach Fächergruppe Anwendung Datenverarbeitung Flugzeugbau und Leichtbau Luftfahrtantriebe und Turbomaschinen Luftfahrtsysteme Raumfahrtsysteme Raumfahrtanwendung Seite 19

2 Wahlfächer (nach 22 PO) Mindestens 3 Lehrveranstaltungen im Gesamtumfang von 8 SWS. Als Wahlfächer können gewählt werden: 1. Alle im Studiengang Luft- und Raumfahrttechnik angebotenen Lehrveranstaltungen, soweit sie nicht bereits im Rahmen der Pflichtfächer oder der Vertiefungsfächer des Kandidaten enthalten sind. 2. Alle an der Universität Stuttgart im Rahmen anderer Studiengänge angebotenen Lehrveranstaltungen. Eines der Wahlfächer muss aus dem Bereich der Geisteswissenschaften gewählt werden. Seite 20

3 Strömungslehre 2. Strömungslehre Die Strömungslehre ist ein Teilgebiet der Mechanik und lehrt die Gesetze zur Beschreibung der Bewegungen und des Kräftegleichgewichts von ruhenden und bewegten Fluiden (Flüssigkeiten, Gasen, Dämpfen). Ein Fluid ist generell ein nicht festes, nicht formbeständiges Kontinuum, bei dem das Verhältnis der mittleren freien Weglänge der Gasteilchen zur charakteristischen Länge des durchoder umströmten Körpers sehr klein gegenüber 1 ist. Die Strömungslehre erforscht und behandelt die Bewegung von Fluiden und die dabei entstehenden Kräfte und Momente. Die Grundgleichungen sind partielle Differentialgleichungen und beschreiben Erhaltungssätze (Massenerhaltungs-, Impuls- und Energiesatz). Mit ihrer Hilfe und der Zustandsgleichung kann der Zustand eines Fluides bei gegebenen Verhältnissen (Geometrie, Randbedingungen) prinzipiell berechnet werden. Schwierigkeiten bei der Lösung dieser Aufgabe bereitet im Wesentlichen die Mathematik wegen der Nichtlinearität des auftretenden Systems partieller Differentialgleichungen. Daher bieten numerische Verfahren zur Lösung dieser Gleichungen auf Höchstleistungsrechnern einen Schwerpunkt neben den experimentellen Simulationsmethoden in der Strömungsmechanik. Für die Vertiefungsrichtung Strömungslehre ist die Belegung des Grundlagenfaches Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I bindend vorgeschrieben (3 SWS, schriftliche Prüfung). Weitere 4 SWS, die ebenfalls schriftlich geprüft werden, und 3 SWS, die mündlich geprüft werden, können aus einem reichhaltigen Angebot an Lehrveranstaltungen ausgewählt werden. Als Orientierungshilfe werden im Folgenden 3 Schwerpunkte beschrieben, wobei jedoch andere Kombinationen von Lehrveranstaltungen jederzeit möglich sind. Schwerpunkt Aerodynamische Auslegung und Optimierung Die aerodynamische Auslegung und Optimierung von Luft- und Raumfahrzeugen bzw. deren Komponenten bildet eine wichtige Säule in der Gesamtkonzeption eines Luft- und Raumfahrtgerätes und steht im Wettstreit mit den übrigen Fachdisziplinen, einen optimalen Kompromiss zur Gestaltung des Gesamtkonzeptes zu finden. Eine präzise Modellbildung ist dabei eine Grundvoraussetzung, die auch in der Lage sein muss, die Wechselwirkungen, z.b. mit der Strukturdynamik und der Akustik, zu erfassen. Numerische Lösungsverfahren der Grundgleichungen gehören dabei zu den unverzichtbaren Kenntnissen des Ingenieurs. Eine gleiche Bedeutung besitzen die experimentellen Simulationsverfahren in Wind- und Wasserkanälen sowie die zugehörige Messtechnik. Eine Auswahl aus folgenden Vorlesungen ist denkbar: Grenzschichttheorie, Grundlagen der Numerischen Strömungsmechanik einschließlich Praktikum, Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik II, Aerodynamische Auslegung von Profilen und Tragflügeln, Aeromechanik des Hubschraubers, Anwendung der Strömungsversuchstechnik (Vorlesung mit Praktikum), Strömungsversuchs- und Messtechnik, Strömungsvisualisierung, Hyperschallströmung und flug I und II, Aeroakustik der Luftund Raumfahrt. Schwerpunkt Simulationsverfahren Nicht nur in der Strömungsmechanik und Aerodynamik, sondern auch in anderen Grundlagenfächern, wie der Thermodynamik, Strukturdynamik, etc. werden heutzutage moderne Simulationsverfahren eingesetzt. Darunter versteht man numerische Verfahren zur Lösung von Systemen gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen, die häufig auch höherer Ordnung und nichtlinear sind. Dazu benötigt man Verfahren aus der numerischen Mathematik und moderne Algorithmen zur Bearbeitung der Methoden auf Computern. Dafür bedarf es nicht nur der Einführung durch Vorlesungen, sondern auch der Sammlung eigener Erfahrungen durch selbständige Bearbeitung von Problemen auf Computern. Eine Auswahl aus den folgenden Lehrveranstaltungen wird empfohlen: Grundlagen der Numerischen Strömungsmechanik, Rechnerpraktikum zur Numerischen Strömungsmechanik, Numerische Strömungsvisualisierung, Numerische Gasdynamik, Praktikum zur numerischen Gasdynamik, Numerische Methoden für inkompressible Strömungen. Schwerpunkt Allgemeine Strömungsmechanik Die strömungsmechanischen Methoden, die in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden, können zu einem gewissen Umfang auch in anderen Bereichen der Technik, z.b. im Maschinenbau Seite 21

4 Strömungslehre oder in der Verfahrenstechnik, eingesetzt werden. Dazu bietet das IAG neben den Grundlagenfächern wie Theoretische Gasdynamik, Grundlagen der Numerischen Strömungsmechanik, Grenzschichttheorie, Strömungsversuchs- und Messtechnik, (Numerische) Strömungsvisualisierung und Aeroakustik der Luft- und Raumfahrt auch einige Anwendungsfächer, wie Industrielle Aerodynamik, Umweltaerodynamik und Anwendung der Strömungsversuchstechnik an. Seite 22

5 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH STRÖMUNGSLEHRE STRÖMUNGSLEHRE Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: Strömungslehre I Sem.: Strömungslehre II 3-2 Strömungsmechanische Versuche zum Pflichtlabor Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: Flugzeug und Flugkörperaerodynamik I 2-1 *, S Theoretische Gasdynamik S Aeromechanik des Hubschraubers 2 - S Grenzschichttheorie 2-1 S Grundlagen der Numerischen Strömungsmechanik Rechnerpraktikum zur Numerischen Strömungsmech. Hyperschallströmung und flug I Strömungsvisualisierung Aeroakustik der Luft- und Raumfahrt Anwendung der Strömungsversuchstechnik Seminar zur Aerodynamischen Auslegung von Profilen und Tragflügeln o, M 8. Sem.: Flugzeug und Flugkörperaerodynamik II 2-1 S Aerodynamische Auslegung von Profilen und Tragflügeln M Numerische Gasdynamik S Praktikum zur Numerischen Gasdynamik M Numerische Methoden für inkompressible Strömungen M Strömungsversuchs- und Messtechnik S Industrielle Aerodynamik M Umweltaerodynamik S Numerische Strömungsvisualisierung M Hyperschallströmung und flug II M Seminar zur Aerodynamischen Auslegung von Profilen und Tragflügeln o, M Für das Vertiefungsfach Strömungslehre ist die mit * gekennzeichnete Lehrveranstaltung bindend vorgeschrieben. Insgesamt sind mindestens 10 SWS zu belegen. Die mit o gekennzeichneten Lehrveranstaltungen sind freiwillige Ergänzungen zur Vertiefung. M: Mündliche Prüfung, mindestens 3 SWS S: Schriftliche Prüfung, mindestens 7 SWS S M M M S M Seite 23

6 Thermodynamik 3. Thermodynamik Die Thermodynamik ist als eine allgemeine Energielehre zu verstehen, deren Zielsetzung zum einen eine möglichst einfache Beschreibung von Arbeitsumsatz und Güte bei Energie-Wandlungsprozessen ist, die zum anderen aber auch eine detaillierte Beschreibung der involvierten physikalischen Prozesse und deren Analyse mit Hilfe von Modellgesetzen ermöglicht. Die abstrahierten, betrachteten Systeme werden durch wenige makroskopische Zustandsgrößen wie Druck, Temperatur, Dichte und Zusammensetzung beschrieben und deren Abhängigkeiten werden in Form von formelmäßigen Gesetzen dargestellt. Hierbei spielt der Energiebegriff und deren Erhaltung eine zentrale Rolle in der Thermodynamik; er ist im ersten Hauptsatz verankert. Es ist aber eine alltägliche Erfahrung, dass die verschiedenen Energieformen Wärme, mechanische, elektrische und chemische Energie nicht beliebig ineinander umgewandelt werden können. Die Einschränkungen werden im zweiten Hauptsatz mit Hilfe des Begriffs der Entropie beschrieben. Das ITLR vermittelt eine breit gefächerte Ausbildung in der modernen Thermodynamik unter besonderer Berücksichtigung der Gebiete Aerothermodynamik, Wärmeübertragung, Strahlung, Verbrennung und Kinetische Gastheorie. Damit werden auch wesentliche Grundlagen für andere ingenieurwissenschaftliche Bereiche gegeben, wie zum Beispiel Energieumwandlung und Umweltschutz. Pflichtfächer Der Pflichtstoff umfasst die Behandlung zweier grundlegender thermodynamischen Vorgänge: - zum einen die Energie-Umwandlung zum Beispiel von Wärme oder von chemischer Energie in andere gewünschte Energieformen, - zum anderen die Energie-Übertragung unmittelbar von einem System auf ein anderes oder mittelbar über ein drittes System als Energieträger. Beide Vorgänge sind in der Technik von großer Bedeutung für die unterschiedlichsten Fahrzeugantriebe, nicht nur in der Luft- und Raumfahrt, sondern auch bei Land- und Wasserfahrzeugen und in stationären Anlagen, sowie für Heizung, Kühlung und Klimatisierung. Die Energieübertragung durch Wärmeleitung und Konvektion wird im Rahmen der Vorlesung Wärmeübertragung" behandelt, in der Vorlesung Thermodynamik III" (Strahlung) hingegen wird insbesondere auf Fragen der Energieübertragung durch Strahlung eingegangen. Während die Thermodynamik- Vorlesungen vor dem Vorexamen hauptsächlich das thermodynamische Gleichgewicht auf Basis der Kontinuumstheorie behandeln, werden im Rahmen der Vorlesung Thermodynamik IV" (Kinetische Gastheorie) auch Systeme mit Abweichungen vom thermodynamischen Gleichgewicht betrachtet. Diese werden in der Luft- und Raumfahrt benötigt, wenn die Zustandsgrößen Temperatur, Druck und Dichte extreme Werte annehmen, die vor allem beim Flug in großer Höhe zum Tragen kommen. In der Einführung in die Verbrennung wird auf die Bedeutung der Verbrennung eingegangen und eine Einteilung von Verbrennungsvorgängen vorgenommen. Seite 24

7 Thermodynamik Vertiefungsfächer In der Vorlesung Analytische Lösungsmethoden für Wärme- und Stoffübertragungsprobleme werden theoretische Lösungsalgorithmen für die Differentialgleichungen, die den Wärme- und Stoffübergang beschreiben, erarbeitet. Dies sind im einzelnen Anwendungen der Theorie der partiellen Differentialgleichungen: Separation der Variablen, Integraltransformationen, Ähnlichkeitslösungen, Störungsrechnung für stationäre und instationäre Wärmeleitung, Wärmeübertragung in Kanal- und Rohrströmungen und Kompressible Strömungen. Die Veranstaltung Verbrennungsprobleme der Luft- und Raumfahrt I + II behandelt die Funktionsweise der Flugtriebwerks-Brennkammer und Nachverbrennung, die Ursachen der physikalisch-chemischen der Schadstoffbildung sowie Primärmaßnahmen und Sekundärmaßnahmen zur deren Reduzierung und die Atmosphärenwirkung luftfahrtbedingter Emissionen. Es wird auf die aerothermodynamische Eigenschaften von Strömungen mit Wärmefreisetzung eingegangen und am Beispiel der Staustrahlantriebe erörtert. Bei der Behandlung Moderner Messverfahren in der Thermodynamik I+II" wird nicht nur die in Labor und Praxis eingesetzte Messtechnik, sondern auch das erforderliche theoretische Grundwissen vermittelt, um die Einsatzmöglichkeiten und die zu erwartenden Ergebnisse beurteilen zu können. An dieser Lehrveranstaltung beteiligen sich Fachleute aus der Industrie. Die Vorlesung Moderne Messverfahren der Thermodynamik I beinhaltet Strahlenoptik, Wellenoptik, Interferometrie, Holographie sowie Messung von Partikeleigenschaften z.b. durch Lichtstreuung, die Anwendung von Partikeln zur Vermessung von Strömungsfeldern (Particle Image Velocimetry) und Temperaturen mittels thermochromer Flüssigkristalle (Thermochromic Liquid Crystals). In den Modernen Messverfahren der Thermodynamik II wird auf die Vakuummesstechnik und auf die Stoßrohrtechnik mit der dazugehörigen Sensorik eingegangen. Weiterhin werden Messmethoden wie Massenspektrometrie, laserinduzierte Fluoreszenz, drucksensitive Farben und Infrarot-Thermografie erläutert. In der Hoch-Temperatur-Messtechnik muss auf eine berührungslose Diagnostik eingegangen werden. Hierzu werden die Grundbegriffe der Strahlenoptik geklärt, auf Detektoren, Vergleichsstrahler und Pseudotemperaturen wird eingegangen. Methoden der Temperaturbestimmung werden erörtert und abschließend wird die wichtige Frage der Bestimmung des Emissionsgrades behandelt. Die Spezielle Probleme der Wärmeübertragung befassen sich mit der Herleitung von Erhaltungsgleichungen, sowie der Grenzschichtapproximation. In internen Strömungen (in Rohren, Kanälen) wird auf den Wärmeübergang eingegangen. Für laminare Umströmungsprobleme wird der Einfluss des äußeren Druckgradienten auf Strömung und Wärmeübertragung erörtert, desgleichen der Einfluss der Kompressibilität. Die praktisch wichtigen turbulenten Umströmungsprobleme und die unterschiedlichen Möglichkeiten in der Turbulenzmodellierung werden in dieser Veranstaltung behandelt. Die Numerische Methoden der Thermodynamik machen den Hörer mit verschiedenen Methoden zur Lösung thermodynamischer Probleme vertraut. Dabei wird ausgegangen von Berechnung von Zustandsänderungen in realen Gasen, für die numerische Nullstellenlöser und Integrationsalgorithmen für gewöhnliche Differentialgleichungen benötigt werden. Anhand der Berechnung von Kreisprozessen wird Bezug auf das Lösen von linearen Gleichungssystemen genommen. Die instationäre Wärmeleitung bietet den Einstieg in die numerische Lösung von linearen partiellen Differentialgleichungen auf der Basis von Finiten Differenzen oder Finiten Elementen. Bei der Wärmeübertragung in kompressiblen Grenzschichten mit Hilfe eines Grenzschichtprogramms stehen Lösungsmethoden für nichtlineare partielle Differentialgleichungen, u. a. mit Finiten Volumenmethoden, im Vordergrund. Es wird eine kurze Wiederholung zur Turbulenzmodellierung gegeben. Die Vorlesung wird begleitet durch Übungen, die selbstständige Programmiereinheiten umfassen und auch als netzbasierte Module vorliegen. Unter Stoffübertragung und Verbrennung (Numerik)" werden Diffusionsvorgänge in ruhenden Systemen und in Strömungen sowie laminare und turbulente Strömungsfelder mit chemischen Reaktionen betrachtet. Die Veranstaltung behandelt die Erhaltungsgleichungen für reaktive Strömungen mit dem Schwerpunkt auf dem Massen- und Energietransport durch Diffusion. Hierzu müssen die Transportkoeffizienten in den Erhaltungsgleichungen beschrieben werden. Es wird auf die Seite 25

8 Thermodynamik räumliche Diskretisierung (finite Differenzen, finite Volumen) dieser Gleichungen eingegangen sowie numerische Lösungsverfahren für steife Systeme von Differentialgleichungen vorgestellt. Weiterhin werden die Unterschiede zwischen expliziter und implizite zeitlicher Diskretisierung steifer, nichtlinearer Differentialgleichungen und ihre Stabilität behandelt. Die Vorlesung Wärmeübertragungsintensivierung behandelt die Steigerung des Wärmetransports, z.b. durch Oberflächenvergrößerung und die Analyse von verschiedenen Rippenanordnungen bzw. deren Form. Bei konvektiver Wärmeabgabe werden Maßnahmen zur Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten besprochen. Es wird auf die Unterschieden bei Strömung und Wärmeübergang in glatten und rauhen Kanälen hingewiesen sowie Zusammenhänge zwischen Druckverlust und Wärmeübergang in berippten Kanälen hergestellt. Mögliche Strömungskonfigurationen zur Erhöhung des konvektiven Wärmestroms durch z.b. Zylinderanordnungen im Querstrom oder mit Hilfe von Drallströmungen oder Prallkühlung werden vorgestellt. Die Erhöhung des Wärmetransports unter Einsatz von Wärmerohren sowie die Wärmeübertragungsintensivierung bei Siedevorgängen wird behandelt. Die Vorlesung Dimensionsanalyse stellt die Methode anhand von verschiedenen Beispielen dar. Dimensionsbetrachtungen spielen in der Naturwissenschaft und der Technik eine bedeutende Rolle. Im ersten Teil der Vorlesung werden die Methoden dargestellt. Hier werden die physikalische Größen, Basisgrößensysteme und Maßsysteme vorgestellt. Danach erfolgt eine Darstellung des Pi-Theorems. Der zweite Teil der Vorlesung widmet sich danach zahlreichen Beispielen, die zur Erklärung und Anwendung der Methode beitragen. The course Transonic Flow with Heat Addition deals with flows of heterogeneous media such as mixtures of vapor/carrier gas mixtures and/or gas flows with solid particles and droplets. A common characteristic to all these types of flows is that the heat addition is an internal process occurring mostly via non-equilibrium condensation. The accompanying release of latent heat affects strongly the flow pattern and may cause thermal chocking with steady or unsteady moving shock waves. Obviously, the controlling of these steady and unsteady flow regimes requires a sound understanding of gas dynamics, non-equilibrium condensation kinetics, and their mutual interaction. Therefore, this course will first provide an elementary introduction in the gas dynamics of compressible flows with heat addition, which allows the explanation of important phenomena. The second part of this course will focus on a more detailed analysis of the mechanism of non-equilibrium condensation, with particular emphasis on the importance of the correct modeling of the heat transfer process between the droplets and the surrounding gas. The third part of this course will concentrate, instead, on a few specific technical applications, in order to illustrate how the preceding theoretical treatment can find direct application in the industrial world. We will treat, in particular, flows in steam turbines, rotor-stator interaction, and supersonic nozzle flows. Bei der Zusammenstellung der Vertiefungsfächer sind zwei schriftliche und zwei mündliche Veranstaltungen zu wählen. Es können auch Lehrveranstaltungen aus anderen geeigneten Gebieten gewählt werden. Seite 26

9 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH THERMODYNAMIK THERMODYNAMIK Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: Thermodynamik III - Wärmestrahlung 1-1 S Wärmeübertragung 2-1 S 6. Sem.: Thermodynamik IV Kinetische Gastheorie 2-1 S Einführung in die Verbrennung 1-1 S Pflichtlabor Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: Selected problems of convective heat transfer M Verbrennungsprobleme der Luft- und Raumfahrt I S Analytische Lösungsmethoden S Moderne Messverfahren der Thermodynamik I M Projektorientiertes Praktikum M Dimensionsanalyse S Transsonic Flows with Internal Heat Addition M Diffusion und Stoffübertragung M 8. Sem.: Wärmeübertragungsintensivierung 2-1 S Spezielle Probleme der Wärmeübertragung M Numerische Methoden in der Thermodynamik 2-1 S Hochtemperatur Messtechnik 1-1 M Verbrennungsprobleme der Luft- und Raumfahrt II S Stoffübertragung und Verbrennung (Numerik) 2-1 S Projektorientiertes Praktikum M Moderne Messverfahren der Thermodynamik II M Zusätzlich besteht die Möglichkeit, über die Vertiefungskombination hinausgehend weitere der angeführten Vorlesungen als Wahlfach zu nehmen. M: Mündliche Prüfung S: Schriftliche Prüfung Seite 27

10 FLUGMECHANIK UND REGELUNGSTECHNIK 4. Flugmechanik und Regelungstechnik Das Pflichtfach Flugmechanik stellt verschiedene Varianten von Bewegungsgleichungen bereit, um die Lage- und Bahndynamik von Flugzeugen oder Raumfahrzeugen im erdnahen Weltraum zu beschreiben. Die Bewegungsmodelle der Flugmechanik bilden die Grundlage für die Flugsimulation, die Flugregelung und die Bahnplanung, z.b. mithilfe der Bahnoptimierung. Das Ziel der Regelungstechnik besteht darin, dynamische Prozesse durch Rückführung von Messgrößen in gezielter Weise zu beeinflussen. In der Flugregelung geht es z.b. darum, Flugzeuge entlang einer vorgegebenen Bahn zu führen, die Handhabung des Geräts für den Piloten zu erleichtern und den Passagierkomfort zu erhöhen. Das Pflichtfach Regelungstechnik I stellt die klassische lineare Eingrößenregelung vor. Sie umfasst die Herleitung des linearen Bewegungsmodells, seine Analyse im Zeit- und Frequenzbereich und die Standardverfahren des linearen Entwurfs. Auch wenn Regelung in allen Bereichen der Technik Eingang findet, beschränkt sich die Vertiefung "Flugmechanik und Regelungstechnik" auf Anwendungen im Rahmen der Luft- und Raumfahrt. Die Vorlesungen der Vertiefung "Flugmechanik und Regelungstechnik" lassen sich in drei Gruppen einteilen: 1. Methodische Grundlagen der Regelungstechnik: Die Vorlesung Regelungstechnik II behandelt die klassische lineare Mehrgrößenregelung. Sie ist für alle Vertiefungsstudenten verbindlich. Dazu gehört auch eine Einführung in das regelungstechnische Entwurfsprogramm Matlab/Simulink. In den Vorlesungen Robuste Regelung mit Anwendungen in der Flug- und Aeroelastikregelung und Ausgewählte Methoden der Regelungstechnik geht es um die Themen robuste Regelung, stochastische Regelung, digitale Regelung und nichtlineare Regelung. 2. Anwendungen der Regelungstechnik in der Luft- und Raumfahrt: Die Vorlesungen "Regelungsprobleme in der Raumfahrt" und "Advanced Spacecraft Navigation and Control Design" wenden die Methoden der Regelungstechnik auf die Bahn- und Lageregelung von Satelliten an. In den Vorlesungen "Flugregelung" und "Flugmechanik und Flugregelung von Hubschraubern" ist das Flächenflugzeug bzw. der Hubschrauber Gegenstand des Reglerentwurfs. In jedem Fall geht der Regelung eine ausführliche flugmechanische Modellbildung voraus. Eine sinnvolle Ergänzung wäre eine Vorlesung aus dem Bereich Navigation. 3. Bahnoptimierung und Lenkung: Unter Bahnoptimierung versteht man den Bahnentwurf unter der Vorgabe, ein gegebenes Gütekriterium bestmöglich zu erfüllen. Damit lässt sich z.b. die kostengünstigste Aufstiegsbahn einer Rakete ermitteln. Die Vorlesung "Nichtlineare Optimierung" legt die methodischen Grundlagen für die eigentliche Bahnoptimierung, wo wiederum die neusten Berechnungsverfahren und das zugehörige institutseigene Programmpaket vorgestellt werden. Optimierungsansätze sind in allen Bereichen der Technik, Wissenschaft und Wirtschaft verbreitet. Seite 28

11 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH FLUGMECHANIK UND REGELUNGSTECHNIK FLUGMECHANIK UND REGELUNGSTECHNIK Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: - 6. Sem.: Regelungstechnik I 2-1 Flugmechanik Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: 8. Sem.: Regelungstechnik II 2-1 Nichtlineare Optimierung 2-1 Flugregelung 2-1 Robuste Regelung mit Anwendungen in der Flug- und Aeroelastikregelung Regelungsprobleme in der Raumfahrt Flugmechanik und Flugregelung von Hubschraubern Advanced Spacecraft Navigation and Control Design Ausgewählte Methoden der Regelungstechnik Bahnoptimierung für Luft- und Raumfahrzeuge Lenkverfahren Für die Vertiefungsrichtung Flugmechanik und Regelungstechnik gibt es verschiedene, vom Institut festgelegte Fächerkombinationen aus den o. g. Vorlesungen. Jede Kombination umfasst mindestens 10 SWS und enthält die Vorlesung Regelungstechnik II. Seite 29

12 Statik und Dynamik 5. Statik und Dynamik Mit den Methoden der Statik und Dynamik werden die Beanspruchungen in ruhenden und schwingenden Tragstrukturen ermittelt, sodass Festigkeit, Stabilität und Lebensdauer angegeben werden können. Für die Vorhersage und experimentelle Überprüfung des Verhaltens der in der Luftund Raumfahrt erforderlichen komplexen Leichtbaustrukturen sind die rechnergestützten Simulationsmethoden mit Diskretisierungsverfahren (numerische Näherungsverfahren zur Lösung von Differentialgleichungen) von überragender Bedeutung. Die ganzheitliche Lösung der Aufgabe führt dabei auch zu Fragestellungen der Werkstofflehre, Schädigungsmechanik und Bruchmechanik. Für die Vertiefungsrichtung Statik und Dynamik ist die Belegung der Grundlagenfächer Statik III, Dynamik III und Diskretisierung II bindend vorgeschrieben (6 SWS, schriftliche Prüfung). Weitere 4 SWS, die mündlich geprüft werden, können aus einem vielfältigen Angebot von Vorlesungen ausgewählt werden. Als Orientierungshilfe werden nachfolgend drei Schwerpunkte beschrieben. Schwerpunkt Berechnung Der Berechnungsspezialist ist der hochqualifizierte Fachmann, der die Vorausberechnung des Tragund Verformungsverhaltens des Problems verantwortlich durchführt. Stark optimierte Tragstrukturen erfordern eine präzise Modellbildung. Die Abbildung der Kinematik und der Werkstoffeigenschaften sowie der thermomechanischen oder strömungsmechanischen Kopplungen mit der Umgebung müssen sorgfältig vorgenommen werden, damit die Berechnungen und Spannungsnachweise realitätsnahe Einschätzungen liefern. Berechnungen mit Diskretisierungsverfahren gehören heute zu den unverzichtbaren Werkzeugen moderner Ingenieurkunst. Vorgeschlagene Vorlesungen: Diskretisierung III, Modellbildung für die Anwendung der Methode der Finiten Elemente I und II. Schwerpunkt Tragwerke Im Bereich der Tragwerke werden vertiefte Kenntnisse in der konstruktiven und funktionalen Gestaltung von tragenden Anlagen und Maschinenteilen vermittelt. Der Ingenieur mit dem hier vorgestellten Profil wird z.b. für die Gesamtkonzeption des Gerätes zuständig sein und übernimmt im Flugzeugbau, in der Raumfahrt und im Anlagen- und Gerätebau meistens übergeordnete Systemverantwortung. Vorgeschlagene Vorlesungen: Aeroelastizität I, Tragwerksoptimierung, Nichtlinearitäten in der Statik. Schwerpunkt Konstruktion und Material Dieser Zweig ist für diejenigen besonders geeignet, die sich für die Festigkeit, Auslegung und Lebensdauer einer Konstruktion interessieren. Dies ist ein Gebiet von immer größer werdender Bedeutung für alle Bereiche des Ingenieurwesens, denn mit zunehmendem Leichtbau nimmt die Komplexität der Schädigungsformen und ihrer Vorhersage zu. Vorgeschlagene Vorlesungen: Materialermüdung und Bruchmechanik I und II. Seite 30

13 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH STATIK UND DYNAMIK STATIK UND DYNAMIK Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: Statik I 2-0,5 Ü: 14-tg. Dynamik I 1-0,5 Ü: 14-tg. Versuchstechnik Sem.: Statik II Dynamik II 1-1 Diskretisierung I (Stab, Balken) Versuche zum Pflichtlabor Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: Grundlagen Statik III 1-1 * Dynamik III 1-1 * Diskretisierung II (Finite Elemente) 1-1 * Diskretisierung III (ausgewählte Probleme in Raum und Zeit) Aeroelastizität Aeroelastizität I Tragwerke Tragwerksoptimierung Modellbildung für die Anwendung der 1-1 Methode der Finiten Elemente I Entwurf luftschiffartiger Konstruktionen o Mensch und Technik o Werkstoffe Materialermüdung und Bruchmechanik I Adaptive Strukturen o Elastoplastisches Tragwerksverhalten o 8. Sem.: Aeroelastizität Aeroelastizität II o Tragwerke Modellbildung für die Anwendung der Methode der Finiten Elemente II 1-1 Schalentragwerke Nichtlinearitäten in der Statik Werkstoffe Materialermüdung und Bruchmechanik II Experimentelle Methoden Prozessdatenverarbeitung 1-1 o Für das Vertiefungsfach Statik und Dynamik sind die mit * gekennzeichneten Lehrveranstaltungen bindend vorgeschrieben. Insgesamt sind mindestens 10 SWS zu belegen. Die mit o gekennzeichneten Lehrveranstaltungen sind freiwillige Ergänzungen zur Vertiefung. Seite 31

14 Datenverarbeitung/ Numerische Simulation 6. Datenverarbeitung/ Numerische Simulation Der Einsatz von digitalen Rechenanlagen hat in allen Ingenieurdisziplinen grundlegende Bedeutung erlangt, sowohl als Hilfsmittel bei technisch-wissenschaftlichen Berechnungen, als auch zur Steuerung von technischen Prozessen. Die hierfür notwendige Anwender-Software wird immer komplexer und umfangreicher, so dass der einzelne Anwender in wachsendem Umfang auf fremdentwickelte Softwaresysteme angewiesen ist. Bei der Lösung von Ingenieuraufgaben, wie auch beim Einsatz technischer Systeme hängen Arbeitsweise, Kosten und Ergebnisse in erheblichem Ausmaß von der Qualität der verwendeten Softwaresysteme ab. Daher wird die starke Nachfrage nach Ingenieuren mit fundierten Kenntnissen auf dem Gebiet der Datenverarbeitung auch in Zukunft anhalten. Die Kombination von ingenieurwissenschaftlichen Grundlagenfächern und Datenverarbeitung erschließt ein sehr breites Spektrum späterer Berufstätigkeit, insbesondere auch außerhalb der Luft- und Raumfahrt. Die Lehrveranstaltungen im Fach Datenverarbeitung sollen auf folgende Tätigkeitsbereiche vorbereiten: - Bewertung des Einsatzes von digitalen Rechenanlagen und ihrer Softwaresysteme, - Förderung der interdisziplinären Zusammenarbeit von Ingenieuren und Informatikern bei der Erstellung und Pflege von Softwaresystemen, - Mitarbeit bei Entwicklung, Wartung, Austausch und Umstellung von Anwendungssoftware, - Beratung und Unterstützung der Anwender. Die Pflichtvorlesung Numerische Simulation/ Datenverarbeitung vermittelt einen allgemeinen Überblick zum Einsatz von Hardware, Betriebssoftware und Anwendersoftware, den jeder Ingenieur der Luftund Raumfahrttechnik haben sollte. Die Vertiefungsvorlesungen, die zum Teil auch für diejenigen interessant sind, die nicht in Datenverarbeitung vertiefen, bieten eine weitere Ausbildung in Richtung: - Einsatz verschiedener Programmiersprachen, - graphischer Datenverarbeitung als ein wesentlicher Anteil des rechnerunterstützten Konstruierens, bis hin zur Bildverarbeitung, - Einsatz von Expertensystemen bei Ingenieursaufgaben Mess- und Prozessdatenverarbeitung. Die einzelnen Lehrveranstaltungen werden von Übungen begleitet, damit die gewonnenen theoretischen Erkenntnisse auch in der Praxis angewandt werden können. Seite 32

15 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH Numerische Simulation/ Datenverarbeitung Datenverarbeitung Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: Numerische Simulation Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: Datenverarbeitung II 2-1 * Graphische Datenverarbeitung I 1-1 * Ähnlichkeitstheorie im Ingenieurwesen und in der künstlichen Intelligenz Computer-Graphik I o Labor für graphische Datenverarbeitung Rechnergestützte Messung mechanischer Größen Sem.: Datenverarbeitung III * Graphische Datenverarbeitung II Prozessdatenverarbeitung I 1-1 Bildverarbeitung Computer-Graphik II o Einführung in die künstliche Intelligenz ADA Programmiersprache Für das Vertiefungsfach Datenverarbeitung sind die mit * gekennzeichneten Lehrveranstaltungen bindend vorgeschrieben. Insgesamt sind mindestens 10 SWS zu belegen. Die mit o gekennzeichneten Lehrveranstaltungen sind freiwillige Ergänzungen zur Vertiefung. Seite 33

16 Luftfahrttechnik/ Flugzeugbau und Leichtbau 7. Luftfahrttechnik / Flugzeugbau und Leichtbau Schwerpunkte der anwendungsorientierten Forschung und Lehre am Institut für Flugzeugbau (IFB) sind Flugzeugentwurf, Leichtbau, Werkstoffe und Fertigungstechnik sowie Windenergie. In der Pflichtvorlesung Luftfahrttechnik werden aber auch grundlagenorientierte Inhalte aus den Bereichen Statik und Dynamik, Strömungslehre, Thermodynamik sowie Flugmechanik und Regelungstechnik sowie anwendungsorientierte Themen wie Luftfahrtantriebe, Raumfahrtsysteme, Flugnavigation behandelt. Die Vorlesung Luftfahrttechnik baut auf den Vorlesungen des IFB im Vordiplom auf und vermittelt die wichtigsten Grundkenntnisse und die technischen Anwendungen der Methoden anhand von Beispielen. Entsprechend der aktuellen Forschungsschwerpunkte wird eine Vielzahl von Vorlesungen im Vertiefungsfach Flugzeugbau und Leichtbau angeboten. Als Pflichtvorlesungen mit je 4 Semesterwochenstunden können entweder Flugzeugentwurf I+II, Leichtbau I+II oder Windenergienutzung I und Entwurf von Windenergieanlagen I gewählt werden, die durch weitere 2 SWS der Vorlesungen Werkstoffe und Fertigungsverfahren oder Lastannahmen ergänzt werden. Die Vorlesungen Flugzeugentwurf I und II behandeln schwerpunktmäßig Themen wie Massenmodelle, Massenermittlung, Gesamtsystembetrachtungen, Flugzeugpolare, Flugleistungen, Stabilität und Steuerbarkeit, Nutzwert- und Kostenanalyse sowie unkonventionelle Konfigurationen (z.b. Ente, Nurflügler). Die vermittelten Kenntnisse werden in einem Entwurfseminar in Gruppenarbeit angewandt und vertieft. Ziel ist der Entwurf eines Flugzeuges entsprechend des Lastenheftes und der jeweiligen Zulassungskriterien. Ergänzt wird der Flugzeugentwurf durch die Vorlesung Zulassungsanforderungen an Luftfahrzeuge, Lastannahmen I und II, die die Grundlagen der Zulassung von Flugzeugen (z.b. Bauvorschriften) vermittelt. Schwerpunkte der Vorlesungen Leichtbau I und II sind Gestaltungsprinzipien, Bauweisen, Leichtbauwerkstoffe, Strukturelemente (Zug, Druck, Biegung, Torsion) und Krafteinleitung. Es werden aber auch Themen wie Optimierung und Leichtbau mit aktiven Strukturen behandelt. Aufbauend auf der Konstruktionsausbildung und den Grundlagenfächern wie Technische Mechanik und Statik und Dynamik stehen vor allem analytische Verfahren und Gestaltungsrichtlinien im Mittelpunkt. Die praktische Anwendung erfolgt in Gruppenarbeit im Leichtbauseminar, in dessen Rahmen eine komplexe Flugzeugstruktur gestaltet und ausgelegt wird. Die Umsetzung der Ergebnisse aus dem Entwurf, der Auslegung und der Konstruktion erfordert detaillierte Kenntnisse über Werkstoffe und Fertigungsverfahren. In der entsprechenden Vorlesung werden die neuesten Entwicklungen und Anwendungen im Bereich der Metalle und der Faserverbundwerkstoffe dargestellt. Behandelt werden aber auch neueste Entwicklungen wie adaptive Werkstoffe, Nanotechnologie und Hybridwerkstoffe. Parallel zur Vorlesung werden Labore (z.b. Faserverbundlabor) und Exkursionen durchgeführt. Abgerundet wird das Vorlesungsangebot durch die Fächer - Auslegung von Flugzeugsystemen I und II - Konstruieren mit Keramik - Werkstoffe und Verfahren für Antriebssysteme - Technologie und Dimensionierungsgrundlagen für Bauteile aus Faserverbundkunststoffen - zerstörungsfreie Prüfung in der Qualitätssicherung - Numerical Simulation of Composite Materials and Processes - Ermüdung von Faserverbundwerkstoffen. Sehr praxisnahe Veranstaltungen sind das Fluglabor und das Wahlfach Flugzeugbauseminar, das gemeinsam mit Vortragenden aus der Industrie veranstaltet wird. Der Flugzeugbau und die Windenergietechnologie haben in vielerlei Hinsicht eine gemeinsame technologische Basis. Daher ist der Lehrstuhl für Windenergie (SWE) am IFB angesiedelt. Die als Wahl- oder Vertiefungsfach geeigneten Vorlesungen Windenergienutzung I und II stellen die technologischen Grundlagen der Windenergienutzung sowie die Projektierung und den Betrieb von Windparks vor. Im Rahmen einer parallelen Vertiefung behandeln die Lehrveranstaltungen Entwurf Seite 34

17 Luftfahrttechnik/ Flugzeugbau und Leichtbau von Windenergieanlagen I und II die numerische und experimentelle Ermittlung der Belastungen von Windenergieanlagen und Systemauslegung sowie die Bemessungsverfahren und Bauweisen der wichtigsten Komponenten. In beiden Vorlesungsreihen liegt ein Schwerpunkt auf der zukunftsträchtigen Offshore Technologie. Ergänzt wird das Vorlesungsangebot durch Praktika, Projektunterricht, Exkursionen und Fachvorträge, die teilweise in die Veranstaltungen integriert sind. Das Labor Windenergie wird zusätzlich angeboten. Die Vorlesung Regenerative Energieträger vermittelt einen allgemeinen Überblick über verschiedene alternative Energieträger wie z.b. Wasserkraft, Solarenergie, Biomasse, Windenergie, Geothermie, etc. Neben den technologischen Grundprinzipien werden auch wirtschaftliche Aspekte an Beispielprojekten beurteilt. Für die Zusammenstellung der geforderten 10 Semesterwochenstunden bieten sich die folgenden Vorlesungspakete an: Schwerpunkt Flugzeugbau Leichtbau I und II, Auslegung von Flugzeugsystemen I und II, Lastannahmen I+II Schwerpunkt Flugzeugentwurf Flugzeugentwurf I und II, Auslegung von Flugzeugsystemen I und II, Lastannahmen I+II Schwerpunkt Werkstoffe Leichtbau I und II, Werkstoffe und Fertigungsverfahren, Konstruieren mit Keramik und Ermüdung von FKV oder Technologie und Dimensionierungsgrundlagen für FKV und Zerstörungsfreie Prüfung Schwerpunkt Neue Technologien Flugzeugentwurf I und II oder Leichtbau I und II und Werkstoffe und Fertigungsverfahren sowie Windenergienutzung I, Technologie und Dimensionierungsgrundlagen für FKV oder Konstruieren mit Keramik I und II, Ermüdung von Faserverbundwerkstoffen Schwerpunkt Windenergie Windenergienutzung I und Entwurf von Windenergieanlagen I, Werkstoffe und Fertigungsverfahren oder Lastannahmen I+II, Windenergienutzung II und Windeenergielabor Für eine genaue Regelung der Vorlesungskombination für die Vertiefungsprüfung beachten Sie bitte die aktuellen Aushänge am Institut. Seite 35

18 Luftfahrtantriebe und Turbomaschinen 8. Luftfahrtantriebe und Turbomaschinen Die Luftfahrt wird seit ihrem Beginn entscheidend durch die Entwicklung und Realisierung geeigneter Antriebsmaschinen geprägt. Dabei zeigt es sich immer wieder, dass Grundlagen und Anwendungen der verschiedensten Teilgebiete eng zusammenwirken müssen. Strömungslehre, Thermodynamik, Statik und Dynamik, Werkstoffkunde, Regelungstechnik, Konstruktionswissenschaft und Produktionstechnik sind hier von wesentlicher Bedeutung auch für die weitere Entwicklung. Die heutigen industriellen Randbedingungen erfordern von dieser unverzichtbaren Basis ausgehend ein grundlegendes Verständnis der ökonomischen Zusammenhänge der Investitionsgüterindustrie. Die Tatsache, dass der größte Teil der technischen Energiewandlung auf unserer Erde über Turbomaschinen (Verdichter und Turbinen) fließt, führt zur Kooperation bei der Entwicklung von Flugzeugtriebwerken und stationären Maschinen. Die Pflichtvorlesung Luftfahrtantriebe vermittelt zunächst die zum Allgemeinwissen eines Ingenieurs in der Luft- und Raumfahrt sowie in verwandten Gebieten gehörenden Kenntnisse über die Wirkungsweise, den thermodynamischen Prozess und die Komponenten von Luftfahrtantrieben. Zusammen mit den Versuchen innerhalb des Pflichtlabors ist diese Vorlesung daher auch für jene Studenten wichtig, welche später nicht bevorzugt mit Fragen des Antriebs oder der Energiewandlung zu tun haben. Die Vertiefungsvorlesungen, die auf der Pflichtvorlesung basieren, vermitteln Kenntnisse im Aufbau moderner Antriebssysteme sowie Kenntnisse über deren stationäres und instationäres Betriebsverhalten. Die Vorlesung zur Regelung von Fluggasturbinen und stationären Gasturbinen bezieht sich auf diese Kenntnisse. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Berechnung und Ausführung von Turbomaschinen (Verdichter und Turbinen) beim Einsatz in Flugantrieben und industriellen Anwendungen gewidmet. In diesem Bereich finden die Grundlagen der Thermodynamik und Strömungslehre verstärkte Anwendung. Vorlesungen zu Gasturbinenprozessen, Sonderkreisläufen und Staustahl- und Kombinationstriebwerken erweitern die Anwendung des erworbenen Wissens in Spezialgebiete der industriellen Anwendungen und auf den gesamten in Frage kommenden Geschwindigkeitsbereich. Konstruktionswissenschaften und Produktionstechnik werden in den Vorlesungen zur Festigkeitsauslegung, Konstruktion und Produktion von Flugtriebwerken und in einer Entwurfsübung vermittelt. Die Vorlesung zum Qualitätsmanagement in der Triebwerksindustrie setzt diese Aspekte in den Kontext der Vorgaben durch die Luftfahrtbehörden. Die Vorlesungen Airline Operations und Aircraft Engine Business vermitteln am Beispiel der Luftfahrtindustrie ein grundlegendes Verständnis der ökonomischen Zusammenhänge der Investitionsgüterindustrie. Seite 36

19 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH Luftfahrtantriebe Luftfahrtantriebe und Turbomaschinen Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: Luftfahrtantriebe Sem.: Versuche zum Pflichtlabor Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: Turboflugtreibwerke I 2-1 * Turbomaschinen I 2-1 * Gasturbinenprozesse Sonderkreisläufe für Gasturbinen Qualitätsmanagement in der Triebwerksindustrie Flugtriebwerksproduktion Airline Operations Sem.: Turboflugtreibwerke II Turbomaschinen II Staustrahl- und Kombinationstriebwerke Festigkeitsauslegung von Flugtriebwerken Konstruktion von Flugtreibwerken Entwurfsübung Aircraft Engine Business Für das Vertiefungsfach Luftfahrtantriebe und Turbomaschinen sind die mit * gekennzeichneten Lehrveranstaltungen bindend vorgeschrieben. Insgesamt sind jedoch mindestens 10 SWS zu belegen. Seite 37

20 Luftfahrtsysteme 9. Luftfahrtsysteme Ein wesentlicher Teil (ca. 50%) der Wertschöpfung eines modernen Verkehrsflugzeugs liegt in seinen Luftfahrtsystemen. Sie umfassen die Domäne der Flugsteuerung/Flugführung, die Cockpit-Domäne (Navigation, Displaysystem...), die Utility-Domäne (Energiesysteme...) sowie Kabinen- und Frachtraumdomäne (Luftsysteme, Inflight-Entertainment ). Fast alle Luftfahrtsysteme werden per Avionik elektronisch gesteuert. Die für viele Systeme geforderte hohe Ausfallsicherheit erzwingt eine redundante fehlertolerante Systemauslegung. Hinreichende Robustheit gegenüber Umweltereignissen wie Blitzschlag ist durch einen Qualifikationsprozess nachzuweisen. Die Einsatzgenehmigung im Flugzeug erfolgt per Zulassung (Zertifikation). Zentrale Grundlage hierfür ist eine nach einem definierten Prozess durchgeführte Systementwicklung. Die Vorlesung Luftfahrtsysteme I umfasst eine Einführung in die Luftfahrtsysteme der einzelnen Domänen sowie eine Einführung in die Sicherheitsanalyse und in den für die Zertifikation notwendigen Entwicklungsprozess. Die Vertiefung Luftfahrtsysteme umfasst zwei Schwerpunkte: - Entwurf sicherheitskritischer Systeme (Fly-By-Wire) - Modulare Avionik. Ergänzend zu diesen zwei Schwerpunkten werden Lehrveranstaltungen mit speziellen Themen wie X- By-Wire, Navigation, ergänzende Luftfahrtsysteme, Entwicklungsprozesse, Qualifikation von Luftfahrtsystemen und sichere Software angeboten. Schwerpunkt: Entwurf sicherheitskritischer Systeme Eine zentrale Herausforderung von Luftfahrtsystemen, speziell von absolut sicherheitskritischen, elektronisch gesteuerten Systemen wie Fly-By-Wire, ist ihre fehlertolerante Auslegung. Inhalt dieses Schwerpunktes ist der Entwurf redundanter fehlertoleranter Luftfahrtsysteme einschließlich des Entwurfs redundanter Rechnersysteme sowie eine Vertiefung in stochastischer Modellbildung zum Nachweis der Ausfallsicherheit komplexer Systeme. Für diesen Schwerpunkt ist die Vorlesung Luftfahrtsysteme II Pflicht. Zur praktischen Vertiefung der theoretischen Kenntnisse wird das Praktikum Luftfahrtsysteme III empfohlen. Schwerpunkt Modulare Avionik (IMA) In einem großen Verkehrsflugzeug sind ca. 150 Luftfahrtsysteme eingebaut, gesteuert von insgesamt mehr als 200 Avionik-Rechnern. All diese Luftfahrtsysteme sind funktionell eng miteinander verkoppelt. Um die Systemkomplexität in den Griff zu bekommen, wurde eine neue so genannte IMA- Technologie entwickelt (IMA..Integrierte Modulare Avionik, Erstanwendung im Airbus A380). Im Schwerpunkt Modulare Avionik werden die theoretischen Grundlagen der IMA-Technologie dargelegt und in einem Praktikum an einem IMA-Teststand praktisch zum Einsatz gebracht. Für diesen Schwerpunkt ist die Vorlesung Modulare Avionik I Pflicht. Zur praktischen Vertiefung der theoretischen Kenntnisse wird das Praktikum Modulare Avionik II empfohlen. Seite 38

21 PFLICHTFACH VERTIEFUNGSFACH LUFTFAHRTSYSTEME LUFTFAHRTSYSTEME Pflicht V S Ü Bemerkung 5. Sem.: Luftfahrtsysteme I Lehrveranstaltungen für Vertiefungs- und Wahlfächer 7. Sem.: Luftfahrtsysteme II * Modulare Avionik I * Sicherheitskritische Avionik-Software Sem.: Luftfahrtsysteme III Modulare Avionik II Qualifikation von Luftfahrtsystemen X-By-Wire-Systeme für Flug- und Fahrzeuge Requirements Engineering Inertialnavigation 1-1 Auslegung von Flugzeugsystemen II Für das Vertiefungsfach Luftfahrtsysteme ist eine der beiden mit * gekennzeichneten Lehrveranstaltungen bindend vorgeschrieben. Insgesamt sind mindestens 10 SWS zu belegen. Seite 39

22 Raumfahrt 10. Raumfahrtsysteme und - anwendungen Vertiefungsfach Raumfahrtanwendungen Raumfahrtmissionen sind im Wesentlichen durch Ihre Aufgaben auf den Gebieten Erderkundung, Astronomie, Kommunikation, Navigation und µ-gravitation bestimmt. Die Vertiefungsrichtung Raumfahrtanwendungen wird in insgesamt 14 verschiedenen Veranstaltungen vorgestellt und gibt einen guten und sich gegenseitig ergänzenden Gesamtüberblick. Der Schwerpunkt der Vorlesungen liegt in der Erderkundung und der Astronomie und basiert auf der Erläuterung der physikalischen und technischen Prinzipien der Fernerkundung mit operationellen Satellitensystemen und wissenschaftlichen Forschungssatelliten. In der Erderkundung wird die Fernerkundung der Erdatmosphäre behandelt, sowohl bezüglich der Erforschung der Erdatmosphäre, der Bestimmung der Spurengase als auch bezüglich der Anwendung in der Meteorologie und bei Überwachungsaufgaben. Des Weiteren wird der Einsatz von aktiven und passiven Satellitensystemen zur Zustandsaufnahme des Festlandes und der Gewässer erläutert; die Grundlagen der Ableitung verschiedener biophysikalischer Größen und die Grundprinzipien der Klassifizierung werden dargelegt. Den verschiedenen Aspekten der Photogrammetrie sind zwei einsemestrige Vorlesungsreihen gewidmet. In der Astronomie werden sowohl Beobachtungssatelliten als auch Raumsonden zur Planetenerkundung behandelt, insbesondere wird das Schwergewicht auf Missionen zu den Steinplaneten und Monden gelegt; bei spektakulären Ereignissen wird eine Vorlesungen speziell diesem Ereignis gewidmet. In den Sensorik-Vorlesungen werden die für die Anwendungen notwendigen Instrumente erklärt. Hierbei werden die grundlegenden Prinzipien passiver Fernerkundungssensoren, aktiver Systeme wie Radar und Lidar, aber auch von Orientierungssensoren für einen Satelliten erläutert. Das Spektrum reicht von einzelnen Detektoren bis zu verschiedenen Instrumententypen wie z.b. Kameras und Spektrometern vom Röntgenbereich über das Sichtbare bis zum Radiobereich. Dabei werden im einzelnen Grenzempfindlichkeit und Rauschen, spektrales und räumliches Auflösungsvermögen, aber auch Raumfahrtqualifizierungsmaßnahmen angesprochen. Die verschiedenen Sensorsysteme kombiniert mit den jeweiligen Beobachtungsmethoden liefern dann die gewünschten Daten. Der Satellitenbetrieb behandelt das Zusammenspiel zwischen Raumsegment und Bodenstation mit Telekommandierung und Datenempfang sowie Archivierung und Datenauswertung. In den angebotenen Übungen werden an konkreten Beispielen praktische Grundlagen vermittelt wie z.b. die Anwendung des Strahlungstransportes für das Instrumentendesign, Grundlagen für eine Atmosphärenkorrektur sowie Grundprinzipien der Satellitenbildbearbeitung und Anwendung kommerzieller Klassifizierungsalgorithmen. Neben den wissenschaftlichen und technologischen Aspekten werden auch die Satellitenprogramme verschiedener internationaler Raumfahrtorganisationen sowie juristische Fragen zum Raumfahrtrecht diskutiert. In allen Veranstaltungen wird ein besonderes Augenmerk auf aktuelle Missionen gelegt. Vertiefungsfach Raumfahrtsysteme Im Vertiefungsfach Raumfahrtsysteme werden die Grundlagen vermittelt, die zur Auswahl und Auslegung wesentlicher Komponenten von unbemannten und bemannten Satelliten, Raumfahrzeugen und interplanetaren Sonden erforderlich sind und ein Verständnis der Gesamtsysteme erlaubt. Um den Studierenden bei ihrer Diplom- oder Studienarbeit die Mitarbeit an aktuellen Forschungsthemen des Institutes auf wissenschaftlichem Niveau zu ermöglichen, werden Veranstaltungen angeboten, in denen numerische und experimentelle Verfahren und Methoden vorgestellt und physikalische Hintergründe vermittelt werden. Im Vordergrund stehen bei den Komponenten die Antriebe, die Energieversorgung und das Hitzeschutzsystem für atmosphärischen Eintritt. Seite 40

23 Raumfahrt Die Energieversorgung ist für jede Raumfahrtmission von zentraler Bedeutung. In der Vorlesung Energiesysteme für die Raumfahrt werden die Möglichkeiten der Energiegewinnung bzw. Energieumsetzung von der Photovoltaik und den elektrochemischen Prozessen bis zu Nuklearreaktoren dargestellt. In der Vorlesung Chemische Antriebe werden die Prozesse in den Triebwerken erklärt und auf die wichtigen Treibstoffe und Komponenten eingegangen. Trägersysteme und Kombinationsantriebe werden detailliert behandelt. Ein Verständnis für die Wirkungsweise, die erreichbaren Triebwerksleistungen aber auch für die technischen bzw. physikalischen Grenzen und die Einsatzbereiche der unterschiedlichen elektrischen Antriebssysteme wird in der Vorlesung Elektrische Raumfahrtantriebe vermittelt. In der Vorlesung Unkonventionelle Raumfahrtantriebe werden Antriebskonzepte diskutiert, die zwar zum Teil schon lange vorgeschlagen wurden und teilweise neue Perspektiven für die Raumfahrt eröffnen, jedoch aus unterschiedlichen Gründen noch nicht zur Einsatzreife entwickelt wurden. Der großen Bedeutung der Hitzeschutzvorrichtungen für Eintrittskörper und Raumfahrzeuge wird mit der Vorlesung Aerothermodynamik Rechnung getragen. Es wird ausführlich auf die Missionserfordernisse unter Gesamtsystemaspekten eingegangen und die physikalischen und chemischen Modellbildungen zur numerischen Simulation des atmosphärischen Eintritts eines Flugkörpers eingegangen. Mögliche Hitzeschutzmaterialien und ihre Einsatzbereiche sowie unterschiedliche Hitzeschutzsystemarchitekturen werden in der Vorlesung Wiedereintrittstechnologie vorgestellt. Vor dem Missionshintergrund werden insbesondere auf die Qualifikationserfordernisse eingegangen und die verfügbaren Testanlagen zur Auslegung und Qualifikation ausführlich besprochen. In der Vorlesung Plasmaströmungen werden Grundlagen aus der Plasmaphysik vermittelt, die ein vertieftes Verständnis der Plasmaquellen in der Raumfahrt und in der industriellen Anwendung ermöglichen. Berührungslose Messverfahren und Sondenmesstechniken zur Charakterisierung der Plasmaströmungen in Plasmawindkanälen und elektrischen Raumfahrtantrieben, die zumeist nicht im chemischen und thermischen Gleichgewicht sind, werden in der Vorlesung Messverfahren für strömende Plasmen beschrieben und können in einem zusätzlich angebotenen Praktikum erprobt werden. Drei Vorlesungen befassen sich mit der Satellitentechnik, bei denen der Systementwurf im Vordergrund steht. Der Stoff kann in zusätzlichen Design Workshops vertieft werden. Eine Einführung in das Wesen und den Entwurf von unbemannten, größeren Satelliten wird in der Vorlesung Satellitentechnik gegeben. Sie umfasst die Funktion wichtiger Komponenten, Bodentests, Start und Betrieb. Auf die Besonderheiten bei der Auslegung von Kleinsatelliten wird in der Vorlesung Kleinsatellitenentwurf näher eingegangen. Der Stoff wird anhand der eingehenden Besprechung einzelner Beispiele vertieft. Die Besonderheiten bemannter Satelliten stehen in der Vorlesung Raumstationen Systeme und Nutzung im Vordergrund. Auf die internationale Raumstation ISS und ihre Nutzung wird ausführlich eingegangen. Raumfahrzeuge, Sonden und Satelliten müssen richtig positioniert, auf Kurs gebracht und gehalten werden. Antennen, Solarflächen und Sensoren gilt es auszurichten. In der Vorlesung Lage- und Bahnregelung von Raumfluggeräten werden daher die Grundlagen für die Bahnberechnung, Bahnregelung, Bahnkorrektur und die Regelungsmöglichkeiten für die Drehbewegung behandelt. Alle Vorlesungen sind praxisorientiert. Die Dozenten versuchen den Zusammenhang zwischen der Systemaufgabe und den Einzeldisziplinen herzustellen. Seite 41