Raumfahrttechnologie. Schwerpunkte aus Sicht MAN Technologie

Transkript

1 Raumfahrttechnologie Schwerpunkte aus Sicht MAN Technologie Referent: R. Pernpeintner Autoren: H. Edler / M. Giergerich / U. Glaser / R. Pernpeintner / D. Sygulla, MAN Technologie AG -1-

2 Inhalt: o Einführung: Produktfelder / Kompetenzen o ARIANE 5 Booster o Tankstrukturen o HD- / PP-Tanks ocmc o CFK Strukturen (ELV / RLV) -2-

3 Produktfeld Raumfahrt Feststoffmotorgehäuse Tanks und Tankkomponenten Strukturen einschließlich Thermalstrukturen Hochtemperaturbeständige Strukturen und Komponenten Bau und Service von Bodenanlagen im Raumfahrtzentrum Kourou einschließlich zugehöriger Technologieentwicklungen übrige Produktfelder Antennen / Mechatronic Strukturen / Komponenten für Flugzeuge Mobile Brücken -3-

4 Produktfeld Raumfahrt -4-

5 übrige Produktfelder Luftfahrt Strukturen / Komponenten Antennen / Mechatronic Mobile Brücken -5-

6 Kompetenzen Engineering Auslegung / Konstruktion / Fertigungsentwicklung Bauteilprüfung / Bruchmechanik / thermomech. Analyse Umformtechniken Drückwalzen, Spinforming, Spannungs-Relaxations Umformen Fügetechniken Schweißen (EB-, Rührreib-, TIG-), Nieten, Kleben Faserverbundtechniken Prepreg-, Injektions-/ Infiltrations- und Faserwickel-Verfahren Mechanische Bearbeitung Oberflächenbehandlung mit Thermal- und Korrosionsschutz Wärmebehandlung Werkstoffprüfung

7 10166 m 3489 m ARIANE 5 Boostergehäuse Factory Joints Clevis/Tang Verbindung 1 Evolution Program geschweißte Verbindung m 36 mm Gewichtsreduzierung gesamt: gesamt: kg kg Nutzlastkapazität: Nutzlastkapazität: kg kg Produktionskostensenkung Erhöhung Erhöhung der der Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit 12 mm 8.1 mm 8,1 mm Ø m Referenz Konfiguration -7-

8 ARIANE 5 Boostergehäuse - Dome Dome Dome aus aus t t Rohteil Rohteil (d=130 (d=130 mm) mm) 2 PI-A5 Programm Dom zusammengesetzt aus kostengünstigen Halbzeugen -8-

9 ARIANE 5 Boostergehäuse - Verbund 3 September 1999 Nutzlast GTO EPS Ø5,4m L Oberstufe EPS Versatile 250 kg mehr 10,5 t 12 t Treibstoff mehrfach zündbar ESC-A ESC-B Aestus H14.4 HM7B H24.1 Vinci Triebwerk L10 VEB Triebwerk Triebwerk Schub 3 t Ausrüstungsteil Gewichts- Schub 6,6 t mehrfach verringerung zündbar von 160 kg Schub 15,7 t 6 t 8 t Initiative ARIANE 2010 Kostenziel: 30% EPC H158 EAP Stufe mit Feststoffantrieb EAP Gewichstver- ringerung CPN/S 2 t 2,43 t mehr Treibstoff P238 H173 P241 EPC Hauptstufe 15 t mehr Treibstoff H173 P241 H173 P241 Masse an Treibstoff (in Tonnen bei Start) H: kryotechnisch L: lagerbar P: fest 2-Segment C-Faser-Verbundgehäuse Vulcain Triebwerk Vulcain 2 Triebwerk Generic Versatile Schub 455 t 116 t 138 t 684 t (+ 30 t) (+22 t) (+ 30 t) (Durchschnitt) (maximal) im Vakuum ARIANE 5 Höhe Masse beim Start 46,27 bism 53,39 46,27 bism 53, t 767 t ESC-A ESC-B ARIANE VERSATILE 5 ARIANE 5 ESC-A ARIANE 5 ESC-B Oberstufe EPS wiederzündbar Kryotechnische Oberstufe A Kryotechnische Oberstufe B 50,56 57, bism 51,51 bis 58,67 t 790 t Bauweisen-Demonstrator Preforming / Infusions-Technologie Composite-FD integriert, Stahl-AD Verbund-DAAR-Ring, Stahl- Intersegment-Joint m

10 ARIANE 5 Tankstrukturen Fertigungstechnologien Fügetechnik Rear Bulkhead Heute: Heute: Segmentierter Segmentierter Dom Dom WIG WIG Schweißungen Schweißungen Werkstoff Werkstoff Al Al Y-Ring Segmented Dome Herausforderungen: Herausforderungen: Lastanstieg Lastanstieg Kostendruck Kostendruck Gewichtsreduktion Gewichtsreduktion Manhole Flange and Cover -10-

11 ARIANE 5 Tankstrukturen Fertigungstechnologien Fügetechnik Aktuelle Aktuelle Entwicklungsarbeiten: spinformed spinformed Dom Dom Ø ca. ca. 5m: 5m: 8 Segmente Segmente 1 Teil Teil Rührreibschweißen Rührreibschweißen (RRS) (RRS) des des Vormaterials Vormaterials Umformen Umformen und und Wärmebehandlung Wärmebehandlung der der Naht Naht Ausblick: Ausblick: Ersetzen Ersetzen aller aller WIG WIG Nähte Nähte (Y-Ring, (Y-Ring, Flansche, Flansche,...)...) Weitere Weitere Anwendungen Anwendungen Vorteil: Vorteil: RRS RRS Fügetechnik Fügetechnikist ist vielfältig vielfältig einsetzbar einsetzbar Erhöhung Erhöhung von von Qualität Qualität und und Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit Reduktion Reduktion von von Kosten Kosten und und Gewicht Gewicht -11-

12 Hochleistungstanks Dome: -12- überwickelt u. Ganzmetall Herkömmliche Methode Drehen aus Schmiedeteilen Schmiederohling Drehen Aufweiten Plandrehen Reinigen Rißprüfung Nachteile: Lange Bestellzeit (>6 Mo.) Hohe Materialkosten Abhängigkeit von Materiallieferanten Lange Entwicklungszeiten für neue Produkte Aufwand und Kosten Ersetzen mit Spinformtechnologie (Gegenrollendrücken)

13 Hochleistungstanks überwickelt u. Ganzmetall Moderne Methode Gegenrollen-Spinforming Spingeformter Dom (Ø 660 mm) Wandstärke= 0,7 mm Vorteile: Rohblech Rohblech lagerhaltig lagerhaltig Kurze Kurze Entwicklungszeiten Entwicklungszeiten für für neue neue Geometrien Geometrien Variable Variable Schalenformen Schalenformen Torus Torus Ellipsoid Ellipsoid Cassini Cassini Halbkugel Halbkugel Variable Variable Größen Größen (Ø (Ø mm) mm) Endform-Fertigung Endform-Fertigung (( Zerspanungsaufwand Zerspanungsaufwandminimal) Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit Qualität Qualität kostengünstig kostengünstig // zuverlässig zuverlässig -13-

14 Hochleistungstanks Ziele: Anwendungen: Überwickelt u. Ganzmetall Optimierung -- Standardisierung Europäisierung Anwendungen: Eurostar / Alphabus / Spacebus / Trägerraketen / RLV Überwickelt Schale (variabel von 0,5-2 mm) CFK überwickelt min. Tankmasse Ø variabel (400 bis >1600 mm) Volumen im Zylinder anpassbar Polar- oder Schürzen-Aufhängung Titan oder Inconel Ganzmetall Schale (variabel von 1-4,5 mm) min. Aufwand -14-

15 Faserkeramikbauteile - Stand der Technik C/SiC-Komponenten für X-38 / CRV -15-

16 Faserkeramikbauteile - Stand der Technik C/SiC-Komponenten für X-38 / CRV Flügelvorderkante Nasenkappe Hochtemp. Lager Steuerklappen Chin Panel -16-

17 Faserkeramikbauteile Unterkomponenten und Zubehör Hochtemperatur-Komponenten für Raumfahrt, Luftfahrt und Industrie Verbindungselemente C/SiC-Schrauben/Muttern/Beilagscheiben Abstandshalter (Heiß-Kalt-Verbindungen) Dichtungen dynamisch und statisch metallisch und keramisch Ultraleicht interne Isolierungen Internal Multiscreen Insulation (IMI) Faserisolierung auf der Basis Al 2 O 3 /SiO 2 Lager Keramische Gleit- und Wälzlager -17-

18 Faserkeramikbauteile - Weiterentwicklung Ziele: Verbesserte Lager Vereinfachte Herstellung Optimierte Konstruktion Entwicklung von Flügelsteuerflächen Integral hergestellte Klappen Zentrale Drehachse an der Mittellinie Referenz: Hypersonic Vehicle (X43-C) Gewickelte Klappe Bewegung an der Vorderseite Teilintegrales Konzept mit internen Rippen -18-

19 CFK Strukturen (ELV / RLV) Heute: Heute: Differentialbauweise Werkstoffe: Werkstoffe: Alulegierungen, Alulegierungen, Titan, Titan, Stahl Stahl Fügetechnik: Fügetechnik: Nieten, Nieten, Schmelzschweißenschweißen, Schrauben Schmelz- Schrauben Herausforderung: Herausforderung: Lastanstieg Lastanstieg Kostendruck Kostendruck Gewichtsreduktion Gewichtsreduktion -19-

20 CFK Strukturen (ELV / RLV) Entwicklungen: Entwicklungen: Mischbauweise Mischbauweise Verbund Verbund (Wickel-, (Wickel-, Prepreg-, Prepreg-, Infiltrationstechniktechnik) + Metallbeschläge Metallbeschläge Infiltrations- Fügetechnik: Fügetechnik: Klebe-, Klebe-, Nietverbindungendungen, Rührreibschweißen Rührreibschweißen Nietverbin- metallischer metallischer Beschläge/Profile Beschläge/Profile Ziele: Ziele: Integrale Integrale Strukturen Strukturen Strukturtanks Strukturtanks Erhöhung Erhöhung von von Qualität Qualität und und Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit Reduktion Reduktion von von Kosten Kosten und und Gewicht Gewicht -20-

21 Botschaft : Kontinuierliche und Kompetenzerhalt ermöglichende Arbeitsinhalte zur Grundlagen- / Technologie- und Verfahrens-Weiterentwicklung sind unabdingbar für substantielle Beteiligung der deutschen Industrie an europäischen und internationalen Raumfahrtprogrammen morgen! Situation: Geringe deutsche Programmbeteiligungen und Budgets im Vergleich zu denen anderer EU Partnerländer gefährden bereits heute diesen Anschluss! Forderung : Die Industrie braucht daher zum Erhalt und Ausbau der Technologiepotentiale Unterstützung auf nationaler und ESA Ebene! -21-