STRUKTURELLE OPTIMIERUNG DER SPACELINER PASSAGIERKAPSEL UNTER VERWENDUNG REDUZIERTER MODELLE

Abstract

Die Space Launcher Systems Analysis Group (SART) des DLR entwickelt mit dem SpaceLiner ein zweistufiges, raketengetriebenes Hyperschall-Transportsystem für interkontinentale Passagierflüge. Innerhalb von zehn Minuten erreicht die Passagierstufe Geschwindigkeiten über Mach 20 und eine Flughöhe von 80 km, bevor sie im Gleitflug landet. Ein zentrales Element des Konzepts ist die Passagierkapsel mit integriertem Rettungssystem, die im Notfall autonom zur Erde zurückkehren kann. Die strukturelle Auslegung der Kapsel erfordert eine präzise Abschätzung von Stabilitätsgrenzen und Strukturmassen bereits in frühen Entwurfsphasen. Herkömmliche Methoden liefern hier oft nur grobe Näherungen, während detaillierte Finite-Elemente-Analysen aufgrund des hohen Rechenaufwands für umfangreiche Parameterstudien ungeeignet sind. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob reduzierte Modelle eine hinreichend genaue Abschätzung kritischer Lasten versteifter Kegelschalen unter axialer Belastung ermöglichen und damit als Werkzeug in frühen Entwicklungsphasen eingesetzt werden können. Hierzu wurde das hausinterne Analysewerkzeug Melody methodisch und programmtechnisch erweitert, sodass neben zylindrischen auch konische Geometrien analysiert werden können. Die Validierung erfolgte durch den Vergleich mit parametrischen, nichtlinearen FEM-Analysen. Die Ergebnisse zeigen, dass Melody Stabilitätsphänomene wie Hautfeldbeulen und Teilschaleninstabilität qualitativ zuverlässig identifizieren kann. Quantitativ bleiben jedoch systematische Abweichungen bestehen, die eine alleinige Nutzung im Entwurfsprozess derzeit nicht zulassen. Damit konnte die aufgestellte Forschungshypothese im Grundsatz gestützt, aber nicht vollständig bestätigt werden. Die Erweiterung erlaubt eine schnelle Bewertung vielfältiger Strukturkonfigurationen und bildet eine belastbare Grundlage für die Vorentwurfsphase. Perspektivisch kann Melody als Teil einer modularen Entwurfs-Prozesskette eingesetzt werden, um Designräume effizient zu analysieren und kritische Konfigurationen frühzeitig zu erkennen.