Implementierung eines Kopplungstools zur Optimierung der Aerodynamik und Aerothermodynamik des SpaceLiner Konzeptes

Abstract

„SpaceLiner“ ist die Bezeichnung eines DLR Entwurfskonzepts für ein neuartiges, bemanntes, auftriebsbehaftetes Raumfahrzeug als mögliche Alternative zu Langstreckenflügen. Eine Kernidee dieses Konzepts ist die sogenannte „Skipping-Trajektorie“, welche durch ein wiederholtes Abprallen und Auftreffen des Gleiters auf die Atmosphäre erreicht wird. Beim Auftreffen auf die Atmosphäre entstehen extreme aerodynamische und aerothermodynamische Lasten. Ein Hauptziel dieser Diplomarbeit ist daher die Optimierung der Struktur in Bezug auf Aerodynamik und Aerothermodynamik. Zunächst gibt im Rahmen der Arbeit eine Literaturrecherche einen Überblick über potenzielle Optimierungsverfahren und deren Arbeitsweise, welche die Basis für die Auswahl einer geeigneten Optimierungssoftware gibt. Darauf aufbauend wird ein Tool implementiert, welcher Geometrieerzeugung, Netzgenerierung, Strömungslöser und Optimierer in einer Schleife koppelt und den Datentransfer an den entsprechenden Schnittstellen regelt. Um schnelle, flexible Geometrieänderungen in dieser frühen Konzeptphase zu gewährleisten, wird das DLR-Näherungsverfahren HOTSOSE zur Abschätzung im Hyperschallflug verwendet. Zusätzlich wird ein Programm geschrieben, welches eine grobe Abschätzung mechanischer struktureller Lasten (Flügeldurchbiegung und Spannung) ermöglichen soll. Eine Validierung der einzelnen Module sowie der gesamten Optimierungsroutine mit Hilfe geeigneter Referenzfälle bietet eine Abschätzung über Einsatzfähigkeit und Grenzen der implementierten Optimierungsroutine. Abschließend werden mit Hilfe des entwickelten Werkzeugs Parameterstudien zur Optimierung des SpaceLiners bzgl. Aerodynamik und Aerothermodynamik durchgeführt und dokumentiert.