Problem
Die Struktur einer Rakete ist im Flug erheblichen Belastungen ausgesetzt. In Simulationen lassen sich diese teilweise ermitteln. Einige kritische Einflussfaktoren, etwa der Wind oder die Schockbelastung bei der Öffnung des Fallschirms, lassen sich in Analysen dagegen nicht exakt bestimmen. Es bedarf jedoch zuverlässiger Daten für alle Belastungs-relevanten Faktoren, um eine Aerostruktur der Rakete zu realisieren, die eine zur Erreichung der Ziele der Mission nötige maximale Festigkeit bei minimalen Gewicht bietet.
Lösung
Um die in Simulationen errechneten Belastungen der Aerostruktur der PICCARD Rakete im Flug verifizieren und gegebenenfalls korrigieren zu können, wurde in die Rakete ein System zur Überwachung der real auftretenden Biegemomente und Axialkräfte integriert. Herzstück des Systems zur experimentellen Spannungsanalyse sind Dehnungsmessstreifen von HBK. Diese liefern auch unter extremen Bedingungen zuverlässig aussagekräftige Messergebnisse. Sie sind die Basis für ein besseres Verständnis der tatsächlich auftretenden Belastungen der Aerostruktur in allen Phasen eines Fluges und damit für gezielte Optimierung der Strukturteile.
Ergebnis
Nachdem die ARIS-Teams die im Flug auf die Rakete einwirkenden Kräfte in der Vergangenheit rein analytisch mittels vereinfachter Annahmen in Simulationen ermittelt hatten, kam bei der Mission PICCARD erstmals ein eigenes Überwachungssystem zum Einsatz. Dieses wurde in der Rakete integriert. Von dort lieferten die zur Messung eingesetzten robusten Dehnungsmessstreifen von HBK aussagekräftige Messwerte der an der Aerostruktur der Rakete aufgetretenen Belastungen. Die im Rahmen der strukturellen Spannungsanalyse während des Testflugs erfassten Biegemomente und Axialkräfte ermöglichten anschließend eine entsprechend gewichtsoptimierte Auslegung aller lasttragenden Strukturteile. Die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Teilnahme am Spaceport America Cup 2022 in New Mexico konnten damit geschaffen werden.