Sichere Fallschirmöffnung: CLES-FACIL nutzt Dehnungsmessstreifen von HBM an Bord einer experimentellen Rakete

Jedes Jahr entwickelt ein Team des aeronautischen Vereins "CLES-FACIL" in Lyon eine Experimental-Rakete, um bestimmte wissenschaftliche Fragestellungen zu erforschen. In einem Projekt zur Ermittlung der Kraft, die beim Öffnen eines Fallschirms an der Rakete entsteht, kamen auch Dehnungsmessstreifen von HBM zum Einsatz.

Längst sind nicht alle Fragen zur Luft- und Raumfahrt geklärt. Institutionen und Vereine in der ganzen Welt beschäftigen sich deshalb in zahlreichen Projekten mit der genaueren Erforschung von wissenschaftlichen Fragestellungen. Der 1967 von Alain Juge gegründete Club Lyonnais d'Experimentations Spatiales (CLES-FACIL) gehört zu den ältesten aeronautischen Forschungsvereinen in Frankreich. Die enge Verbindung des Clubs mit der renommierten Ingenieurshochschule INSA in Lyon sorgt für einen kontinuierlichen Betrieb der Forschungsprojekte auf hohem Niveau.

CLES-FACIL team
Das CLES-FACIL-Team mit der Rakete "Detrona"

So arbeiten ca. 20 bis 30 Mitglieder von CLES-FACIL kontinuierlich an verschiedenen Forschungsprojekten, wie Entwicklung von experimentellen Raketen, Stratosphärenballons und Mini-Raketen. Jedes Jahr entwickelt CLES-FACIL auch eine Forschungsrakete ("Fusex"), mit der bestimmte Fragestellungen untersucht werden sollen.

Projekt Detrona: Kraftmessung an einem Fallschirm

<i>Erfolgreicher Start der "Detrona"</i>

Aufgabe der 2011 von CLES-FACIL entwickelten Rakete "Detrona" war es unter anderem, die Kräfte zu bestimmen, die beim Öffnen eines Fallschirms an Raketen entstehen. Dieser Wert wurde bisher nur annäherungsweise mit einer Formel geschätzt, nie aber wirklich gemessen. Doch die genaue Kenntnis des Wertes ist für die Raketenkonstrukteure von hoher Wichtigkeit: Beim Öffnen des Fallschirms in der Luft entsteht ein "Schock" auf die Rakete, der - im ungünstigen Fall - irreparable Schäden an Gesamtkonstruktionen der Rakete auslösen kann.

Die Fusex Detrona verfügt über eine Länge von knapp 2 Metern bei einem Durchmesser von 120mm. Ihr Gewicht beträgt 10 Kilogramm. Teile der Rakete sind transparentem Polycarbonat gefertigt, die die Installation einer Flugkamera für 360° Aufnahmen ermöglichte. Zudem verfügte die Detrona über einen Fallschirm, an dem die Kraftmessung durchgeführt wurde.

Semi-analytische Formel zur Kraftbestimmung

Allgemein werden die beim Öffnen des Fallschirms entstehenden Kräfte nach einer semi-analytischen Formel geschätzt: F=0,65*S*V2, wobei S die Oberfläche des Fallschirms darstellt, V die Geschwindigkeit im Moment des Öffnens. Die Geschwindigkeit V kann jedoch nicht geschätzt werden und die Größe der Fallschirmmoberfläche hängt stark von der Form ab, wie dieser sich öffnet.

Genauere Daten sind also notwendig. Zur Ermittlung der Kraft an der Rakete Detrona entschied sich das Team von CLES-FACIL für den Einsatz von HBM-Dehnungsmessstreifen.

Die Dehnungsmessstreifen wurden an der Fallschirmanbringung in gegensätzlicher Richtung installiert, zwei in Zug- und zwei in Druckrichtung arbeitend. Dieses Layout ermöglichte es, parasitäre Torsions- und Dehnungseinflüsse auszublenden. Hinzu kamen ein Verstärker sowie Auswertesoftware.

Application of Strain Gauges

Applikation der Dehnungsmessstreifen an der Fallschirm-Anbringung der Detrona.

Erfolgreicher Testflug und Messdatenerfassung

<i>The Detrona Rocket</i>

Der Testflug der mit Dehnungsmessstreifen und einem Telemetriesystem ausgestatteten Rakete Detrona verlief außerordentlich erfolgreich. Die Rakete erreichte eine Höhe von über 1000 Metern. Die Öffnung des Fallschirms erfolgte zuverlässig und präzise. Per Telemetriesystem übermittelte die Rakete ständig alle relevanten Messdaten - und auch den gesuchten Maximalwert der Kraft, die beim Öffnen des Fallschirms ensteht : 1210 Newton.

Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Kraft, gemessen während des Raketenflugs. Die verschiedenen Etappen von Start bis Ausklappen des Fallschirms sind klar erkennbar.

Force measurement graph

Der gemessene Wert hilft dem Team CLES-FACIL für weitere Entwicklungen - und wird auch von der Fachwelt gewürdigt. Mit dem Projekt Detrona gewann CLES-FACIL zum dritten Mal in Folge den ersten Preis "Planète Sciences" beim C'Space-Wettbewerb 2011, sowie den Preis "Thalès Alenia Space" im Rahmen des französischen Luft- und Raumfahrtverbands GIFAS.

Den Abschlussbericht des Projekts Detrona finden Sie (in französischer Sprache)

Auch Nachfolgeprojekt mit Dehnungsmessstreifen von HBM

Weitere messtechnische Projekte mit Dehnungsmessstreifen folgen. Im Nachfolgeprojekt von Detrona wird es um die Spannungsanalyse auf dem Querruder einer Rakete gehen. Auch hier setzt das Team wieder auf Dehnungsmessstreifen von HBM.

Der Kunde

HBM Dehnungsmessstreifen

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