Modaler Vermessungstest in weniger als 4 Tagen für den Start in den Weltraum

Wechsel in die Raumfahrtbranche

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist die deutsche Raumfahrtagentur und betreibt das nationale Programm der Bundesregierung. Durch die Förderung wissenschaftlicher Exzellenz und die Nutzung von technologischem Know-how in seiner Arbeit will das DLR die Kommerzialisierung und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Raumfahrtindustrie verbessern.

Das DLR-Institut für Aeroelastik ist ein führendes Forschungsinstitut, das regelmäßig strukturdynamische Experimente und Tests für Dritte, wie z. B. Luft- und Raumfahrtunternehmen, durchführt. Das Institut mit Sitz in Göttingen, Deutschland, konzentriert sich traditionell auf Luftfahrttests und verfügt über Know-how und Einrichtungen für Bodenschwingungsprüfungen (GVT), mehrachsige Schwingungsanregung, die Messung instationärer Signale und Prüfstände für Windkanäle. In jüngster Zeit hat sich das Institut weiterentwickelt, um auch Aktivitäten wie Modal Survey Tests (MST) für die Raumfahrtindustrie durchzuführen.

„Wir sind gut aufgestellt, um unsere breite Erfahrung und unsere bewährten Testmethoden für die Untersuchung von Flugzeugen einzusetzen und schnelle, zuverlässige und kostengünstige Tests im Raumfahrtsektor durchzuführen“, erklärt Julian Sinske, Team Lead Structural Dynamics Testing beim DLR.

Für das DLR ist die Fähigkeit, genaue Testergebnisse innerhalb kurzer Zeiträume zu generieren, entscheidend für die hochwertige Analyse und Modellierung, auf die das Institut stolz ist. Zu diesem Zweck nutzt das DLR seit mehreren Jahren die Testlösungen von Siemens Digital Industries Software. „Wir sind jetzt mit den Testprodukten von Siemens bestens vertraut und profitieren von der Möglichkeit, sie in interne Techniken und Algorithmen zu integrieren“, sagt Sinske.

Platz beanspruchen

Ein gutes Beispiel dafür ist das Projekt Bartolomeo für Airbus Defence & Space, das die mögliche kommerzielle Nutzung der Internationalen Raumstation (ISS) untersucht. Im Test nutzte das DLR die 192-Kanal-Hardware Simcenter™ SCADAS™ Mobile, die Teil der Siemens Xcelerator Business-Plattform aus Software, Hardware und Services ist, als kritisches Messgerät für einen Modalvermessungstest, der das Finite-Elemente-Simulationsmodell (FE) des Bartolomeo-Satelliten aktualisieren sollte. Dies ermöglichte es dem Team, Aspekte zu simulieren und vorherzusagen, die nur durch Simulation und Analyse möglich waren, z. B. wie die Plattform mit dem Launcher gekoppelt werden würde. Daher war Zuverlässigkeit entscheidend.

Dazu musste das DLR genaue experimentelle Daten erfassen, um die Genauigkeit des FE-Modells zu validieren oder zu verbessern. Das Simcenter SCADAS Mobile-Setup bestand aus zwei Mainframes und war in der Lage, 192 Signale gleichzeitig zu messen. Nach dem Wechsel von Simcenter SCADAS 3 zu Simcenter SCADAS Mobile im vergangenen Jahr war dies der erste große Branchentest des DLR mit der leistungsstarken und dennoch kompakten und flexiblen Hardware.

„Unserer Erfahrung nach war Simcenter SCADAS immer störungsfrei und zuverlässig; daher waren wir von dem aktualisierten System sehr überzeugt“, bestätigt Sinske. Der Umstieg auf Simcenter SCADAS Mobile bietet zusätzliche Flexibilität bei der Handhabung verschiedener Arten von Tests. Das Datenerfassungssystem ist vielseitig einsetzbar und kann problemlos für modale Vermessungstests, GVT-Tests oder andere verwendet werden.

Flexibilität und Schnelligkeit

Die offene Architektur von Simcenter kam laut Sinske auch bei der Konfiguration von Testdaten mit der Software Simcenter Testlab™ zum Tragen.

„Simcenter Testlab eignet sich gut für groß angelegte Tests wie diesen, insbesondere mit der Flexibilität, das Angebot anzupassen“, sagt Sinske. So konnte das DLR neben dem im Hintergrund laufenden PolyMax-Algorithmus von Siemens seine eigenen Algorithmen in Simcenter Testlab einbinden und so an spezifische Testanforderungen anpassen. Das DLR-Team passte auch die Benutzeroberfläche an und projizierte die Ergebnisse an die Laborwand, um einen guten Überblick über den Testfortschritt zu erhalten. Da die ersten Messungen innerhalb von weniger als einer Stunde nach der Installation verfügbar waren, lieferte der Gesamtaufbau deutlich schnellere Testergebnisse als vergleichbare Testszenarien.

Insgesamt lieferte der Test, der in weniger als vier Tagen abgeschlossen wurde, hochwertige, zuverlässige Ergebnisse in beispielloser Geschwindigkeit. Der daraus resultierende strukturdynamische Datensatz ermöglichte es Airbus, das geeignete modale Modell zu bestimmen, Nichtlinearitäten zu identifizieren und das Finite-Elemente-Modell (FEM) zu aktualisieren. Tatsächlich konnte AIRBUS Defence & Space mit der Aktualisierung des Modells beginnen, während die Messungen noch liefen. „Airbus hatte sehr hohe Erwartungen, die wir dank der richtigen Tools erfüllen konnten“, betont Sinske. „Wir konnten sogar rund 80 Prozent der Daten für den abschließenden Testbericht sofort analysieren.

„Der gesamte Test verlief nach Plan. Wir mussten so schnell wie möglich arbeiten, um die benötigten Daten zeitnah zu liefern. Simcenter SCADAS Mobile und Simcenter Testlab haben uns dabei geholfen.“

Auf Erfolgskurs für die Zukunft

Das DLR-Institut für Aeroelastik hat mit erprobten Methoden und Tools einen reproduzierbaren Lösungsansatz geschaffen, der einen reibungslosen Übergang von der Luft- in die Raumfahrt ermöglicht. „Wir verwenden sowohl für GVT als auch für MST die gleiche Hard- und Software und haben einen Plan“, sagt Sinske. „Projekte wie dieses geben uns zusätzliches Vertrauen in unsere Arbeitsweise und die Tools, die wir verwenden.“

Jetzt baut das Team auf dieser Dynamik auf, um neue Testmethoden und -technologien für die Zukunft einzuführen, einschließlich solcher, die künstliche Intelligenz (KI) und Automatisierung beinhalten.

Durch die Nutzung der Agilität von Simcenter SCADAS Mobile und der Flexibilität von Simcenter Testlab ist es dem DLR gelungen, eine Blaupause für schnelle, effektive und zuverlässige Tests in der Luft- und Raumfahrt zu schaffen – für Strukturen auf beiden Seiten der Kármán-Linie, der Grenze zwischen Erdatmosphäre und Weltraum.

„Ich hoffe, dass es noch viele solcher Projekte geben wird“, sagt Sinske. „Wir hatten einen soliden Prozess, eine gute Planung und starke Testwerkzeuge zur Hand, was weniger Fehler und schnelle Ergebnisse bedeutete.“