06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie
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Item Open Access "A la recherche du temps perdu" : on geological condensation, with examples from the Jurassic Subbetic Plateau in Southeastern Spain(1993) Fels, Alexander; Seyfried, HartmutEine kondensierte Ablagerung ist eine marine Rückstandsbildung, die sich autochthon und kontinuierlich über einen längeren Zeitraum hinweg gebildet hat. Kondensation kann synsedimentar durch Abschirmung, Ablenkung oder Abtragung von Schlamm erfolgen; diagenetisch läuft Kondensation vor allem über Bioerosion auf Hartboden in Verbindung mit unterschiedlich tiefgreifender Erosion ab. Im Jura des subbetischen Plateaus (früher "externes Subbetikum") wird das Umkippen in eine Kondensations-Situation durch tektonische Bewegungen gesteuert, indem benachbarte Plattformen den Export von Schlamm selbssteuernd regulieren. Das subbetische Plateau durchlief vier Phasen stark reduzierter Sedimentation: Carixien - Unter-Domerien(Kondensatlonsepisode 1), Obertoarcien - Unter-Bajocien (Kondensationsepisode 2), Unterbathonien - Unter-Oxfordien (Kondensationsepisode 3) und unterstes Kimmeridgien (Kondensationsepisode 4). Hartboden, die sich während dieser Episoden bildeten, sind meistens von Goethitkrusten und Goethitonkoiden bedeckt. Die meisten Goethitkrusten bestehen entweder aus sehr dünnen (20 - 50 p.) Laminae mit krümeligem und pseudofilamentösem Gefüge, die für einen mikrobiellen Ursprung der Krusten sprechen, oder sie bestehen aus strukturlosem, "sterilen" Goethiterz. Aus einer Abschätzung der Wachstumsraten folgern wir, daß der überwiegende Teil der Zeit, die in solchen Krusten versteckt ist, entweder im nur wenige Milimeter dicken Goethiterz dokumentlert ist oder in Hartböden bzw. Erosionsflächen gelöscht wurde. Kondensierte Abfolgen zelgen meistens eine hierarchische Gliederung in Sequenzen, die vom Meter- bis zum Millimeterbereich reichen und nahezu stets denselben Aufbau haben: sie beginnen mit reduzierter Sedimentation, auf die ein Omissionsstadium folgt und schließen melstens mlt Goethitkrusten ab. Unter den vielen Faktoren, die für eine solche Abfolge verantwortlich sein konnen, kristallisiert sich als kleinster gemeinsamer Nenner ein (nicht eindeutig kalibrierbares) eustatisches Signal heraus. Wir betrachten deshalb kondensierte Sequenzen, die Goethitkrusten enthalten, als pelagische Parasequenzen.Item Open Access Volcanic evolution of Southern Tenerife (Canary Islands) during the Pleistocene and Holocene(2009) Kröchert, Jörg; Buchner, Elmar (PD Dr.)The Canary Islands are a group of volcanic ocean islands in the Central Atlantic near the continental margin of northwest Africa. Tenerife, with a volcanic history of more than 12 Ma of subaerial eruptions, is the largest island of the Canaries and is situated in the centre of the Archipelago. The Quaternary Bandas del Sur Formation in the South of Tenerife comprises a complex sequence of pyroclastic rocks and lavas and is part of the southern rift zone. In contrast to the northwest and northeast rift zones on Tenerife, the southern rift zone comprises a number of characteristics with respect to the morphological features, eruption cyclicity, and the geochemistry of the volcanic deposits. Various flank eruptions of the Las Cañadas volcano associated with basaltic lavas and the formation of cinder cones within the Bandas del Sur are important volcanic units for understanding the explosive volcanic cycles during the Pleistocene on Tenerife. Paleomagnetic studies, geochemical analysis of major and trace elements, and two radioisotopic dating (K-Ar) have been carried out on prominent cinder cones, to determine their stratigraphic position. By combining the results with previous K-Ar data in the Literature, the cones and lavas can be subdivided into three stratigraphic units. Cinder cones that belong to the first unit show reverse magnetization and Y/Nb ratios between 0.37-0.41; cinder cones of the second unit show normal magnetization and Y/Nb ratios of <0.35. The third unit comprises cinder cones with normal magnetization and Y/Nb ratios of about 0.47. The first two units were constructed between ~0.948-0.779 Ma and 0.323-0.300 Ma. These units define volcanic cycles that culminated in violent Plinian eruptions. The third and youngest unit possibly marks the beginning of a further volcanic cycle that started ~0.095 Ma ago. In order to reconstruct the uplift history of Tenerife, numerous uplifted fossil beaches and tuff cones were investigated. In the North and Northeast of Tenerife, the positions of fossil beaches indicate stable conditions since 130 ka. The uplift rates in southern Tenerife (within the Bandas del Sur) amount to a minimum of 15 m since 778 ka at Montaña Pelada and to a maximum of up to 45 m since 10 ka in the area of El Médano, suggesting an asymmetrical uplift of the island complex. The uplift in the South could be caused by seismic activity or mass loss due to flank collapse events. However, uplift due to ascending magma is more plausible. The fossil beach deposits of the El Médano area exhibit tubular-shaped concretions and concretionary dykes. These sediment structures have been interpreted as the result of a) the interaction between hot ignimbrites that overflowed wet beaches, b) fast accumulation of beach sands on hot and degassing ignimbrites, c) paleoliquefaction caused by an earthquake (seismites). Based on the interpretation as seismites, an intense paleoearthquake was proposed to be responsible for the generation of the paleoliquefaction structures. However, the sedimentary structures in question show the general criteria diagnostic for rhizocretions and root tubules with respect to their orientation, size, branching system, and style of cementation. Faults of a well-defined strike direction that precisely coincides with the southern rift fault system occur in the El Médano site. This fault system was generated contemporaneously with a chain of cinder cones ~948 ka ago. Open fractures in ignimbrites (~668 ka) and the fossil beach deposits (~10 ka) of the El Médano area suggest that the rift-associated fault system has been seismically active in the aftermath and probably is still active. A further fault system striking perpendicular to the rift-associated faults probably originates from a Holocene paleoearthquake of moderate intensity. Earthquake-induced ground effects in the fossil beach deposits of the study area are consistent with seismically induced ground effects of several recent and well-documented earthquakes and gravitational sliding triggered by an intense earthquake in Nicoya/Costa Rica in 1990. Both, the rift-associated and the earthquake-induced fault system, initially produced open cracks in the fossil beach deposits that were occupied by plants and subsequently stabilized by cementation. These results accentuate that the densely settled southern part of Tenerife is latently endangered by volcanic and seismic activity, though, currently, there are no indications of increasing volcanic activity in this region. Uplift due to recent magma loading is not observable and the intensity of a paleoearthquake in the El Médano area was probably considerably lower than mentioned in the literature.Item Open Access Integrated flight loads modelling and analysis for flexible transport aircraft(2006) Reschke, Christian; Well, K. H. (Prof. Ph.D.)This thesis is concerned with the derivation of nonlinear equations of motion for flexible aircraft in flight. These equations are intended for the accurate simulation of the flight dynamics of flexible aircraft in general and for the analysis of resulting dynamic structural loads in particular. The main focus is on the inertial coupling effects between the maneuvering flight and structural dynamics of the airframe. The field of flight loads computation is concerned with the provision of loads due to maneuvering flight or turbulence. Hereby, the underlying simulation model consists of a model for the flexible aircraft as well as peripheral models, like the Electronic Flight Control System, a pilot model, etc. The analysis is performed for a variety of flight points and load cases. Subsequently a loads envelope is determined. It consists of maximum structural loads over the airframe due to prescribed maneuvers, gust and turbulence at different flight points and loading conditions. Traditionally, specific models are used for either maneuver loads or gust loads computation. A six degree of freedom (6DOF) nonlinear aircraft model is employed for maneuver simulation. The dynamic response of the aircraft due to turbulence and gust is estimated with linear aeroelastic models, primarily employed in the frequency domain. Particularly for large flexible transport aircraft, these specific models have important limitations. Commercial transport aircraft are getting larger and the airframes are becoming more slender and flexible due to lightweight design. This causes an increasing interaction of flight mechanics and structural dynamics, including inertial coupling effects. Therefore, it is important to extend 6DOF quasi-flexible maneuver loads models with finite element based full flexible aircraft models. Secondly, it may become necessary to perform dynamic response analysis in the time domain in order to account for nonlinear flight control systems. For this reasons a consistent mathematical model that integrates methods and data from both disciplines has to be developed. This implies a derivation of equations of motion and the development of equations for the computation of loads. Furthermore the integration of the respective aerodynamic models has to be addressed. In a first step the equations of motion are derived from first principles. The formulation is developed in such a way that industrial model data and industrial constraints can be considered and efficiently incorporated. The inertial coupling terms are cast in generalized form providing differential equations suited for rapid time domain simulation. In a second step the generalized equations of motion are augmented with a consistent set of nonlinear equations for the computation of internal structural loads over the airframe. The new formulation accounts for nonlinear flight mechanical motion and inertial coupling effects with structural dynamics. In a third step external forces, particularly aerodynamic forces that are driving the equations of motion are modeled. The approach is tailored towards the integration of industrial aerodynamic models used in maneuver loads and dynamic response analysis. The presented integration method extents the distributed quasi-flexible aerodynamic model as used for maneuver loads analysis by unsteady dynamic force increments. The developed set of equations of motion and equations of loads are implemented in a state-of-the-art industrial simulation environment in order to validate the formulation and to perform simulations. A relevant test case is studied to analyze maneuvering flight, dynamic response and structural loads. The influence of inertial coupling effects is emphasized and structural components that are significantly affected are indicated. The key result of this thesis is the increased precision of simulation and loads computation at the cost of a minimum increase of computing effort. No additional model data other than currently used for industrial maneuver loads and dynamic response analysis is required.Item Open Access Rekonstruktion der Ablagerungsverhältnisse im nordalpinen Vorlandbecken Südwest-Deutschlands(2006) Maurer, Holger; Seyfried, Hartmut (Prof. Dr.)Während der Erdöl- und Ergasprospektion zu Beginn der 50er Jahre rückte das Nordalpine Vorlandbecken (Molassebecken) in den Mittelpunkt des Forschungsinteresses. In den kommenden Jahrzehnten wurden zahlreiche Tiefbohrungen im Molassebecken abgeteuft und somit die Grundlage für eine lithostratigraphische Gliederung der sedimentären Abfolge geschaffen. Bis zur heutigen Zeit gibt es nur wenige sedimentologische und sequenzstratigraphische Untersuchungen zum Ablagerungsmilieu der klastischen Sedimente im Nordalpinen Vorlandbecken Süddeutschlands. Das Ziel der vorliegenden kumulativen Arbeit war es, in verschiedenen Themenbereichen mit sedimentologischen, paläopedologischen, geophysikalischen und mathematischen Methoden die Ablagerungsverhältnisse im Molassebecken zu rekonstruieren. In fünf Veröffentlichungen werden verschiedene stratigraphische Altersabschnitte des Nordalpinen Vorlandbeckens in Südwestdeutschland behandelt. Der Schwerpunkt der Untersuchungen wurde dabei auf die ältesten und die jüngsten Sedimentabfolgen im Molassebecken gelegt, die gleichzeitig den Beginn und das Ende der sedimentären Vorlandbecken-Entwicklung repräsentieren.Item Open Access Satelliten im Dienst der Geodäsie und Geoinformatik(2003) Kleusberg, AlfredAm 4. Oktober 1957 wurde vom Gebiet der damaligen UdSSR der erste künstliche Satellit der Erde in den Weltraum geschickt. Von den vielen Nachfolgemissionen der vergangenen 46 Jahre waren einige Satelliten speziell für Aufgaben der Geodäsie und Geoinformatik designiert; viele weitere, ursprünglich für andere Aufgaben in Betrieb genommene Satelliten erwiesen sich im Nachhinein als sehr gute Lieferanten von Daten zur Lösung geodätischer Probleme. Um diesen Beitrag der Satellitenmethoden im richtigen Licht zu sehen, ist es aufschlussreich, zuerst die Entwicklung der Geodäsie von ihren Ursprüngen bis zum Jahre 1957 nachzuvollziehen. Dies kann natürlich im Rahmen dieses Beitrags nur in Form von mehr oder weniger subjektiv herausgegriffenen Einzelereignissen der Geschichte erfolgen.Item Open Access Materiell und lokal inkompressible viskoelastische Erdmodelle : Theorie und Anwendungen in der glazialen Isostasie(2004) Thoma, Malte; Wolf, Detlef (Prof. Dr. habil.)Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit glazial-isostatischen Ausgleichsvorgängen, wie sie in Island (rezentes Abschmelzen der Vatnajökull-Eiskappe) oder in Kanada und Fennoskandien (Abschmelzen der pleistozänen Eisschilde) beobachtet werden. Zur Berechnung des Ausgleichs wird ein mehrschichtiges sphärisches Erdmodell verwendet, dessen hydrostatischer Anfangszustand durch Auflasten gestört wird. Die viskoelastischen Materialeigenschaften des Erdinnern werden mit Hilfe der Maxwell-Rheologie simuliert. Weiterhin wird lokale Inkompressibilität vorausgesetzt, was eine konsistente Berücksichtigung der durch Selbstkompression bedingten Dichtezunahme mit der Tiefe gestattet. Nach Linearisierung und Laplace-Transformation der inkrementiellen Feldgleichungen ergibt sich für die Feldgrößen Verschiebung, Spannung und Gravitationsbeschleunigung ein gekoppeltes lineares Differentialgleichungssystem, das mit Hilfe der Kugelflächenfunktionsentwicklung analytisch gelöst wird. Nach einem numerischen Vergleich ebener und sphärischer Erdmodelle werden als Anwendung der Theorie die glazial-isostatischen Ausgleichsvorgänge in Island und Fennoskandien interpretiert. Für Fennoskandien ist es notwendig, neben der Eislast auch die gekoppelte Ozeanlast zu berücksichtigen. Hierzu werden verschiedene Näherungslösungen der "sea-level equation" präsentiert. Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchung lassen sich wie folgt zusammenfassen: * Bei der Interpretation glazial-isostatischer Beobachtungen führen ebene Erdmodelle nur zu befriedigenden Ergebnissen, wenn der Lastradius kleiner als 1500 km ist, das Erdmodell eine elastische Lithosphäre besitzt und die Beobachtungsorte in der Nähe des Lastzentrums liegen. Ist eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllt, sollte ein sphärisches Erdmodell verwendet werden. * Die Interpretation des durch das Abschmelzen der Vatnajökull-Eiskappe hervorgerufenen rezenten Ausgleichsvorgangs (Landhebungsrate und Neigungsänderung) weist auf eine Lithosphärenmächtigkeit von 10 bis 20 km und eine Asthenosphärenviskosität von 5*10^16 bis 1*10^18 Pa s hin. * Der gravitative Einfluß des während einer Klimaerwärmung aus den vereisten Gebieten in die Ozeane abgeführten Schmelzwassers muß in die Interpretation des glazial-isostatischen Ausgleichs einbezogen werden. Die hiermit verbundene Lastumverteilung wird mit Hilfe der "sea-level equation" quantitativ beschrieben und numerisch bestimmt. * Zur Interpretation des Ausgleichsvorgangs in Fennoskandien werden die postglaziale Landhebung sowie die gegenwärtigen Raten der Landhebung, Neigungsänderung und Schwereänderung berücksichtigt. Die Modellierung ergibt Viskositäten des oberen und unteren Mantels von etwa 0.55*10^21 Pa s bzw. 1*10^21 Pa s, eine Lithosphärenmächtigkeit von 50 bis 80 km und eine maximale Eismächtigkeit von etwa 2000 m. Die Berücksichtung einer Asthenosphäre führt zu keiner nennenswert verbesserten Anpassung an die Beobachtungsdaten.Item Open Access Bemannte Missionen zum Mars mit kontinuierlichen Antrieben(2005) Schmidt, Tanja D.; Auweter-Kurtz, Monika (Prof. Dr.-Ing habil.)Im Rahmen dieser Arbeit werden bemannte Missionen zum Mars für unterschiedliche Antriebskonzepte im Hinblick auf Flexibilität, kurze Gesamtmissionsdauern, kurze Transferzeiten und moderate Startmassen untersucht und verglichen. Die untersuchten Antriebskonzepte sind kontinuierliche elektrische Antriebe sowie chemische und nuklear-thermische Antriebe, die zur Kategorie der impulsiven Antriebe gehören. Die im Rahmen dieser Arbeit hierzu erstellten Programme bzw. Routinen zur Bahnsimulation und -optimierung werden vorgestellt. Es werden die Ergebnisse einer detaillierten, systematischen Bahnanalyse für helio- und planetozentrische Bahnen und für Rundreise-Missionen aufgezeigt. Speziell für die kontinuierlichen elektrischen Antriebe werden Variationen der Antriebsparameter (Schub, spezifischer Impuls und Triebwerkswirkungsgrad) durchgeführt und deren Einfluß auf Flugzeit und Startmasse bzw. Treibstoffmasse untersucht. Es werden die hierfür notwendigen minimalen Antriebsparameter für bemannte Marsmissionen ausgearbeitet und verschiedene elektrische Antriebskonzepte hinsichtlich Anwendbarkeit untersucht. Die atmosphärischen Flugsegmente einer solchen Mission werden im Rahmen dieser Arbeit mittels Literaturstudien untersucht. Die in der Literatur diskutierten Konzepte für Schwerlaststartraketen an der Erde, Marsaufstiegsfahrzeuge sowie Aermanöver-Vehikel für Mars und Erde werden hinsichtlich Anwendbarkeit für bemannte Marsmissionen evaluiert und Konzeptvorschläge ausgearbeitet. Neben dem Antriebssystem werden im Rahmen dieser Arbeit die Lebenserhaltung, Habitate und die Energieversorgung untersucht. Es werden Modelle für diese Subsysteme erstellt und verschiedene Konzepte miteinander verglichen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wird ein Konzeptvorschlag einer bemannten Marsmission mit kurzer Gesamtmissionsdauer unter Verwendung kontinuierlicher elektrischer Antriebe vorgestellt.Item Open Access Experimental and numerical aeroacoustic investigation of impinging flows at low Mach number(2007) Zucchini, Marco; Munz, Claus-Dieter (Prof. Dr. rer. nat. habil.)This work presents the development of methods for the experimental and numerical investigation of flow-induced noise. Moreover it offers a systematic validation and comparison of various numerical prediction techniques for small Mach number aeroacoustics. The work is motivated from the need to validate all the calculation steps of aeroacoustic simulations beyond pure analytical solutions. This encompasses the fluid dynamics and source calculations up to the propagation of sound for problems of technical interest. The configurations investigated are chosen to ensure geometrical simplicity, given the limitations associated with the numerical calculations of complex geometries, in addition to geometrical relevance with respect to technical problems. The investigation concentrates on the numerical calculations of a low subsonic jet impinging on flat inclined plates with various downstream obstacles. Particular focus is placed on broad band noise contributions.Item Open Access Realisierung und Anwendung eines kinematischen Multi-Sensor-Meßsystems zur Bestimmung von dynamischen Bauwerksverformungen(2001) Petzoldt, Rainer; Linkwitz, Klaus (em. Prof. Dr.-Ing. Dr. sc. Techn. h. c. Dr. h. c. )Durch die Erweiterung der geodätischen Aufgabengebiete, insbesondere in der Ingenieurvermessung, werden zukünftig vermehrt interdisziplinäre Lösungen verlangt, die von einer Fachrichtung alleine nicht geliefert werden können. Dadurch entstehen zum Teil einfachere, schnellere und trotzdem genaue Methoden. Dies wird in der vorliegenden Arbeit veranschaulicht. Dazu werden zuerst die aus den Einzeldisziplinen stammenden Verfahren klassifiziert und anschließend ein auf diesen Verfahren basierendes neu entwickeltes Feldkalibrierverfahren für Inertialnavigationssysteme vorgestellt. Es basiert auf der Messung des Erdschwerevektors und der Erddrehrate in 24 Lagen und erlaubt die Bestimmung der Kalibrierparameter Offset, Skalenfaktor und Fehlausrichtungswinkel. Die erreichbare Genauigkeit liegt für Beschleunigungsmesser in der gleichen Größenordnung wie bei aufwendigeren Laborkalibrierungen, für Kreisel ergibt sich, bedingt durch die sehr kleine Erddrehrate, eine um ein bis drei Größenordnungen schlechtere Genauigkeit. Im zweiten Schwerpunkt der Arbeit wird am Beispiel der Messung der Deformation einer Eisenbahnbrücke während der Überfahrt eines Zuges gezeigt, daß neben der eigentlichen Messung auch die Auswertung der Meßergebnisse von einer Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen profitiert. Die in den ersten Kapiteln beschriebenen Methoden werden konkret angewandt. Ausgehend von der Problembeschreibung werden Konzeption und Realisierung des Multi-Sensor-Meßsystems entwickelt und die Durchführung und Auswertung der Messungen beschrieben. Die Ergebnisse werden mit dem theoretischen Modell verglichen, wobei trotz der nur parametrischen Zeitabhängigkeit eine sehr gute Übereinstimmung festgestellt wird. Dies zeigt, daß an einem Modell, je nach Art der Fragestellung, viele wohlüberlegte Vereinfachungen vorgenommen werden können, ohne daß es seine Aussagekraft verliert.Item Open Access Parameterreduktion zur ähnlichkeitsmechanischen Gewichtsprognose im Flugzeugvorentwurf am Beispiel des Tragflügels(2008) Pfaff, Jan-Michael; Voit-Nitschmann, Rudolf (Prof. Dipl.-Ing.)Realistische Aussagen bei Vorentwürfen und Neuentwicklungen von Produkten über deren letztendliches Leistungsvermögen bereits in der Konzeptphase zu treffen, ist eine zentrale Aufgabe in vielen technischen Entwicklungsbereichen. Im Zeitalter der Globalisierung und dadurch oftmals entstehender Dezentralisierung der Entwicklungsstandorte eines Herstellerbetriebs ist es darum notwendig, das vorhandene Wissen auszutauschen und zu strukturieren, um so im Sinne eines erfolgreichen Wissensmanagements eine Methodik für die Vorgehensweise bei neuen Entwürfen zu entwickeln. Auch beim Flugzeughersteller Airbus befindet man sich in einer solchen Phase, in der das Wissensmanagement eine große Rolle spielt. Dabei ist es das Ziel, eine Wissensdatenbank aufzubauen, mit deren Hilfe dann eine Teilautomatisierung im Entwurfsprozess mittels Computerprogrammen (Tools) verwirklicht werden kann. Lag bei der bisherigen Vorgehensweise zur Ermittlung von Entwurfsparametern im Flugzeugvorentwurf das Schwergewicht auf dem statistischen Auswerten empirisch unterstellter Zusammenhänge aus bestehenden Daten, wird in der Vorentwurfsabteilung (Future Project Office) der Firma Airbus im Bereich der Gewichtsabschätzung des Tragflügels seit einiger Zeit ein analytisches Prognoseverfahren eingesetzt, das in ein computergestütztes Tool implementiert ist. Zur Nutzung dieses Tools werden jedoch Parameter benötigt, die in dieser frühen Entwicklungsphase zum Teil noch nicht zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wird, ausgehend von diesen zu ermittelnden Parametern, ein theoretischer Ansatz zur Kategorisierung des vorhandenen Wissens in drei Bereiche aufgezeigt. Dabei wird unterschieden zwischen dem wissensbasierten Schließen bei mathematisch geschlossen lösbaren Problemen, dem randbedingungsbasierten Schließen bei äußeren Vorgaben und dem fall- bzw. regelbasierten Schließen, bei dem es sich um ähnlichkeitsmechanische Ansätze handelt, deren Mechanismen die unbekannte exakte Lösungsfunktion approximieren. Das Hauptaugenmerk in dieser Abhandlung ist speziell auf den nutzbringenden Einsatz des fall- bzw. regelbasierten Schließens im Flugzeugvorentwurf gerichtet. Dabei wird diese Vorgehensweise an der geschlossen lösbaren Entwurfsgleichung der Startrollstrecke validiert, um sie dann auf das nicht geschlossen lösbare Problem der Startstrecke anzuwenden und mit dem bisherigen empirischen Ansatz von Raymer zu vergleichen. Danach wird in Bezug auf die hier speziell gestellte Aufgabe der Ansatz auf die Ermittlung der Größen der Sekundärstrukturflächen des Tragflügels erweitert.