06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie
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Item Open Access Experimental investigation of low-frequency sound and infrasound induced by onshore wind turbines(2024) Blumendeller, Esther; Cheng, Po Wen (Prof. Dr.)Climate change has a global impact and is increasingly affecting our environment. This is driving the continuous expansion of renewable energies, with wind energy playing a major role. As wind energy becomes more widespread, an increasing number of people will live near wind turbines in complex terrain. In such scenarios, wind turbines are often positioned at elevated locations, while residents live in valleys. In complex terrain, such as a steep escarpment, local turbulence, wind speed, and direction are strongly influenced by topography, contributing to the complexity of sound propagation or impacts the background noise situation in valleys, for example, due to shielding effects. The operation of wind turbines is associated with both visual and sound-related impact, with sound being generated at various frequencies. There is a growing interest in low-frequency sound and infrasound, characterized by long wavelengths that propagate over considerable distances without significant attenuation. This is in contrast to higher-frequency sound, and might increase the impact of wind turbine sound at residential areas located several hundred meters or a few kilometers away from the wind farm. In the context of complex terrain, this work investigates wind turbines in complex terrain as sources of low-frequency sound and infrasound. The investigations on characterization of sound generation and propagation are based on measurements in the vicinity of two wind farms. Measurements were conducted within four measurement campaigns at two wind farms located close to an escarpment at the Swabian Alb in Southern Germany over a period of about nine month. Acoustic data was obtained in the proximity of the wind turbines and at residential buildings in 1–1.7km distance to the wind farms in municipalities located within a valley. Besides acoustic measurements including the infrasonic frequency range, a comprehensive data set with ground motion data, wind turbine operating data, meteorological data and data from a noise reporting app supports the investigation. Two aspects require analysis: Firstly, the aspect of generation and propagation of wind turbine low-frequency sound and infrasound in complex terrain, and secondly, the relation with annoyance. Results show that sounds within the infrasonic range assigned to the blade passage at the tower are transmitted through the air over distances of 1 km. Low-frequency sounds were found to be amplitude-modulated and were investigated as amplitude modulation. Infrasound and amplitude modulation occurrences were more likely during morning, evening and night hours and during atmospheric conditions with positive lapse rate, vertical wind shear and low turbulence intensity. The occurrence of both infrasound and amplitude modulation was typically observed during rated rotational speed but below-rated power. To allow predictions, a standard prediction method was extended to include the lowfrequency sound and infrasound range and adapted to the measurement data in order to apply it to complex terrain. The sound level difference of the measured data aligns well with the predictions within the frequency range of 8 Hz and 250 Hz. Investigations regarding outdoor-to-indoor sound reductions showed influences from structural resonances and room modes, which depend on the characteristics of the building and the specific room under investigation. Combining acoustic measurements with annoyance reports showed that rated wind turbine operation appears to be a contributing factor in annoyance ratings obtained through a noise reporting app, ranging from “somewhat” to “very” levels. Furthermore, the analysis indicates that varying levels of annoyance at a distance of 1km from the wind farm, both outside and inside buildings, do not correspond to significant differences in the averaged and A-weighted sound pressure levels. Overall, this work contributes to a better understanding of the low-frequency sound and infrasound generated from wind turbines and provides insight into the sound characteristics of measured wind turbine sound at residential locations in complex terrains.Item Open Access Entwicklung laserspektroskopischer Methoden zur Analyse der Verdunstungseigenschaften von Brennstofftropfen(Stuttgart : Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik, 2021) Werner, Stefanie; Riedel, Uwe (Prof. Dr. rer. nat.)Die steigenden Emissionen des klimaschädlichen Treibhausgases CO2 durch die Verbrennung von fossilen, endlichen Energieträgern müssen möglichst schnell und nachhaltig reduziert werden. Ein vielversprechender Lösungsansatz zur Reduzierung der Schadstoffemissionen bei der Verbrennung liegt in dem Einsatz von alternativen und erneuerbaren Brennstoffen. Als Energieträger bieten sich auf Grund ihrer hohen Energiedichte vor allem flüssige Brennstoffe an. Diese werden typischerweise durch Druckzerstäubung in die Brennkammer eingebracht, verdunstet und dann mit dem Oxidationsmittel vermischt und verbrannt. Die Verdunstung der kleinen Brennstofftropfen des sogenannten Sprays ist von entscheidender Bedeutung für den Gesamtverbrennungsprozess in Verbrennungsmotoren und Gasturbinen. Im Allgemeinen bestimmt die Verdunstungsrate die Verbrennungsrate. Daher sind Modelle notwendig, die eine genaue Vorhersage der Brennstoffverdunstung ermöglichen. Zur Validierung dieser Modelle werden quantitative Messungen unter genau definierten Randbedingungen benötigt. Da die Prozesse in technischen Brennkammern sehr komplex sind, werden Experimente zur Tropfenverdunstung häufig mit linearen, monodispersen Tropfenketten durchgeführt, um die Kopplung zwischen den verschiedenen Effekten zu minimieren. Durch die geringe Größe der Tropfen (typischerweise wenige hundert Mikrometer oder weniger), erfordert die experimentelle Untersuchung eine hohe räumliche Auflösung. In dieser Arbeit wurden quantitative, laseroptische Messtechniken mit hoher räumlicher Auflösung zur experimentellen Untersuchung der Tropfenverdunstung an monodispersen Tropfenketten entwickelt. Mit den Messtechniken wurden Validierungsdaten für die Verdunstungseigenschaften von verschiedenen Brennstoffen bestimmt. Konzentrationsmessungen von verdunsteten Kohlenwasserstoffen wurden unter Verwendung von Infrarot-Laserabsorptionsspektroskopie und laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie (LIF) durchgeführt. Tropfenketten wurden mit einem Tropfenkettengenerator erzeugt, welcher vertikal in einem Strömungskanal installiert wurde. Die untersuchten Brennstoffe waren Cyclohexan, iso-Octan, n-Heptan, n-Pentan, 1-Butanol und Anisol. Der Strömungskanal wurde mit einer laminaren Luftströmung bei verschiedenen Temperaturen (313 K - 430 K) durchströmt. Da die untersuchten Tropfen einen Durchmesser in der Größenordnung von 120 bis 160 µm hatten und die Konzentrationsgradienten nahe der Tropfenoberfläche groß waren, war eine hohe räumliche Auflösung der Messtechniken erforderlich. Die Absorptionsmessungen wurden mit der Infrarotstrahlung eines HeNe-Lasers bei λ = 3,39 µm durchgeführt, um die CH-Streckschwingung der Kohlenwasserstoffe anzuregen. Die für die Quantifizierung der Brennstoffkonzentrationen benötigten Absorptionsquerschnitte wurden in einer beheizten Gaszelle für Temperaturen von 300 K - 773 K bestimmt. Die räumliche Auflösung im Strömungskanal betrug < 50 µm über eine Länge von 2 mm (Halbwertsbreite). Durch die Zylindersymmetrie und gute Stabilität der Tropfenketten konnten zeitliche Mittelungs- und Tomografieverfahren angewandt werden. Hierdurch konnten radiale Konzentrationsprofile an mehreren Positionen im Strömungskanal erhalten werden. Aus dem Anstieg der Dampfkonzentration an verschiedenen Messpositionen konnte die Verdunstungsrate bestimmt werden. Die Verdunstungsraten wurden in Abhängigkeit von der Mantelstromtemperatur (313 K - 430 K), der Tropfengeschwindigkeit (8 m/s - 23 m/s), der Tropfenerzeugungsfrequenz (12 kHz - 75 kHz) und dem Tropfenabstand (300 µm - 685 µm) gemessen. Im untersuchten Temperaturbereich steigt die Verdunstungsrate des Brennstoffs linear mit der Temperatur an. Die Reihenfolge der Brennstoffe in Bezug auf die Verdunstungsrate entspricht den Siedepunkten der einzelnen Brennstoffe. Da technische Brennstoffe häufig eine Mischung mehrerer Komponenten sind, ist die Untersuchung von Brennstoffgemischen von großem Interesse. Daher wurde ein Messverfahren entwickelt, um binäre Gemische zu untersuchen. Das Verfahren wurde verwendet, um eine Mischung aus Cyclohexan und Anisol zu untersuchen. Zwei Messtechniken - laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) und Infrarot Absorptionsspektroskopie - wurden verwendet, um beide Spezies zu messen. Um λ = 3,39 µm ist der Absorptionsquerschnitt von Cyclohexan um etwa den Faktor 8 größer als von Anisol. Im untersuchten Fall war die Konzentration aufgrund des höheren Dampfdrucks ebenfalls deutlich größer. Daher konnte das Infrarot-Absorptionssignal praktisch ausschließlich Cyclohexan zugeordnet werden. Anisol hat bei Anregung bei λ = 266 nm eine sehr gute Fluoreszenzquantenausbeute, während Cyclohexan keine Fluoreszenz zeigt. LIF ermöglicht daher die Quantifizierung von Anisol (oder anderen Aromaten) ohne Interferenz durch Kohlenwasserstoffe. Es wurde ein Messverfahren entwickelt, welches Halationseffekte vermeidet, die typischerweise in planaren LIF-Experimenten an Tropfenketten auftreten. Kalibrationsmessungen, die im gleichen Strömungskanal durchgeführt wurden, ermöglichten die Quantifizierung der verdunsteten Anisolkonzentrationen. Die räumliche Auflösung betrug 80 µm. Ähnlich wie bei den Einzelkomponentenmessungen wurden Verdunstungsraten bestimmt. Wie aufgrund des niedrigeren Dampfdrucks zu erwarten, ist die Verdunstungsrate von Anisol niedriger als die von Cyclohexan. Die Verdunstungsrate von Cyclohexan in der binären Mischung stimmt gut mit den Einzelkomponentenmessungen überein. Das entwickelte Messverfahren ist sehr vielversprechend für weitere Untersuchungen an Mehrkomponentenmischungen. In dieser Arbeit konnte damit erstmals mit hoher räumlicher Auflösung die Verdunstung von Brennstoffkomponenten mittels Absorptionsspektroskopie in der Nähe von Brennstofftropfen untersucht werden. Zusätzlich wurden in Kombination mit laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie Messungen an binären Mischungen durchgeführt. Damit steht ein wertvoller Datensatz zur Validierung von numerischen Simulationen zur Verfügung.Item Open Access Smart ground support equipment : the design and demonstration of robotic ground support equipment for small spacecraft integration and verification(2024) Kottmeier, Sebastian; Wittje, Philipp; Klinkner, Sabine; Essmann, Olaf; Suhr, Birgit; Kirchler, Jan-Luca; Ho, Tra-MiIn order to reduce the costs of integration and verification processes and to optimize the assembly, integration and verification (AIV) flow in the prototype development of small- and medium-sized spacecrafts, an industrial six-axis robot was used as a universal mechanical ground support equipment instead of a tailored prototype specific ground support equipment (GSE). In particular, a robotic platform offers the possibility of embedding verification steps such as mass property determination into the integration process while offering a wider range of ergonomic adaption due to the enhanced number of degrees of freedom compared to a classical static Mechanical GSE (MGSE). This reduces development costs for projects and enhances the flexibility and ergonomics of primarily mechanical AIV operations. In this paper, the robotic MGSE system is described, the operational prospects for in-line verification are elaborated and an example is given showing the possibilities and challenges of its operational use as well as its in-line mass determination capabilities. For this purpose, a method has been developed that allows for the precise measurement of the spacecraft mass using the robot’s existing technology without the need for additional hardware. Subsequent work will extend this to determine the center of gravity and the moments of inertia of the payload on the robotic MGSE.Item Open Access Forming a hybrid intelligence system by combining Active Learning and paid crowdsourcing for semantic 3D point cloud segmentation(2023) Kölle, Michael; Sörgel, Uwe (Prof. Dr.-Ing.)While in recent years tremendous advancements have been achieved in the development of supervised Machine Learning (ML) systems such as Convolutional Neural Networks (CNNs), still the most decisive factor for their performance is the quality of labeled training data from which the system is supposed to learn. This is why we advocate focusing more on methods to obtain such data, which we expect to be more sustainable than establishing ever new classifiers in the rapidly evolving ML field. In the geospatial domain, however, the generation process of training data for ML systems is still rather neglected in research, with typically experts ending up being occupied with such tedious labeling tasks. In our design of a system for the semantic interpretation of Airborne Laser Scanning (ALS) point clouds, we break with this convention and completely lift labeling obligations from experts. At the same time, human annotation is restricted to only those samples that actually justify manual inspection. This is accomplished by means of a hybrid intelligence system in which the machine, represented by an ML model, is actively and iteratively working together with the human component through Active Learning (AL), which acts as pointer to exactly such most decisive samples. Instead of having an expert label these samples, we propose to outsource this task to a large group of non-specialists, the crowd. But since it is rather unlikely that enough volunteers would participate in such crowdsourcing campaigns due to the tedious nature of labeling, we argue attracting workers by monetary incentives, i.e., we employ paid crowdsourcing. Relying on respective platforms, typically we have access to a vast pool of prospective workers, guaranteeing completion of jobs promptly. Thus, crowdworkers become human processing units that behave similarly to the electronic processing units of this hybrid intelligence system performing the tasks of the machine part. With respect to the latter, we do not only evaluate whether an AL-based pipeline works for the semantic segmentation of ALS point clouds, but also shed light on the question of why it works. As crucial components of our pipeline, we test and enhance different AL sampling strategies in conjunction with both a conventional feature-driven classifier as well as a data-driven CNN classification module. In this regard, we aim to select AL points in such a manner that samples are not only informative for the machine, but also feasible to be interpreted by non-experts. These theoretical formulations are verified by various experiments in which we replace the frequently assumed but highly unrealistic error-free oracle with simulated imperfect oracles we are always confronted with when working with humans. Furthermore, we find that the need for labeled data, which is already reduced through AL to a small fraction (typically ≪1 % of Passive Learning training points), can be even further minimized when we reuse information from a given source domain for the semantic enrichment of a specific target domain, i.e., we utilize AL as means for Domain Adaptation. As for the human component of our hybrid intelligence system, the special challenge we face is monetarily motivated workers with a wide variety of educational and cultural backgrounds as well as most different mindsets regarding the quality they are willing to deliver. Consequently, we are confronted with a great quality inhomogeneity in results received. Thus, when designing respective campaigns, special attention to quality control is required to be able to automatically reject submissions of low quality and to refine accepted contributions in the sense of the Wisdom of the Crowds principle. We further explore ways to support the crowd in labeling by experimenting with different data modalities (discretized point cloud vs. continuous textured 3D mesh surface), and also aim to shift the motivation from a purely extrinsic nature (i.e., payment) to a more intrinsic one, which we intend to trigger through gamification. Eventually, by casting these different concepts into the so-called CATEGORISE framework, we constitute the aspired hybrid intelligence system and employ it for the semantic enrichment of ALS point clouds of different characteristics, enabled through learning from the (paid) crowd.Item Open Access Application of neural networks and transfer learning to turbomachinery heat transfer(2022) Baumann, Markus; Koch, Christian; Staudacher, StephanModel-based predictive maintenance using high-frequency in-flight data requires digital twins that can model the dynamics of their physical twin with high precision. The models of the twins need to be fast and dynamically updatable. Machine learning offers the possibility to address these challenges in modeling the transient performance of aero engines. During transient operation, heat transferred between the engine’s structure and the annulus flow plays an important role. Diabatic performance modeling is demonstrated using non-dimensional transient heat transfer maps and transfer learning to extend turbomachinery transient modeling. The general form of such a map for a simple system similar to a pipe is reproduced by a Multilayer Perceptron neural network. It is trained using data from a finite element simulation. In a next step, the network is transferred using measurements to model the thermal transients of an aero engine. Only a limited number of parameters measured during selected transient maneuvers is needed to generate suitable non-dimensional transient heat transfer maps. With these additional steps, the extended performance model matches the engine thermal transients well.Item Open Access Multiscale and multiphase modeling and numerical simulation of function-perfusion processes in the liver(Stuttgart : Institut für Statik und Dynamik der Luft und Raumfahrtkonstruktionen, Universität Stuttgart, 2023) Lambers, Lena; Ricken, Tim (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Linear stability investigations of three-dimensional disturbances in the boundary layer over anisotropic compliant walls(2023) Zengl, Marcus; Rist, Ulrich (apl. Prof. Dr.-Ing.)In dieser Arbeit werden dreidimensionale Störungen in der Grenzschicht über anisotropen nachgiebigen Wänden mit linearer Stabilitätstheorie untersucht. Ein oberflächenbasiertes Modell wird verwendet, um die nachgiebige Wand abzubilden. Hierbei wird das anisotrope Wandmodell von Carpenter erweitert, um einen zusätzlichen Schiebewinkel der Wand bezüglich der Strömungsrichtung einzubringen. Basierend auf diesem Wandmodell wird eine Randbedingung für die Lineare Stabilitätstheorie hergeleitet. Aufgrund der Tatsache, dass diese Randbedingung die Orr-Sommerfeld- und Squire-Gleichung koppelt, wurden zwei neuartige Lösungsverfahren, ein Schießverfahren und ein Matrixlöser, für diesen besonderen Umstand entwickelt. Der Schießlöser transformiert das zugrunde gelegte Eigenwertproblem in ein Randwertproblem und verwendet ein klassisches Schießverfahren zur Lösung des Problems. Um das numerisch steife Problem mit seinem parasitärem Fehlerwachstum zu berücksichtigen beinhaltet das Lösungsverfahren eine Gram-Schmid Orthonormierungsroutine. Durch eine neuartige Skalierung der Phase des zu minimierenden Residuums wird das zeitliche und räumliche Modell robust und performant für gegebene Eigenmoden gelöst. Das durch die gekoppelte Orr-Sommerfeld- and Squire-Gleichung entstehende Eigenwertproblem wird auch mit einer Matrix-basierenden Methode gelöst. Das durch die nachgiebige Wand entstehende zeitliche quadratische Eigenwertproblem wird dabei berücksichtigt. Hierbei wird eine pseudospektrale Diskretisierung mit Chebyshev-Kollokation verwendet. Besonders betrachtet wird die Formulierung des diskretisierten Problems auf seine numerischen Fehler. Die numerische Genauigkeit der Lösungsverfahren wird genau überprüft, um die Gitterunabhängigkeit der Ergebnisse sicherzustellen. Um das Potenzial der nachgiebigen Wände zur Verzögerung des laminar-turbulenten Umschlags zu untersuchen, wurde die Vorgehensweise von Carpenter [15] übernommen. Carpenter optimierte die Parameter der nachgiebigen Wand so, dass Tollmien-Schlichting (TS) Moden so weit wie möglich abgeschwächt werden, während Fluid-Struktur (FISI) Moden grenzwertig stabil bleiben. Dieses Vorgehen wurde ausgewählt, weil Fluid-Struktur Moden absolut instabil sein können, was zu sofortigem Strömungsumschlag führen kann. Stabilitätsrechnungen wurden ausgeführt für zwei Sätze von Wandparametern, die Carpenter mit seinem zweidimensionalen Rahmenwerk optimiert hat. Hierbei wurden nicht nur dreidimensionale Störungen betrachtet, sondern es wurde auch der Einfluss des neu eingebrachten Schiebewinkels der nachgiebigen Wand untersucht. Die Ergebnisse wurden bezüglich der zeitlichen Anfachung der TS- und FISI-Moden, und bezüglich des mit N-Faktoren vorhergesagten Umschlagspunkts beurteilt. Es wird gezeigt, dass dreidimensionale Störungen bestimmte N-Faktoren vor ihren zweidimensionalen Pendants erreichen. Die vorhergesagte laminare Länge ist etwas kürzer als mit zweidimensionalen Verfahren vorhergesagt. Es scheint als ob der eingebrachte Schiebewinkel für die untersuchten Parametersätze keinen Vorteil bezüglich Laminarhaltung bringt. Schließlich wurden optimale Störungen berechnet, um das Transiente Energiewachstum für die anisotrope nachgiebige Wand zu untersuchen. Hierbei wurden die Anfangsverteilungen von Eigenmoden so optimiert, dass deren Überlagerung ein maximales Energiewachstum für eine vorgegebene Zeit erfährt. Die Einhüllende dieser optimalen Störungen wird dann für variierende Wellenzahlen in Strömungs- und Spannweitenrichtung, und variierende Wachstumszeit berechnet. Die Ergebnisse zeigen kein durch die nachgiebige Wand hervorgerufenes relevantes transientes Wachstum. Es wird gezeigt, dass der klassische Mechanismus für transientes Wachstum, der bei der steifen Wand dominiert, nicht verändert wird.Item Open Access Optimierung eines Hochdruckelektrolysesystems für regenerative Brennstoffzellensysteme(2023) Fremdling, Fabian; Fasoulas, Stefanos (Prof. Dr.-Ing)Diese Dissertation fasst die Entwicklung eines Hochdruckelektrolysesystems mit einem Betriebsdruck von 100 bar als Teil eines regenerativen Brennstoffzellensystems (RFCS) für Luft- und Raumfahrtanwendungen zusammen. Die Entwicklung basiert auf den zuvor durchgeführten Optimierungsmaßnahmen eines alkalischen Wasserelektrolyseurs, dem ein Zelldesign mit immobilem Elektrolyt und direkter Wasserzufuhr in ein Doppeldiaphragma zugrunde liegt. Die Probleme bei diesem Elektrolyseur liegen in der Unterbrechung der ionischen Leitfähigkeit durch Inhomogenitäten in der Elektrolytkonzentration und Gasansammlungen im Elektrolytbereich, die im Betrieb auftreten, sowie in der Versorgung der Kathode mit Wasser. Dies wird experimentell abgebildet und theoretisch beschrieben. Verschiedene Maßnahmen zur Behebung der Probleme werden vorgestellt, jedoch kann kein zufriedenstellender Betrieb erreicht werden, was zu einer Änderung des Zelldesigns führt. Anstatt einer direkten Wasserversorgung ins Doppeldiaphragma wird eine Elektrolytzirkulation durch den Kathodenraum implementiert und ein Diaphragma entfernt. Diese Änderungen bringen eine Separationseinheit für Wasserstoff vom Elektrolyt sowie eine zusätzliche Pumpe mit sich, der Elektrolyt liegt nun mobil vor. Somit erhöht sich die Systemkomplexität, die uneingeschränkte Raumfahrttauglichkeit ist zunächst nicht gegeben. Dieses neue Elektrolysesystem wird anschließend in zahlreichen Testreihen charakterisiert. Erzielt werden auf Zellebene eine maximale Effizienz von 90.4 % bei 0.509 A/cm², ein möglicher Stromdichtebereich bis 0.76 A/cm², ein Betriebsdruck von 100 bar (Wasserstoff und Sauerstoff) und ein Temperaturbereich von 30-90 °C. Die so gewonnenen Versuchsdaten bilden, zusammen mit theoretischen Grundlagen und weiteren experimentellen Daten, die Basis für eine Modellierung des Systems. Diese Modellierung wird in Matlab/Simulink erstellt und bildet das gesamte Elektrolysesystem ab. Mithilfe der Modellierung können Betriebsparameter des Elektrolysesystems optimiert sowie das Verhalten des Systems in bestimmten Betriebspunkten vorhergesagt werden. Das Modell selbst kann in eine RFCS Gesamtsystemmodellierung implementiert werden. Des Weiteren werden in dieser Arbeit Untersuchungen zur Gasreinheit des Elektrolysesystems durchgeführt. Dies beinhaltet theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Gasverunreinigung von Elektrolysegasen sowie Konzepte und Untersuchungen zur Reinigung dieser Gase. Für die für regenerative Brennstoffzellensysteme spezifische Anforderung der Passivphase des Elektrolysesystems wird ein Betriebskonzept erarbeitet. Das Elektrolysesystem ist so umfangreich theoretisch abgebildet, was eine akkurate Auslegung und Anpassung zulässt, auch für Anwendungen außerhalb regenerativer Brennstoffzellensysteme.Item Open Access Rheology, dispersion, and cure kinetics of epoxy filled with amine‐ and non‐functionalized reduced graphene oxide for composite manufacturing(2021) Ackermann, Annika C.; Carosella, Stefan; Rettenmayr, Markus; Fox, Bronwyn L.; Middendorf, PeterThis study evaluates the effect of plasma surface functionalization of reduced graphene oxide particles on the processing characteristics and homogeneity of dispersion of a bisphenol A‐(epichlorhydrin) epoxy matrix and amine‐based hardener with varying weight fractions from 0.00 to 1.50 wt%. It was observed that amine‐functionalized reduced graphene oxide leads to a more drastic viscosity increase of up to 18‐fold of the uncured suspensions and that its presence influences the conversion rates of the curing reaction. Optical microscopy of thin sections and transmission electron microscopy analysis showed that a more homogeneous dispersion of the particles could be achieved especially at higher weight fractions by using an appropriate surface functionalization. This knowledge can be used to define suitable processing conditions for epoxies with amine‐based hardeners depending on the loading and functionalization of graphene‐related particles.Item Open Access Science planning for the DESTINY+ Dust Analyzer : leveraging the potential of a space exploration instrument(2024) Sommer, Maximilian; Srama, Ralf (Apl. Prof. Dr.-Ing.)The DESTINY+ Dust Analyzer (DDA) is a highly sophisticated planetary science instrument to provide cutting-edge in-situ characterization of individual cosmic dust grains, with respect to their composition, as well as their physical and dynamical properties. As such, it constitutes a critical component of the upcoming JAXA mission DESTINY+, which is scheduled to launch in 2025. After a three-year cruise phase, the spacecraft will perform a flyby of the target asteroid 3200 Phaethon, with the goal of observing the enigmatic Geminids parent body with two camera instruments, and sampling particles released from its surface with the DDA. Until that flyby, DESTINY+ will execute a highly diverse, ion-engine-driven flight plan that allows DDA to extensively study the dust environments of the Earth, Moon, and interplanetary space - a breadth of science opportunities that is unique to this mission and instrument. This dissertation provides a comprehensive study of the dust types and phenomena possibly encountered by DDA during its journey to Phaethon and applies the principles and methods of science planning to prepare for the operational phase of the mission. The work synthesizes technical considerations and scientific analyses of relevant cosmic dust populations, aiming to optimize DDA’s scientific potential. Detailed examinations of spacecraft and instrument factors, such as the dynamic spacecraft attitude during the near-Earth phase or the instrument’s two-axis pointing mechanism, lay the groundwork for the scientific planning. The thorough analysis of known (and lesser known) dust populations in the inner solar system and of previous relevant measurements by other dust instruments form the core of the study. Finally, the findings are consolidated into a draft science activity plan for the entire mission, as well as exemplary pointing timelines to be executed by the instrument for optimal scientific return. The latter is accomplished with the DOPE tool, which aids in intuitive and efficient planning of DDA observations, having been developed in the scope of this project. The presented work builds the foundation for the scientific operations of DDA, setting it up for a successful and scientifically impactful mission. The findings of this study also provide a valuable perspective for other ventures of in-situ dust astronomy to the inner solar system and contribute to the field of cosmic dust as a whole.