06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie
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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 Simulation von kavitierenden Strömungen in Hochdrucksystemen(2005) Wrona, Frank; Munz, Claus-Dieter (Prof. Dr. rer. nat. habil.)Für die Entwicklung neuer hydraulischer Systeme im Hochdruckbereich, von denen ein Vertreter Einspritzanlagen von Dieselmotoren sind, ist es wichtig, das Auftreten von Kavitation vorhersagen zu können. Dies ist wichtig, um bereits in der Entwicklungsphase dieser Anlagen Kavitationsschäden und Funktionsstörungen zu vermeiden. In solchen Systemen treten zwei verschiedenen Kavitationsformen auf: die hydrodynamische und die akustische Kavitation. Die akustische Kavitation entsteht dort aufgrund sich ständig ändernder Randbedingungen. Die hydrodynamische hingegen aufgrund lokaler Strömungsgegebenheiten. Mit dem heutigem Stand der Forschung können kavitierende Strömungen unter den hier definierten Randbedingungen nur unzureichend simuliert werden. Besonders wichtig in Bezug auf die Schädigungsmechanismen der Bauteile ist das transiente Verhalten von Kavitation. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, welches in der Lage ist beide Kavitationsformen zu simulieren. Um akustische Kavitation simulieren zu können ist es deshalb notwendig, die Ausbreitung von Druckwellen vorhersagen zu können. Dazu wird das Fluid im flüssigen sowie im dampfförmigen Zustand kompressibel behandelt. Der Verdampfungsprozeß wird über thermodynamische Beziehungen unter der Annahme modelliert, daß sich das Fluid jederzeit im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Massen-, Impuls- und Energiebilanzen werden zusammen mit einem Zwei-Gleichungs-Turbulenzmodell in einem konservativen Schema berechnet. Um die Erhaltungsgleichungen zu lösen wird ein numerisches Schema vom Godunov-Typ verwandt. Numerische Probleme dieses Schemas, die zwar im ersten Schritt vernachlässigt werden können aber in weiterführenden Arbeiten gelöst werden sollten, werden auch noch dargestellt. Im numerischen Lösungsschema können einige Stoffdaten nur iterativ bestimmt werden, was sich als zeitraubend erweist. Deshalb wird das Schema vollkommen parallelisiert und das somit eingeführte Lastbalancierungsproblem gelöst. Das numerische Schema wird anhand bekannter Testfälle aus der Literatur für einphasige Strömungen validiert und es zeigen sich sehr gute Übereinstimmungen. Die numerischen Ergebnisse von kavitierenden Strömungen werden anhand eines Grundlagenbeispiels und eines Anwendungsbeispiels aufgezeigt. Für das Grundlagenbeispiel wurden zusätzlich Experimente durchgeführt. Verglichen mit diesen, kann man ersehen, daß das Phänomen qualitativ richtig wiedergegeben wird. Man erkennt, daß Kavitation einen starken Einfluß auf das gesamte Strömungsbild hat. In kavitierenden Gebieten wird das Fluid stark beschleunigt. Die Hinzunahme des Turbulenzmodells erweist sich sogar als erforderlich im Hinblick auf das Strömungsgesamtbild. Anhand der Experimente kann man auch ersehen, daß die Modellgleichungen allein das physikalische Phänomene in einem Hochdrucksystem nicht hinreichend gut wiedergeben. In gewissen Strömungsregimen scheine Effekte wie Luftausgasnung dominant zu werden. Deshalb sollte das Schema um solche Modelle erweitert werden. Das Anwendungsbeispiel bildet eine transient betriebene Einspritzdüse ab. Man erkennt, daß beide hydrodynamische, sowie akustische Kavitation während des Einspritzvorgang in der Düse auftreten. Die Düse zeichnet sich bis zur Hälfte ihrer Öffnungsdauer durch ein instationäres Strömungfeld aus. Die Gitterabhängigkeit der Lösung wird überprüft. Es stellen sich keine wesentlichen Unterschiede heraus.Item Open Access Robust design optimization of structures under uncertainties(2005) Kang, Zhan; Doltsinis, Ioannis (Priv.Doz. Dr. -Ing. )In this thesis, the formulation and the numerical method for the structural robust design are addressed. The theory and numerical techniques of structural optimization have seen a significant progress in the last two decades. Moreover, the rapidly increasing computational capabilities allows the structural optimal design to incorporate system uncertainty. The present study is intended to contribute to a better understanding of the structural optimization by putting emphasis on the design robustness in the presence of random noise under realistic conditions. Robust structural design offers reliable, quantifiable and efficient means to make products and processes insensitive to sources of variability. Robust design may be attained in various stages of structural design, such as concept design, parameter design and tolerance design. In this study, the robust parameter design is accomplished using structural optimization techniques. In the present study, the structural robust design problem is formulated as a multicriteria optimization problem, in which not only the mean structural performance function but also its standard deviation is to be minimized. The robustness of the constraints are accounted for by involving the standard deviation of the original constraint function. The multi-criteria optimization problem is then converted into a scalar optimization problem by a performance function containing the weighted sum of the two design criteria. The robust design optimization problem can be then solved with mathematical programming algorithms. The second-order perturbation based stochastic finite element analysis is used for evaluating the mean value and the variance of the structural response in the robust design problem. The perturbation based approach is also extended to the stochastic analysis of path-dependent structures, in accordance with the incremental integration scheme employed for the corresponding deterministic analysis. Furthermore, the moments sensitivity analysis for structural performance functions are developed based on the perturbation based stochastic finite element analysis. This sensitivity information is used in the gradient based optimization algorithms for solving the robust design optimization problem. The feasibility of the presented method is demonstrated by truss benchmarks. As shown by the obtained results, the Pareto optima of the robust design problem can be obtained using the this method. The results also reveal that the diminishing of the structural performance variability is often attained at the penalty of worsening its expected mean value. In the last part of the thesis, the robust design problems of inelastic deformation processes are addressed, with applications to the design of an extrusion die and of a metal preform. The perturbation technique is used for the stochastic analysis of the inelastic process, where an iterative algorithm is employed for solving the perturbation equations. The numerical examples show the potential applicability of the proposed method for the robust design of industrial forming process, too.Item Open Access Glaziale Isostasie und rezente Meeresspiegeländerung(2005) Hagedoorn, Jan M.; Wolf, Detlef (Prof. Dr. habil.)Die vorliegende Untersuchung befaßt sich mit dem Einfluß des durch die letzte pleistozänen Enteisung hervorgerufenen glazial-isostatischen Ausgleichs auf die rezente Meeresspiegeländerung. Diese Änderung kann sowohl durch Satellitenaltimetrie als auch durch Pegelmessungen bestimmt werden. Mit Hilfe der Altimetrie-Satelliten TOPEX/Poseidon und Jason wurde ein globaler mittlerer Meeresspiegelanstieg von 2.8 ± 0.4mma−1 abgeschätzt (Cazenave & Nerem, 2004). Hingegen wurde aus ausgewählten Pegelaufzeichnungen ein mittlerer globaler Meeresspiegelanstieg von 1.5 ± 0.5mma−1 bestimmt (Church et al., 2001). Der Vergleich der Ergebnisse beider Methoden zeigt die geographischen Variationen der Meeresspiegeländerungen. Weiterhin bestehen große Unsicherheiten hinsichtlich der einzelnen Beiträge (z. B. thermosterische und haliosterische Änderung, Schmelzwasserbilanz, Grundwasserspeicherung). In der vorliegenden Untersuchung wird eine Methode präsentiert, die die Pegelmessungen hinsichtlich des Einflusses der letzten pleistozänen Enteisung reduziert. Ein Modell, das diesen Einfluß beschreibt, muß die viskoelastische Relaxation (VR) durch die zeitveränderlichen Eis- und Ozeanlasten berücksichtigen. Dies wird durch die Meeresspiegelgleichung (MSG) erreicht, die bei der Berechnung des Meeresspiegels die Vertikalverschiebung, die Geoidhöhenänderung und den Schmelzwasserbeitrag von den pleistozänen Eisschilden berücksichtigt. Infolge dieser Umverteilung der Oberflächenmassen verändert sich auch die Erdrotation (RT) und bewirkt eine Änderung des Zentrifugalpotentials. Dies wiederum verursacht eine zusätzliche Geoidhöhenänderung, die ebenfalls in der MSG berücksichtigt werden muß. Als theoretische Beschreibung der VR wird die von Martinec (2000) für ein sphärisches, selbstgravitierendes, inkompressibles, Maxwell-viskoelastisches Kontinuum entwickelte spektrale Finite-Elemente-Repräsentation (SFER) verwendet. Die bestimmenden Feldgleichungen werden in der schwachen Formulierung aufgestellt, wobei die Winkelabhängigkeit durch Kugelflächenfunktionen und die Radialabhängigkeit durch finite Elemente repräsentiert wird. Der Hauptvorteil der SFER ist, daß die Gleichungen im Zeitbereich gelöst werden. Dies vereinfacht die Implementierung der MSG im Vergleich zu Laplace-Transformationsmethoden. Ähnlich wird im Zeitbereich die RT durch die Liouville-Gleichung beschrieben, die mit Hilfe der MacCullagh-Formeln gelöst wird. Dies gestattet die Bestimmung der Vertikalverschiebung und Geoidhöhenänderung und damit die Lösung der MSG. Zur numerischen Berechnung ist es erforderlich, die Erd- und Eismodelle vorzugeben. Das verwendete radialsymmetrische Erdmodelle ist durch Dichte, Schermodul und die Viskosität parametrisiert. Die Dichte und der Schermodul werden durch Polynome gemäß PREM (Dziewonski & Anderson, 1981) approximiert. Zur Parametrisierung der Viskosität werden vier Modelle getestet. Weiterhin werden drei Eismodelle verwendet. Um die Erd- und Eismodelle zu bewerten, sind von den Pegelmessungen unabhängige Observable erforderlich. Hierzu werden paläontologische und geologische Hinweise (z. B. Muscheln, Walknochen, Isolationsbecken) auf den früheren Meeresspiegel herangezogen, wobei jede Probe datiert und auf den gegenwärtigen Meeresspiegel bezogen wird. Diese Observablen werden Meeresspiegel-Indikatoren (SLI) genannt. Ein Vergleich der berechneten und beobachteten Meeresspiegeländerungen für die Orte und Zeiten der einzelnen SLI gestattet dann, die optimalen Kombinationen von Erd- und Eismodell zu wählen. Die Pegelzeitreihen sind der Datenbank des PSMSL2 entnommen. Die ausgewählten Zeitreihen überdecken mindestens 45 a und sind nur schwach von anderen Prozessen als denen der glazialen Isostasie (z. B. tektonisch oder anthropogen bedingte Vertikalbewegungen, Luftdruckvariationen oder hydrodynamische Effekte) beeinflußt. Für diese Zeitreihen werden aus den monatlichen Mittelwerten lineare Trends abgeschätzt. Die zuvor bestimmten optimalen Kombinationen von Erd- und Eismodell werden dann verwendet, um den Einfluß der pleistozänen Eisschildevolution auf die rezente Meeresspiegeländerung vorherzusagen und die geschätzten linearen Trends hinsichtlich dieses Beitrags zu reduzieren. Ein Vergleich mit den unreduzierten linearen Trends zeigt eine signifikante Verringerung der Varianz und geographischen Variabilität der reduzierten linearen Trends, insbesondere in den früher eisbedeckten Gebieten Nordamerikas und Skandinaviens. Tests mit einem festen Zeitintervall von 70 a für die Pegelzeitreihen oder mit regionalen Gruppierungen der Pegelstationen zeigen nur eine schwache Abhängigkeit des reduzierten globalen mittleren Meeresspiegelanstiegs von dem Zeitintervall oder der Gruppierung. Der favorisierteWert des in dieser Untersuchung bestimmten reduzierten globalen mittleren Meeresspiegelanstiegs beträgt 1.46 ± 0.2mma−1.Item Open Access Untersuchung von Strömungsfeld und Wärmeübergang in einem berippten Multipass-System zur internen Kühlung von Gasturbinenschaufeln(2005) Schubert, Sonja; Weigand, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad einer Gasturbine zu steigern, besteht in der Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur. Als Folge davon werden die Turbinenschaufeln weit über die maximale Werkstofftemperatur hinaus belastet. Daher ist neben dem Einsatz modernster Werkstoffe (z.B. Keramik) eine intensive interne Kühlung unerlässlich. Zur Auslegung von wärmetechnisch optimierten Schaufeln müssen Druckverlust, Strömungsphänomene und lokaler Wärmeübergang genauestens bekannt sein. Aufgrund der an die Schaufelform angepassten Kanalgeometrie und der entstehenden rippeninduzierten Sekundärwirbel ergibt sich eine äußerst komplexe Problemstellung, die zur Zeit noch nicht numerisch simuliert werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein anwendungstypisches Multipass-Kühlsystem, bestehend aus einem trapezförmigen, berippten Vorderkantenkanal, einer 180°-Umlenkung und einem nahezu rechteckigen, ebenfalls berippten hinteren Kanal, untersucht. Messungen zu Druckverlust Strömungsfeld und Wärmeübergangsverteilung wurden für Reynoldszahlen von 10.000 bis 200.000 durchgeführt. Die Vermessung des Strömungsfeldes erfolgte zwei- und dreidimensional mittels Particle Image Velocimetry (PIV), die Wärmeübergangsverteilung wurde mit Hilfe der transienten Flüssigkristallmethode (TLC) untersucht. Für die Auswertung der experimentelle Wärmeübergangsdaten konnte zudem eine Methode zur Implementierung der experimentell schwierig zu bestimmenden massenstromgemittelten Temperatur T_b entwickelt werden. Abschließend erfolgte der Vergleich der experimentellen Daten mit den Ergebnissen aus numerischen Berechnungen. Letztere fanden unter Verwendung verschiedener Turbulenzmodelle sowohl für den periodischen Fall an einem Segment des Einlaufs als auch für den kompletten Kanal statt. Die in dieser Arbeit gewonnenen umfangreichen Daten lieferten einen wesentlichen Beitrag zu einem vertieften Verständnis der Einflüsse von Kanalgeometrie und Berippung auf Druck, Strömung und Wärmeübergang. Sie eignen sich zudem hervorragend für die Validierung von bestehenden und zukünftigen CFD Programmen und somit zur weiteren Optimierung von Gasturbinenschaufeln.Item Open Access Combined earth- /star sensor for attitude and orbit determination of geostationary satellites(2005) Kühl, Christopher T. F.; Well, Klaus H. (Professor, Ph.D.)The subject of this work is a sensor for autonomous attitude and orbit determination of satellites, based on active pixel technology as it has been proposed in the patent on a Combined Earth-/ Star-Sensor System and Method for Determining the Orbit and Position of Spacecraft developed at Daimler-Chrysler (H. Diehl; W. Platz; H. Zinner; E. Gottzein; „Kombinierter Erd-Sternsensor für gleichzeitige Bahn-und Lagebestimmung“). The sensor covers a wide range of applications, ranging from Low Earth-Orbits (LEO) over GEO Transfer-Orbits (GTO) to Geostationary Earth-Orbits (GEO). The system is characterized by two non-collinear lines-of-sight, which are combined by a beam splitter which as well provides attenuation of the Earth's magnitude. Hereby images of a Star-field, perpendicular to the Earth vector, and the Earth are projected on a single focal plane thereby merging the functionalities of a Star-sensor and an Earth-sensor in a single instrument. The use of such a sensor combination facilitates the determination of a satellite's attitude as well as its position relative to the Earth. Goal of this work is the development and evaluation of the algorithms necessary for determination of attitude, position and orbit, the setup of a prototype and a laboratory test-environment for verification of the system's feasibility and performance. Particular support for the system's feasibility in LEO was given by a successful flight experiment of a functional model of the proposed sensor on the Italian technology-satellite MITA. The validation for GEO was performed using images provided by METEOSAT. The flight data is supplemented by field- and laboratory- experiments.Item Open Access Berechnung elastohydrodynamischer Systeme mit überlagertem Wandkontakt(2005) Tardy, Georg von; Kröplin, Bernd (Prof. Dr.-Ing. habil.)In der vorliegenden Arbeit wurde das am Institut für Statik und Dynamik der Luft und Raumfahrtkonstruktionen entwickelte Programm zur Berechnung von elastohydrodynamischem Kontakt (EHD-Berechnungen) um ein Kontaktmodell sowie ein Kavitationsmodell mit Berücksichtigung von Siedeverzug erweitert. Das neu entwickelte Kontaktmodell berücksichtigt die Rauigkeit der Wände und weist einen Übergangsbereich auf, in dem sowohl Fluid- als auch Festkörperkontakt als parallel zueinander wirkende Mechanismen aktiv sind. Die konsistente Tangente lässt sich zu jedem Zeitpunkt bilden. Die Vorgänge im Übergangsbereich vom hydrodynamischen Kontakt zum Festkörperkontakt werden in einzelne Abschnitte zergliedert. Hierdurch wird der Einfluss der Wandrauigkeit auf das Kontaktverhalten sowie auf die Konduktivität ersichtlich. In dem neu implementierten Kavitationsmodell wird zwischen entstehender und vergehender Kavitation unterschieden. Hierdurch lässt sich sowohl der gedrosselte Vorgang des Entstehens von Kavitationsbläschen als auch das quasi ungedrosselte Kollabieren derselben modellieren. Es wird eine Verstetigung gegenüber einfacheren Kavitationsmodellen erreicht, welche maßgeblich zu einer Stabilisierung der EHD-Berechnungen beiträgt. Durch die Implementierung einer adaptiven Zeitschrittweitensteuerung lässt sich eine feine zeitliche Auflösung des hochgradig nichtlinearen Verhaltens im Übergangsbereich zum Festkörperkontakt sowie bei Kavitation realisieren. Zugleich konnten hierdurch die Rechenzeiten erheblich gesenkt werden. Die Zeitschrittweitensteuerung wird sowohl durch das Kontakt- und das Kavitationsmodell als auch durch das Konvergenzverhalten beeinflusst. Die Modelle sowie ihre Implementierung werden dargestellt und ihr Verhalten wird an einfachen Beispielen, die keine Überlagerung der zumeist gemeinsam wirkenden Mechanismen aufweisen, aufgezeigt, so dass ihr Verhalten sichtbar wird.Item Open Access Sequence stratigraphy, sedimentology and provenance of the Upper Cretaceous siliciclastic sediments of South Jordan(2005) Baaske, Uwe Peter; Krawinkel, Hannelore (PD Dr.)The aim of this study was to establish a sequence stratigraphic framework for the Upper Cretaceous (Albian to Santonian) sedimentary rocks of South Jordan. This was accomplished by detailed sedimentological studies and facies analysis. Furthermore the provenance and weathering history of the siliciclastic rocks was determined by using sedimentary petrography and bulk rock geochemistry. The study area is situated in the southern part of Jordan, about 60 km south of the city Ma'an, between the city Ras en Naqb in the West to Naqb Ataik in the East. Here a succession of Palaeozoic to Cretaceous sedimentary rocks is exposed along a NW-SE to E trending, about 90 km long escarpment. Along this escarpment fifteen vertical sections were logged in detail and samples where taken in the Cretaceous deposits. On the basis of these logs the facies analysis and sequence stratigraphic interpretation was carried out. Selected samples were used for petrographical and geochemical studies. Facies analysis showed that the Upper Cretaceous sediments were deposited in a terrestrial to marine setting. The examined sedimentary succession comprises ten environmental depositional facies, which can be grouped into four major facies associations. These four facies associations are (i) the shelf facies association, (ii) the shoreface facies association, (iii) the marginal marine facies association and (iv) the coastal plain facies association. The repeated interfingering of terrestrial and marine environments shows, that the examined sediments were deposited in a shallow marine siliciclastic to mixed siliciclastic-carbonate coastal system. The facies correlation of the logged sections reveals that the sedimentary succession can laterally be sub-divided into three major depositional systems: (i) a siliciclastic ramp, (ii) a mixed carbonate-siliciclastic ramp and (iii) an alluvial system. Vertically these depositional systems are arranged in repeating cyclothems. An ideal cyclothem consists of a retrograding siliciclastic ramp system, a mixed siliciclastic-carbonate ramp system, a prograding siliciclastic ramp system and is ended by an alluvial plain system. The shelf system was generally wave/storm dominated, whilst the prograding siliciclastic ramp system was supply dominated. The retrograding siliciclastic ramp, as well as the mixed siliciclastic-carbonate ramp system was accommodation-dominated. The coastal system can be divided into a regressive and a transgressive system. Under regressive sea-level conditions sand dominated braid deltas formed. Transgressive sea-level conditions resulted in a coastal system controlled by wave dominated estuaries and barrier/lagoon complexes. On the coastal plain anastomosing to meandering sand dominated river systems with wide overbank areas developed during transgressive times. During regressive sea-level conditions the nearshore river system changed to a more braided one that was directly linked to the braid deltas forming during these intervals. The sequence stratigraphic interpretation of the correlated sections shows that the studied sedimentary succession includes eight third-order sequences. The basal four sequences comprise the Cenomanian to Coniacian Ajlun Group, while the top four sequences are situated within the Coniacian to Santonian Belqa Group. Moreover sequences 1, 2 and 4 can each be further subdivided into two sequences of higher order. Basically all sequences include forced regressive deposits formed during the relative sea-level fall. Characteristic features of forced regressions, like for example sharp based shoreface deposits, are frequently present within the logged sections. Due to the significance of the regressive part of the relative sea-level for the studied sediment succession the sequence stratigraphic model introduced by Plint and Nummedal (2000) was used. This sequence stratigraphic model combines the complete sea-level fall in a new falling stage systems tract (FSST), which opposes LST, TST and HST. Comparison of the sequence stratigraphic interpretation with the major depositional systems shows that the depositional systems correspond very well with the four systems tracts of the applied sequence stratigraphic model. The alluvial plain system developed during the LST, the retrograding siliciclastic ramp system during the TST. The mixed carbonate-siliciclastic ramp system corresponds to the HST and the prograding siliciclastic ramp system is associated with the FSST. Relative sea-level changes and sediment supply were the main controlling parameters for the sequence architecture of the examined deposits. Since subsidence was low and no synsedimentary tectonic influenced the examined sediments, the relative sea-level changes are basically eustacy driven. Therefore the reconstructed sea-level curve resembles strongly global curves. The siliciclastic sediment supply is related to sea-level changes and associated with back stepping fluvial incision during the FSST and LST. Light mineral analysis shows that the Cretaceous sands and sandstones of South Jordan are basically mineralogical mature and can be classified as quartz arenites. Only the fine to medium grained sands and sandstones of the study area exhibit a slightly higher content of feldspar, classifying them as subarkoses. Heavy mineral analysis reveals a dominance of the ultrastable heavy minerals zircon, tourmaline and rutile. Especially zircon is predominant in the examined samples. With a mean ZTR-index of 97.9, the heavy mineral content reflects the mineralogical maturity of the sediments shown by the light mineral analysis. The studied sands and sandstones experienced a rather restricted spectrum of diagenetic processes. The compaction of the sediments was low to moderate, which is for example reflected by high IGV values. This and the lack of destructive grain contacts and pressure solution indicate that the sediments did not encounter deep burial or thick overburden. Concerning the cementation of the examined sediments, the sandstones display three major cementing phases. Sandstones cemented by clay minerals are only weakly lithified and display the highest intergranular porosities of all samples. Sandstones cemented by carbonate minerals (calcite and dolomite) or iron-oxides are well lithified and usually display only low values of intergranular porosities. The cementation with carbonate minerals is facies dependant and only occurs in marine sediments. Both, petrographic and geochemical provenance analysis point to the deposition of the Cretaceous sandstones of South Jordan within a passive continental margin setting. As source rock for the studied samples a continental block and/or a craton interior is most likely. Furthermore, a clear trend towards a recycled sedimentary source is obvious in the petrographical as well as in the geochemical studies. Especially the presence of resedimented quartz grains and the enrichment of zircon in the sediments support this. The presented study shows that the Arabo-Nubian-Shield and its Palaeozoic sedimentary cover are the source area for the Cretaceous siliciclastic sediments of South Jordan. The examined sediments follow normal weathering trends in the weathering diagrams. The corresponding CIA values point to a moderate weathering for most samples. Only the sandstone and some claystone samples have high CIA values typical of recycled sediments.Item Open Access Untersuchung des Wärmeübergangs in einem Strömungskanal einer Gasturbinenschaufel(2005) Amro, Mahmoud; Weigand, Bernhard (Prof. Dr.–Ing. habil. )Die Kühlung der ersten Stufen von Hochdruckturbinen stellt die anspruchsvollsten Teilgebiete bei der Kühlung von Gasturbinen dar. Die Anforderung nach hohen Turbineneintrittstemperaturen setzt insbesondere die erste Stufe der Turbinenschaufeln enormen thermischen Belastungen aus. Eine Senkung der Oberflächentemperaturen der Schaufel von ca. 10K kann die Lebensdauer der Schaufeln nahezu verdoppeln. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der konvektive Wärmeübergang einer internen Strömung experimentell untersucht. Aufgabe war es durch die richtige Wahl von Rippenkonfigurationen im Strömungskanal Sekundärströmungen und Verwirbelungen zu erzeugen, mit der Ziel, eine Geometrieoptimierung derart durchzuführen, dass Wärmeübergang und Druckverlust in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen. Zur Auswertung des Wärmeübergangs wurde eine transiente Messmethode mit thermochromatischen Flüssigkristallen TLC benutzt. Die Versuche wurden bei Reynolds-Zahlen von 30000 bis 200000 durchgeführt. Bei den untersuchten Geometrien handelt es sich um verschiedene Rippenanordnungen, Anstellwinkel g [g={45°; 60°, 135°}], Rippenabstand P zu Rippenhöhe e [P/e = {10; 15; 20}], Rippenhöhe e zu Kanalhöhe H [e/H ={0,10; 0,15; 0,167}]. Unter Berücksichtigung der experimentellen Daten wurden Korrelationen für den Wärmeübergang und die Reibungsverhältnisse aufgestellt. Die erzielten Ergebnisse wurden mit Literaturangaben und numerischen Berechnungen verglichen. Mit den Ergebnissen aus der untersuchten Rippenvariationen kann numerische Modelle erstellt werden, mit denen ohne größeren Aufwand verschieden Konfigurationen und Variationen der Rippen untersucht werden können. Als Ergebnis konnten optimale Geometrien hinsichtlich des Wärmeübergangs und der Reibungsverhältnissen ermittelt werden und Korrelationsgleichungen aufgestellt werden. Die experimentellen Untersuchungen haben insgesamt die bedeutende Rolle der Rippen zur Intensivierung von Wärmeübergang im Vergleich zu der glatten Kanal gezeigt.Item Open Access Entwicklung eines prädiktiven Lenkverfahrens für wiederverwendbare Raumtransportsysteme(2005) Telaar, Jürgen; Röser, Hans-Peter (Prof. Dr. rer. nat.)In der vorliegenden Arbeit werden zum einen umfangreiche Missions- und Systemanalysen zu einem wiederverwendbaren Raumtransportsystem durchgeführt und zum anderen wird ein zweistufiges prädiktives Lenkkonzept für den Einsatz in beliebigen Raumfahrzeugen weiterentwickelt und numerisch erprobt. Die Arbeiten sind auf das zweistufige, teilweise wiederverwendbare Raumtransportsystem Hopper ausgerichtet. Die Ergebnisse der Flugleistungsanalysen zeigen, welche Missions- und Systemparameter den größten Einfluss auf die Nutzlast im Zielorbit haben und geben Aufschluss darüber, durch welche Maßnahmen die Nutzlastkapazität des betrachteten Raumtransportsystems gesteigert werden kann. Die suborbital fliegende Erststufe erfordert eine Lenkstrategie, die sowohl den Aufstiegsflug als auch den atmosphärischen Wiedereintritt umfasst. Dazu wird ein am IRS entwickeltes Lenkverfahren, das auf Methoden der nichtlinearen Programmierung (NLP) basiert, weiterentwickelt. Der bordautonome Lenkalgorithmus generiert vor dem Flug mit vereinfachten Modellen einen optimierten Steuerverlauf. Während des Fluges wird in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine Flugbahnvorhersage durchgeführt. Sind die vorhergesagten Zielabweichungen zu groß, führt der Bordrechner eine Aktualisierung der Steuerparameter durch. Dies geschieht durch den Restaurationszyklus des im Lenkkonzept verankerten Optimierungsalgorithmus. Zur Steigerung der Flexibilität des Verfahrens wurden Ungleichungsrestriktionen in den Restaurationszyklus implementiert. Somit werden die missions- und fahrzeugspezifischen Regler, die in vorangegangenen Arbeiten beispielsweise zur Einhaltung des zulässigen Wärmestroms eingesetzt wurden, nicht mehr benötigt. Durch die Definition verschiedener Flugphasen und die Implementierung verschiedener Steuermodelle, die die Möglichkeit bieten, den Steuerverlauf über beliebige Zustandsgrößen zu parametrisieren, wurde erreicht, dass das Verfahren nun auf alle Flugphasen eines wiederverwendbaren Raumtransportsystems anwendbar ist. Die Anwendbarkeit des Verfahrens auf die gesamte Hopper-Mission wird in umfangreichen Monte-Carlo-Simulationen demonstriert. Dabei werden auch Missionsabbruch-Szenarien betrachtet. Die Übertragbarkeit auf andere Raumfahrzeuge und Missionen wird durch die Simulation einer aerodynamisch unterstützten Orbittransfermission nachgewiesen. Dazu sind nur vergleichsweise geringe Anpassungsarbeiten notwendig, die im Wesentlichen die Fahrzeugmodelle, sprich Aerodynamik, Antrieb, Massen und Abmaße sowie fahrzeug- und missionsspezifische Flugbeschränkungen betreffen. Damit steht nun erstmalig ein Lenkverfahren zur Verfügung, das sowohl den Aufstiegs- als auch den Rückkehrflug eines wiederverwendbaren Trägersystems abdeckt, und leicht auf beliebige Raumtransportsysteme und Missionen übertragen werden kann.