Aerospace Technologies M. Sc.

1. Raumkurven, Vektorielle Parameterdarstellung, Tangentenvektor, Krümmung
2. Skalar- und Vektorfelder, Gradient, Divergenz, Rotation, Niveaulinien, Richtungsableitung, Quellenfreiheit, Wirbelfreiheit, Laplace-Operator, Laplace-Gleichung, Poisson-Gleichung
3. Kurvenintegrale, Potenzialfunktion, konservative Felder
4. Kombinatorik, Wahrscheinlichkeit, Permutation, Kombination, Variation, De Morganschen Regeln, Zufallszahlen, Histogramm, Wahrscheinlichkeitsdiagramm
5. Verteilungen, Wahrscheinlichkeitsfunktion, Verteilungsfunktion, Dichtefunktion, Binomialverteilung, Galton-Brett, Hypergeometrische Verteilung, Poisson-Verteilung, Gaußsche Normalverteilung, Standardnormalverteilung, Fehlerfunktion, Quantile, Mehrdimensionale Verteilungen, Randverteilungen, Chi-Quadrat-Verteilung, Gamma- Funktion, Student-t-Verteilung
6. Angewandte Statistik, Stichprobe, Mittelwert, Standardabweichung, Varianz, Spannweite, Median, Modalwert, Ausreißer, Vertrauensintervall
7. Interpolationsverfahren, Kennlinie, Look Up Table, Lineare Interpolation, Kubische Interpolation, Spline-Interpolation
8. Mehrdimensionale Interpolation, Nearest-Neighbor-Interpolation
9. Korrelation, Regression, Least Squares, Korrelationskoeffizient, Irrtumswahrscheinlichkeit, Nichtlineare Regression
10. Simulation, Dynamische Systeme, Dämpfung, Eigenfrequenz, Übertragungsfunktion, Zustandsraum, Sprungantwort
11. Optimierung, Identifikation, Kostenfunktion
12. Zufallszahlen, Sortieralgorithmen, Periodenlänge, Straight-Insertation, Shell's Method, Quicksort, Heapsort, Indexieren, Ranking
13. Matrizeneigenschaften, Spezielle Funktionen, Quadratische Matrix, Diagonalmatrix, Symmetrische Matrix, Hermitesche Matrix, Reelle Matrix, Singuläre Matrix, Orthogonale Matrix, Unitäre Matrix, Positiv definierte Matrix, Hadamard-Matrix, Hankel-Matrix, Hilbert-Matrix, Pascal-Matrix, Toeplitz-Matrix, Vandermonde-Matrix, Hessenberg-Matrix
14. Matrizeninversion, Gauß-Jordan-Zerlegung, Pivotisierung, LU-Zerlegung, Cholesky-Zerlegung, QR-Zerlegung
15. Singulärwert-Zerlegung, Singulärwerte, Singulärvektoren, (Pseudo-)Inversion, Nullraum, Wertebereich, lineare Abhängigkeiten
16. Schnelle Fourier-Transformation, Polynommultiplikation, Faltung, zero padding, Autokorrelation, Leistungsdichte,
17. Partielle Differenzialgleichungen, Wellengleichung, Diffusionsgleichung, Poissongleichung, Anfangsbedingungen, Randbedingungen, Animation
18. Numerische Lösung partieller Differenzialgleichungen, hyperbolische PDG, parabolische PDG, elliptische PDG
19. Differenzial-algebraische Gleichungen, Massenmatrix, Zwangsbedingungen, Algebraic Constraint, Minimalrealisierung
20. Randwertprobleme, Shooting-Methode, Relaxationsmethode

1. Kontinuumsmechanik

• Spannungs-, Dehnungstensor
• Invarianten, Eulersche Winkel
• Orthotropie, Anisotropie, Laminattheorie
• Praktische Berechnung von 3D-Volumina
• Praktische Berechnung von Fasermaterialien

2. Dynamisch belastete mechanische Systeme

• Eigenformen, -frequenzen
• Periodische und nicht periodische Anregung
• Ermüdung und Betriebsfestigkeit
• Praktische Berechnung von schwingenden Platten
• Praktische Berechnung von Lebensdauer und Betriebsfestigkeit

3. Plastisches Werkstoffverhalten

• Spannungsdeviator, Fließgrenze
• Potentialfläche, Verfestigung
• Drucker-Prager, Huber-Mises, Tresca
• Praktische Berechnung des Tiefziehens
• Praktische Berechnung von Blechbiegeprozessen

1. Im einzelnen werden folgende Bausteine der RPD-Prozesskette im seminaristischem Unterricht behandelt

• Methoden des Computer Aided Engineering (CAD)
• Methoden des Simultaneous-Engineering (SE)
• Programme zur Bauteil- und Prozesssimulation (CAE)
• Verfahren des Rapid-Prototyping (RP)
• Methoden der Virtual-Reality / Augmented-Reality (VR)
• Methoden des Digital-Mockup
• Methoden des Product-Data-Management (PDM)

2. Im Rahmen der praktischen Übungsblöcke werden anhand einer konkreten Produktentwicklungsaufgabe folgende Bausteine näher betrachtet und angewendet

• Übungsblock 1: Modellierung der Bauteilgeometrie mit Hilfe des 3D-Volumenmodellieres AutoDesk INVENTOR 10
• Übungsblock 2: Vorbereitung und Durchführung der Bauteil- und Prozesssimulation mit Hilfe des FEM-Programmes ANSYS und der Gießereisimulation MAGMASOFT
• Übungsblock 3: Prototypenbau mit Hilfe verschiedener Rapid-Prototying Technologien (z.B. Stereolithographie und Lasersintern)

3. Weiterhin sind von den studentischen Teilnehmern einzelne Referate zu den oben genannten Vorlesungsschwerpunkten (Punkte 1 bis 7) zu erarbeiten und parallel dazu im
Unterricht in Form eines Vortrages zu präsentieren.

1. Modellbildung

• Begriffsklärung System / Modell / Objekte
• Domänenspezifische Modellierung
• Analogiebildung
• Arten der Modellbeschreibung

2. Simulationstechnik

• Zustandsraummodelle als Basis der Simulation
• DE- und DAE-Modelle
• Diskretisierung und numerische Integrationsverfahren
• Signalorientierte Simulationswerkzeuge
• Objektorientierte Simulationswerkzeuge

3. Regelungstechnik

• Wiederholung grundlegender Begriffe und Verfahren
• Stabilität dynamischer Systeme
• Zustandsreglung linearer Systeme
• Zeitdiskrete Regelung
• Verfahren zur Reglersynthese

1. Das Modul umfasst ein interdisziplinäres Projekt, das auf den Forschungsschwerpunkten der drei Institute IAT, IPF und ZETA aufbauend den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess inklusive des Projektmanagement/der Projektüberwachung abdeckt.

Da die Themen der Projekte an den aktuellen Forschungsvorhaben der drei Institute ausgerichtet sind, werden diese in regelmäßigen Abständen aktualisiert bzw. ergänzt.

2. Zur Zeit umfasst dieses Modul die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen dem IAT und dem IPF zum Zwecke der Entwicklung und Fertigung eines Strukturteiles aus
dem Flugzeugbau. Folgende Aktivitäten werden damit abgedeckt:

• Projektmanagement
• CME Philosophie
• Arbeitsvorbereitung
• Konstruktion/Design eines Flugzeug-Bauteils mit CAD und FEM im IAT
• Strömungstechnische Untersuchung dieses Bauteiles mit FLUENT im IAT
• Umsetzung der Bauteilgeometrie auf CIM für die Fertigung im IPF
• Fertigung des Bauteils im IPF
• Qualitätskontrolle im IPF
• Kostenkalkulation
• Reporting und Lessons Learned

3. Im interdisziplinären Projekt II im 2. Semester und der Masterthesis im 3. Semester wird das Projekt fortgeführt, so dass die Studierenden 3 Semester an einem Forschungsprojekt arbeiten können.

1. Es werden die theoretischen Grundlagen der Strömungsmechanik anhand von einfachen Beispielen hergeleitet. Eine Einführung in die räumliche Diskretisierung von Differentialgleichungen mittels Finiter Differenzen, Finiter Volumen und Finiter Elemente Verfahren, sowie in die Grundlagen der Zeitschrittverfahren stellt die Basis für die Anwendung kommerzieller CFD Verfahren wie Fluent dar.

2. Einleitung

• Historische Entwicklung
• Wirtschaftliche Bedeutung

3. Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie in der Strömungsmechanik

• Navier-Stokes Gleichungen
• Euler-Gleichungen
• Einfache Modellgleichungen (Konvektions-, Diffusionsgleichungen)

4. Zeitschrittverfahren, Stabilität und Konvergenz
5. Räumliche Diskretisierung

• Finite Differenzen
• Finite Volumen
• Finite Elemente

6. Numerische Integration der Navier-Stokes Gleichungen
7. Anwendung von CFD Verfahren

• Netzgenerierung für 2D und 3D Geometrien
• Durchführung numerischer Simulationen mittels Fluent
• Postprozessing

8. Präsentation industrieller CFD Projekte

• Luft- und Raumfahrt
• Schiffbau
• Windkraft

1. Die Veranstaltung vermittelt ganzheitliche Kenntnisse über die Entwurfsautomatisierung und Produktoptimierung. Die erlangten Kenntnisse sind nicht an eine bestimmte
Disziplin gebunden. Im Verlaufe werden spezifische Fragestellungen aufgegriffen und anhand praktischer Beispiele verdeutlicht.

• Entwurfssystematik
• Mathematische Modellbildung
• Prozessketten und Datenaustausch
• Mehrpunktentwürfe
• Multidisziplinärer Entwurf
• Deterministische Numerische Optimierungsverfahren
• Stochastische Optimierungsverfahren
• Zielfunktionen
• Lösungsräume und deren Approximation
• Einführung in CAO-Systeme
• Praktische Übungen am Rechner – Aufbau von Prozessketten
• Praktische Übungen am Rechner – Mehrpunktentwurf
• Praktische Übungen am Rechner – Multidisziplinärer Entwurf
• Praktische Übungen am Rechner – Zielfunktionen
• Praktische Übungen am Rechner – Tragflügelprofilentwurf

1. Einführung in Flugzeugsysteme
2. Flugsteuerungssysteme
3. Antriebssteuerungssysteme
4. Kraftstoffsysteme
5. Hydraulische Systeme
6. Elektrische Systeme
7. Pneumatische Systeme
8. Umweltkontrollsysteme
9. Notfallsysteme
10. Drehflüglersysteme
11.  Avionik
12. Systementwurf und -entwicklung

1. Einführung in die integrierten mechanisch-elektronischen Systeme
2. Theoretisches und experimentelles Design
3. Dynamik bewegter Systeme
4. Modellbildung und Design von mechanischen Bauelementen
5. Modellbildung und Design von elektrischen Antrieben
6. Modellbildung und Design von Systemen
7. Systemdesign autonomer Systeme

• Sensortechnik
• Aktortechnik
• Microcontrollertechnik
• Software

       8. Ausgeführte Systeme

• Satelliten und Sonden
• Transportsysteme

       9. Eigene Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten des IAT

1. Definition des Begriffs Verbundwerkstoff

• Faser-Kunststoff-Verbunde
• Metall-Matrix-Verbunde
• Keramische Verbundwerkstoffe
• Sandwichstrukturen
• Integrierende Komponenten
• Schichtwerkstoffe (z.B. GLARE)

2. Komponenten von Verbundwerkstoffen
3. Herstellung von Verbundwerkstoffen
4. Verfahren zur Fertigung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen
5. Eigenschaften von Komponenten aus Verbundwerkstoffen
6. Versagensmechanismen
7. Berechnung von Verbundwerkstoffen

• Werkstoffgesetz (anisotrop, transversal isotrop, orthotrop, isotrop)
• Homogenisierungsmethoden, repräsentative Volumenelemente
• Klassische Laminattheorie

1. Fertigungsverfahren und Fertigungstechnologien im Flugzeugbau
2. Übersicht: Strategien der Prozessoptimierung
3. Lean Manufacturing

• Change Management
• Einführung Analysemethoden, SWOT, Wertstromanalyse, Wertstromdesign
• Verschwendung: Die 7 Arten der Verschwendung, Visual Management und 5S-Methode
• Standardisierung der Prozessabläufe
• Line Balancing
• Problemlösung / Kaizen
• Prozessbestätigung

4. TPM
5. Qualitätssicherung im Flugzeugbau

• Normen und Vorschriften
• Methoden der Qualitätssicherung

6. Projektaufgabe aus der Flugzeugfertigung/Fertigungsplanung

1. Abhängig vom gewählten Modul

1. Einführung

• Historischer Überblick zur Bahnmechanik
• Aktuelle Anwendung bei der Missionsauslegung

2. Zweikörperproblem

• Kreisbahnen
• Allgemeine Lösung
• Elliptische Bahnen
• Parabolische Bahnen
• Hyperbolische Bahnen
• Zeit-Systeme
• Koordinaten-Systeme
• Bahnelemente

3. Bahnmanöver

• Bahnwechsel
• Hohmann-Übergang
• Bielliptischer Bahnübergang
• Bahnebenenwechsel
• Kombinierte Manöver
• Antriebsbedarf für die Manöver

4. Beobachtung des Zentralkörpers

• Startplatzeinfluss
• Bahnstörungen
• Bodenspur
• Sichtbereich des Raumfahrzeuges

5. Spezielle Erdumlaufbahnen

• Geosynchrone Bahn
• Sonnensynchrone Bahn
• Molnija-Bahn
• Niedrige Erdumlaufbahn

6. Interplanetare Missionen

• Methode der angepassten Kegelschnitte
• Vereinfachtes Beispiel
• Vorgehensweise bei dieser Methode
• Planetenstellung
• Auslegung der Übergangsbahn
• Auslegung der Abflug-Trajektorie
• Auslegung der Ankunft-Trajektorie
• Gravitationsunterstützte Maneuver
• Umlaufbahn um den Zielplaneten

7. Flugbahnen zum Mond

• Bewegung des Erde-Mond Systems
• Flugdauer und Einschussgeschwindigkeit
• Einflusssphäre
• Methode der angepassten Kegelschnitte für den Flug zum Mond

1. Einleitung – Raumfahrzeug als ein System
2. Umweltbedingungen des Raumfahrzeugs, Dynamik und orbitale Mechanik
3. Trägerraketen und die mechanischen/elektrischen Schnittstellen zum Raumfahrzeug
4. Entwicklung eines Kleinsatelliten

• Die wichtigsten Übersichtsberechnungen und Analysen
• Gestaltung des Bus- und Nutzlastmoduls
• Datenverarbeitungssystem
• Elektrisches Energieversorgungssystem
• System für die Lagebestimmung und Kontrolle
• Telekommunikationssystem
• Thermalsystem
• Antriebssysteme und Systeme für die Einleitung des Wiedereintritts
• Entfaltbare Systeme und Mechanismen

5. Bodensegment und Betrieb des Satelliten im Orbit
6. Qualitätsgewährleistung

1. Einführung
2. Orbitalmechanik
3. Satelliten-Transportsysteme
4. Weltraumsegment
5. Bodensegment
6. Projektmanagemement in der Raumfahrt
7. Systementwurf in der Raumfahrt
8. Die Kommunikationsstrecke
9. Satellitengestützte Navigation

1. Abhängig vom gewählten Modul

1. Wärmeübertragung

• Transiente Wärmeleitung (Fourier-Gleichungen unter vereinfachten Randbedingungen für besondere Anwendungsfälle, Ähnlichkeitstheorie, analytische und
• numerischen Lösungsmethoden) und ihre praktische Anwendungen
• Verdampfung und Kondensation
• Wärmestrahlung

2. Verbrennung

• Grundlagen der stöchiometrischen Verbrennung
• Verbrennungstechnologien
• Wärmeübertragung in Brennkammern

3. Vertiefungsthemen

• Kryogene Systeme
• Wärmeisolation
• Klimatisierung
• Numerischen Methoden in der Wärmeübertragung und Verbrennung
• 2-Phasen-Strömung

1. Triebwerkszyklusentwurf

• Entwurfsprozess von Luftfahrtantrieben
• Analyse der technischen Rahmenbedingungen von Luftfahrzeug und Antrieb
• Missionsanalyse
• Betriebspunktanalyse
• Analyse außerhalb des Betriebspunktes
• Dimensionierung

2. Komponentenentwurf

• Entwurfsgrößen und Schnittstellen
• Turbomaschinen
• Brennkammern
• Einläufe und Düsen

1. Klassifizierung von Raumfahrtantrieben

• Arten von Raumfahrtantrieben
• Leistungsparameter
• Missionsentwurf und Antriebssystemauswah

2. Elektrische Raumfahrtantriebe

• Elektrothermische Antriebe
• Elektromagnetische Antriebe
• Elektrostatische Antriebe

3. Nukleare Raumfahrtantriebe

• Isotopenantriebe
• Festkernreaktoren
• Flüssig- und Gaskernreaktoren

4. Solare Raumfahrtantriebe

• Solarthermische Antriebe
• Solarelektrische Antriebe
• Sonnensegel

5. Laserantriebe

1. Dieses Modul ist die Fortsetzung des Interdisziplinären Projekts I und umfasst das auf den Forschungsschwerpunkten der Institute IAT, IPF aufbauenden Entwicklungsund Fertigungsprozesse inklusive des Projektmanagement / der Projektüberwachung.

Da die Themen der Projekte an den aktuellen Forschungsvorhaben der zwei Institute ausgerichtet sind, werden diese in regelmäßigen Abständen aktualisiert bzw. ergänzt. Zur Zeit umfasst dieses Modul die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen dem IAT und dem IPF zum Zwecke der Entwicklung und Fertigung eines Strukturteiles aus dem Satellitenbau.

2. Wie in dem Interdisziplinären Projekt 1 kann die Fortsetzung folgende Aktivitäten beinhalten:

• Projektmanagement
• CME Philosophie
• Arbeitsvorbereitung
• Konstruktion/Design eines Flugzeug-Bauteils mit CAD und FEM im IAT
• Strömungstechnische Untersuchung dieses Bauteiles mit WORKING MODEL/ IDEAS im IAT
• Umsetzung der Bauteilgeometrie auf CIM für die Fertigung im IPF
• Fertigung des Bauteils im IPF
• Qualitätskontrolle im IPF
• Kostenkalkulation
• Reporting und Lessons Learned

3. Es wird berücksichtigt, dass die Inhalte der Aktivitäten eine Erweiterung und nahtlose Fortführung des Forschungsprojektes sind, die im 1. Semester begonnen wurden, damit die Studierenden über einen längeren Zeitraum an einem Forschungsprojekt arbeiten können.

Siehe Prüfungsordnung.