Fraunhofer LBF optimiert Raumfahrtstrukturen mit akustischen schwarzen Löchern
Vibrationsdämpfung für Satelliten: Forschende aus dem Fraunhofer-Institut
für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickeln im Projekt
»VibraVoid« gemeinsam mit der OHB System AG neue Lösungen zur
Vibrationsdämpfung in Raumfahrtstrukturen. Im Zentrum steht die
Integration akustischer schwarzer Löcher (Acoustic Black Hole ABH), die
Vibrationen und Schockbelastungen effizient und ohne zusätzliches Gewicht
reduzieren. Mit dieser ABH-Technologie steigern Satelliten und andere
Hightech-Leichtbauanwendungen ihre Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit.
Raumfahrt-, Luftfahrt- und Automobilindustrie profitieren direkt von den
Ergebnissen.
Startbelastungen, Mikrovibrationen und Schockbelastungen sind eine große
Herausforderung für Raumfahrtstrukturen. Sie beeinträchtigen die Funktion
sensibler Komponenten und begrenzen die Nutzlast. Herkömmliche
Vibrationsdämpfer benötigen zusätzliches Gewicht und komplexe Bauweisen.
Das Fraunhofer LBF setzt auf das Prinzip akustischer schwarzer Löcher:
Durch gezielte Gestaltung der Bauteildicke werden Biegewellen in
mechanischen Strukturen eingefangen und lokal dissipiert. So entsteht eine
breitbandige Vibrationsminderung, die ohne zusätzliche Masse auskommt und
das Leichtbaupotenzial deutlich erhöht.
Mehr Leistung und Sicherheit durch akustische schwarze Löcher
Die Forschenden am Fraunhofer LBF analysieren, wie sich ABHs optimal in
komplexen Raumfahrtstrukturen integrieren lassen. Mit numerischer
Simulation, experimenteller Validierung und langjähriger Leichtbau-
Erfahrung entwickelt das Team eine Methodik von der Anforderungsanalyse
bis zum fertigen Demonstrator. Durch die enge Verknüpfung virtueller
Entwicklungsmethoden mit experimenteller Validierung schafft das
Fraunhofer LBF belastbare Entscheidungsgrundlagen für die Auslegung und
Absicherung zukünftiger Raumfahrtsysteme.
Im Projekt werden erstmals komplette Systeme mit ABHs ausgestattet und
getestet. Gemeinsam mit der OHB System AG werden Anforderungen aus der
Praxis direkt umgesetzt, sodass die Technologie sofort in Satelliten und
Instrumententräger einfließen kann.
Technologietransfer für die Industrie – von der Raumfahrt bis zur
Automobilbranche
Das Fraunhofer LBF verantwortet Design, Simulation und experimentelle
Erprobung der neuen Strukturen. Die Entwicklung von Demonstratoren,
Validierung auf Komponenten- und Systemebene sowie der Vergleich mit
konventionellen Lösungen zeigen: Akustische schwarze Löcher minimieren das
Risiko von Ausfällen und senken die Entwicklungsrisiken für Hersteller.
Die Technologie mit großem Innovationspotenzial ermöglicht leichtere,
präzisere und leistungsfähigere Systeme, die unter extremen Bedingungen
zuverlässig funktionieren.
Das neue Wissen wird direkt in die industrielle Praxis transferiert und
ist auch für Luftfahrt, Automobilindustrie und Maschinenbau relevant.
Projektleiter Heiko Atzrodt aus dem Fraunhofer LBF betont: »Mit
»VibraVoid« machen wir den Sprung von der Raumfahrt zurück zur Erde und
schaffen neue Standards für vibrationsarmen Leichtbau.«
Die Ergebnisse stärken die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie
– von Raumfahrtunternehmen über Zulieferer bis hin zu Betreibern.
Stichworte: Vibrationsdämpfung, Leichtbau, Raumfahrtstruktur
Mehr über die Acoustic-Black-Hole-Technologi
—
Der Acoustic-Black-Hole-Effekt greift die Prinzipien der modernen Physik
auf. Ähnlich wie Lichtteilchen, die in einem schwarzen Loch gefangen
werden, werden in einem Acoustic Black Hole Schwingungen in einem
speziellen Absorptionsbereich »eingefangen« und können nicht mehr
entkommen - es kommt zu einer nahezu perfekten Absorption von
Schwingungen. Die Vorteile dieser zukunftsträchtigen Technologie sind
immens: Sie ermöglicht eine effektive Dämpfung von Körperschall in
Bauteilen bei reduziertem Materialbedarf und bietet daher erhebliche
Gewichts- und Kosteneinsparungen sowie Pluspunkte bezüglich Recyclings.
Viele industrielle Anwendungen, bei denen Schwingungen stören, können
profitieren.
