Luft- und Raumfahrttechnik-Kurs

Lektion 1 • Thermodynamik für Luft- und Raumfahrtsysteme

Behandelt Energieerhaltung, Entropie und thermodynamische Kreisläufe, die für den Antrieb relevant sind. Legt das thermische Rahmenwerk fest, das bei der Analyse der Triebwerksleistung angewendet wird.

Lektion 2 • Überblick über Luft- und Raumfahrtmaterialien

Untersucht Metalle, Verbundwerkstoffe und Keramiken, die in Luft- und Raumfahrtstrukturen verwendet werden. Verknüpft die Materialauswahl mit Anforderungen an Leistung, Gewicht und Sicherheit.

Lektion 3 • Geschichte und Umfang der Luft- und Raumfahrt

Zeichnet die Entwicklung der Luft- und Raumfahrt von der frühen Luftfahrt bis zur modernen Raumfahrt nach. Kontextualisiert die Breite der Disziplin und motiviert das anschließende technische Studium.

Lektion 4 • Einführung in die Strömungsmechanik

Führt in Fluideigenschaften, Druck und Strömungsverhalten ein, die für die Aerodynamik entscheidend sind. Vermittelt die physikalische Intuition, die für die Analyse von Auftrieb und Luftwiderstand in späteren Kapiteln benötigt wird.

Lektion 1 • Kompressible Strömung und Hochgeschwindigkeitsaerodynamik

Führt in Machzahlbereiche, Stoßwellen und Expansionsfächer ein. Bereitet die Studierenden darauf vor, transsonische und überschallschnelle Strömungsphänomene an Flugzeugoberflächen zu analysieren.

Lektion 2 • Luftwiderstandsquellen und -reduzierung

Identifiziert die Komponenten des Reibungs-, Druck-, induzierten und Wellenwiderstands. Führt die Studierenden bei der Anwendung von Strategien zur Luftwiderstandsreduzierung auf das Flügel- und Rumpfdesign an.

Lektion 3 • Theorie des endlichen Flügels

Erweitert zweidimensionale Profilergebnisse auf dreidimensionale endliche Flügel. Die Studierenden wenden die Auftriebslinientheorie an, um die Auftriebsverteilung über die Spannweite und den induzierten Widerstand vorherzusagen.

Lektion 4 • Tragflügelprofilgeometrie und Nomenklatur

Definiert Profiltiefe, Wölbung, Dicke und Anstellwinkel für Standard-Tragflügelprofile. Legt das geometrische Vokabular fest, das in allen nachfolgenden aerodynamischen Berechnungen verwendet wird.

Lektion 1 • Geradeausflug mit konstanter Geschwindigkeit

Analysiert die Kurven des erforderlichen Schubs und der erforderlichen Leistung für den Horizontalflug. Die Studierenden bestimmen die Geschwindigkeit des geringsten Luftwiderstands, die Überziehgeschwindigkeit und die maximale Horizontalgeschwindigkeit.

Lektion 2 • Bewegungsgleichungen für Luftfahrzeuge

Leitet die Sechs-Freiheitsgrad-Gleichungen her, die die Flugzeugbewegung beschreiben. Legt die mathematische Grundlage für alle Leistungs- und Stabilitätsanalysen.

Lektion 3 • Reichweite und Flugdauer

Wendet die Breguet-Reichweiten- und -Flugdauergleichungen auf Strahlflugzeuge und Propellerflugzeuge an. Die Studierenden optimieren Reiseflugbedingungen für maximale Reichweite oder maximale Flugdauer.

Lektion 4 • Steigflug, Sinkflug und Gleitflug

Berechnet Steigrate, Steigwinkel und bestes Gleitverhältnis für verschiedene Konfigurationen. Verknüpft überschüssige Leistung und überschüssigen Schub mit der Steigflugleistung.

Lektion 1 • Statische Längsstabilität

Definiert die Neutralpunkte bei festem und losgelassenem Höhenruder sowie die statische Stabilitätsreserve. Legt Kriterien für die Nickstabilität fest und verknüpft die Schwerpunktlage mit dem Handling.

Lektion 2 • Auslegung und Dimensionierung von Steuerflächen

Behandelt die Dimensionierung von Höhenruder, Querruder und Seitenruder für die erforderliche Steuerautorität. Verknüpft die Scharniermomententheorie mit der Steuerkraft des Piloten und dem Steuerungssystemdesign.

Lektion 3 • Grundlagen von Stabilitätserhöhung und Autopilot

Führt in Stabilitätserhöhungssysteme und grundlegende Autopilotarchitekturen ein. Verknüpft die klassische Regelungstheorie mit der praktischen Implementierung der Flugsteuerung.

Lektion 4 • Dynamische Stabilitätsmoden

Analysiert Phugoid-, Kurzzeit-, Dutch-Roll- und Spiralmoden mithilfe linearisierter Gleichungen. Die Studierenden interpretieren Eigenwertergebnisse, um die Einhaltung von Handlingqualitätskriterien zu bewerten.

Lektion 1 • Grundlagen des Raketenantriebs

Leitet die Raketengrundgleichung her und analysiert die Leistung chemischer Treibstoffe. Die Studierenden berechnen den spezifischen Impuls, den Schub und die Stufen-Massenverhältnisse.

Lektion 2 • Turbojet- und Turbofan-Triebwerke

Wendet die Brayton-Kreisprozessanalyse auf Turbojet- und Turbofan-Architekturen an. Die Studierenden berechnen Schub, thermischen Wirkungsgrad und spezifischen Treibstoffverbrauch.

Lektion 3 • Propeller- und Kolbenmotorantrieb

Analysiert die Impulstheorie, die Blattelementtheorie und die Leistungsabgabe von Kolbenmotoren. Legt Konzepte des Vortriebswirkungsgrads dar, bevor der Strahlantrieb eingeführt wird.

Lektion 4 • Turboprop- und Turboshaft-Triebwerke

Untersucht die Leistungsentnahme aus Gasgeneratoren für Propeller- und Rotorantrieb. Verknüpft die Wellenleistungsabgabe mit den Anforderungen an die Flugleistung von Flugzeugen und Drehflüglern.

Lektion 1 • Knicken und Stabilität von Strukturen

Untersucht das Knicken von Stützen, das Beulen von Platten und das Nachbeulverhalten in dünnwandigen Strukturen. Führt die Studierenden bei der Anwendung von Beulsicherheiten auf leichte Luft- und Raumfahrtpaneele an.

Lektion 2 • Aeroelastizität und Flattern

Analysiert statische aeroelastische Divergenz, Steuerumkehr und dynamischen Flatternbeginn. Die Studierenden bestimmen Flattern-Geschwindigkeitsmargen und wenden Strategien zur Steifigkeitsauslegung an.

Lektion 3 • Einführung in die Finite-Elemente-Methode

Führt in die Steifigkeitsmatrixassemblierung, Randbedingungen und Ergebnisinterpretation für strukturelle FEM ein. Verknüpft analytische Balkenergebnisse mit der rechnergestützten Strukturanalyse.

Lektion 4 • Spannung, Dehnung und Materialverhalten

Überprüft Spannungs-Dehnungs-Beziehungen, das Hookesche Gesetz und Versagenskriterien für Luft- und Raumfahrtmaterialien. Liefert die mechanische Grundlage für alle Dimensionsberechnungen von Strukturen.

Lektion 1 • Orbitbestimmung und Störungen

Führt in klassische Orbitalelemente, Störungsquellen und Strategien zur Bahnkorrektur ein. Die Studierenden bewerten, wie sich atmosphärischer Luftwiderstand und Abplattung auf operative Orbits auswirken.

Lektion 2 • Orbitalmanöver und Übergänge

Analysiert Hohmann-Übergänge, bi-elliptische Übergänge und Bahnebenenänderungen. Die Studierenden berechnen Delta-v-Anforderungen und wählen effiziente Übergangsstrategien aus.

Lektion 3 • Zweikörper-Orbitmechanik

Leitet die Keplerschen Gesetze und Kegelschnittbahnen aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz her. Legt den mathematischen Rahmen für alle nachfolgenden Orbitalberechnungen fest.

Lektion 4 • Startfenster und Bodenverfolgung

Bestimmt den Zeitpunkt von Startfenstern, Azimutbeschränkungen und die resultierende Geometrie der Bodenverfolgung. Verknüpft Erdrotation und Bahnneigung mit der Wahl des Startorts.

Lektion 1 • Teilsystementwurf und Schnittstellenkontrolle

Behandelt den Entwurf von Avionik-, Treibstoff-, Hydraulik- und Umweltkontrollsystemen. Die Studierenden definieren Schnittstellenkontrolldokumente zur Steuerung der Teilsysteminteraktionen.

Lektion 2 • Konzeptionelle Dimensionierung und Gewichtsabschätzung

Wendet statistische Gewichtsanteile und Dimensionsgleichungen an, um den anfänglichen Auslegungspunkt festzulegen. Die Studierenden iterieren über Flächenbelastung, Schub-Gewichts-Verhältnis und Abfluggewicht.

Lektion 3 • Konfigurationslayout und Integration

Entwickelt Dreiseitenansichten und die interne Anordnung der Hauptteilsysteme. Die Studierenden balancieren aerodynamische, strukturelle und Antriebsbeschränkungen in einem einheitlichen Layout aus.

Lektion 4 • Konstruktionsüberprüfung und Verifikation

Führt vorläufige und kritische Konstruktionsüberprüfungen anhand festgelegter Anforderungen durch. Die Studierenden wenden Verifikationsmethoden einschließlich Analyse, Test und Inspektion an.