德宇航“Silent Running”项目丨通过超材料降低运载火箭的结构振动

在航空航天工业中，所有系统、组件和材料都在寻求越来越高效、更轻的解决方案，以实现发射系统和航天器的最佳经济效率。这类解决方案通常与振动问题相关。
      
“Silent Running”项目，来自德国宇航中心(DLR: Deutsches Zentrum für Luft- undRaumfahrt)的创新空间大师挑战赛(INNOspace Masters Challenge) ，旨在减少未来阿丽亚娜(Ariane)运载火箭上部(第二级/第三级)结构的振动。       在火箭发射和飞行过程中，必须将振动降低到不会损坏有效载荷和结构的程度。在“Silent Running”项目中，德国MT航空航天公司和弗劳恩霍夫结构耐久性和系统可靠性研究所(Fraunhofer LBF)正在使用结合了主动与被动减振优点的超材料构型的碳纤维增强塑料(CFRP)，以减少在加速过程中对有效载荷和结构产生影响的振动。创新的减振器集成到运载火箭的承载结构中，从而不再需要传统使用的重型阻尼元件。 
双方定义了用于火箭级减振的振动声超材料的相关频率范围和要求，不同材料和拓扑的概念是共同开发的。振动声超材料是专门设计的结构，由多个应用于目标部件的周期谐振器组成。在火箭发射期间加载期间局部共振与基本结构的相互作用能够在先前定义的频率范围内有效地减少振动。该频率范围被称为阻带，与传统的减振措施（如阻尼器）相比具有主要优势。
 
Fraunhofer LBF的工作重点在于研究要考虑的组件的动态行为以及概念的详细数值设计。首先，选定的概念在平面演示器上实现，用于功能测试和实验研究。首选的概念是安装在圆柱形演示器上，用于表示带有振动超材料的按比例缩放的火箭上部空间结构。“Silent Running”项目带来的效益:- 通过最大限度地减少上级空间结构的振动，实现高效的火箭级和具有更长使用寿命的复杂有效载荷；- 运输具有有效载荷的卫星，从而提高每次发射的载荷/成本比；- 项目成果可有效应用于运载交通工具军民用行业。多孔材料与人工结构物理特性表征与验证技术领先者

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