Studiengang Luft- und Raumfahrt · Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009 Institut für Luft-...

Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München 1

Studiengang Luft- und Raumfahrt

Konstruktion

Mechanik

Produktion

Thermo-dynamik

Werkstoffe

Mechatronik

Regelungs-technik

Informations-technik

Ziele des Luft- und Raumfahrtstudiums

• Qualitativ hochwertige Ausbildung

• Fachliche Breite Flexibilität

• Fachliche Tiefe

• Praxisnähe

• Ermunterung zumAuslandsstudium

Die Lage in der Luft- und Raumfahrt-Branche

• Leitprojekte Airbus & BoeingLeichtbau, neue Materialien,

Antrieb, Umwelt, Ökonomie …

• RaumfahrtKommunikation, Leichtbau,

Antriebe, Erkundung …

Venus Express

Airbus A380

Luftfahrt im Zeichen des Klimawandels

Venus Express

• Klimaproblematik

• Aerodynamik

• Antrieb

• Struktur

• Verkehrsmanagement

Klimaproblematik

Venus Express

Die klimarelevante Wirkung menschlichen Handelns wird mit dem Strahlungsantrieb gemessen.

Der Strahlungsantrieb mißt die Erderwärmungsrate infolge einer Störung im Atmosphären-Klimasystem (z.B. Erhöhung der Kohlendioxydkonzentration).

Nach sehr grober Abschätzung kann man den Strahlungsantrieb mit einer mittleren Temperaturerhöhung der Atmosphäre in Verbindung setzen:

21 0 8W / m . K→

Klimaproblematik

Venus Express

Die klimarelevante Wirkung menschlichen Handelns wird mit dem Strahlungsantrieb gemessen.

Der Strahlungsantrieb mißt die Erderwärmungsrate infolge einer Störung im Atmosphären-Klimasystem (z.B. Erhöhung der Kohlendioxydkonzentration).

Nach sehr grober Abschätzung kann man den Strahlungsantrieb mit einer mittleren Temperaturerhöhung der Atmosphäre in Verbindung setzen:

21 0 8W / m . K→

Klimaproblematik

Venus Express

Klimaproblematik

Venus Express

Anteil des Transports (Luft, See, Straße, Bahn) an CO2-Emissionen: ca. 12 %

Anteil des Lufttransports an gesamten CO2-Emissionen: ca. 2%

Strategisches Forschungsziel der Europäischen Union:

•Reduktion Treibstoffverbrauch und CO2 Emissionen um 50 %•Reduktion NOX Emissionen um 80 %•Lärmreduktion um 50 %

… bis 2020

Klimaproblematik

Venus Express

Wo liegen Einsparungspotentiale (Treibstoff und CO2) ?

•Triebwerk: ca. 20 %

•Zelle: Aerodynamik und Struktur: ca. 25 %

•Air-traffic management: ca. 10 %

Klimaproblematik

Venus Express

Triebwerk (mittlere Emissionen je kg Treibstoff)

2 1 25H O . kg2 3 16CO . kg

2 0 0008SO . kg

0 014XNO . kg 0 003CO . kg

0 0004HC . kg

0 00025Ruß . kg

Klimaproblematik

Schlüsseltechnologien:

• Brennkammer: 40%-70% NOX Reduktion durch magere bzw. gestufte Verbrennung

• Wirkungsgradverbesserung und Lärmreduktion durch Zwischenkühlung und Rekuperation

• Propellerturbinen mit offenemFan

Klimaproblematik

Venus Express

Zelle: Aerodynamik und Struktur

Klimaproblematik

• Zelle-Triebwerk-Integration

• Nachlauf und Wirbelschleppen

• Laminarhaltung

• Alternative Technologien

Klimaproblematik

Venus Express

• Gewichtsreduktion: für ein durchschnittliches Verkehrsflugzeug führt eine Gewichtsreduktion von 30 % zu einer Treibstoffersparnis von 15 %

Klimaproblematik

Venus Express

Werkstoffe Fertigung Leichtbau

Klimaproblematik

Venus Express

Air-traffic management

Flugroute Hamburg – Toulouse:

• Strecke auf Luftweg ca. 90 km länger als direkte Route

• ca. 6 % Treibstoffreduktion beidurchschnittlichem Verkehrs-flugzeug möglich

• Warteschleifen, Anflugverfahren

Klimaproblematik

Venus Express

Schlüsseltechnologien

• Luftwege-Optimierung zur Reduktion von effektiven Flugstrecken

• Reduktion von Warteschleifen

• Effiziente Start- und Landeverfahren

• Vermeidung von Stauungen auf Start- und Landebahnköpfen

• Schleppen mit abgestelltem Triebwerk

• Nutzung von Treibstoffzellen für zusätzliche Energieversorgung

Air-traffic management

Studiengang Bachelor of Science (B.Sc.) (TUM)

Luft- und Raumfahrt

Fach Lehrstuhl TypFluidmechanik II AER GFModellbildung undSimulation LLB u.a. GFWärme- undStoffübertragung TD GF

Wahlpflichtbereich Grundlagen Hauptstudium (Bachelor)

1 verpflichtend

Fach Lehrstuhl TypAerodynamik desFlugzeugs I AER VFFlugantriebe I undGasturbinen LFA

Flugsystemdynamik I LFM VFLeichtbau LLB VFLuftfahrtsysteme LLT VFRaumfahrttechnik I LRT VF

Wahlpflichtbereich Vertiefungen Hauptstudium (Bachelor)

Flugzeugentwurf LLT VFNumerische Methoden für Ingenieure LNM VFRaumflugmechanik I LRT VFEin frei wählbares Modul aus dem Bereich „Vertiefungen“ VF

2 verpflichtend

4 verpflichtend

Studiengang Master of Science (M.Sc.) (TUM)

Luft- und Raumfahrt

Diplomingenieur (Dipl.-Ing.) (Univ.)

Luft- und Raumfahrt

Studiengangmodul Luft- und Raumfahrt (Diplom)Pflichtbereich/Wahlpflichtbereich (Master)

Fach Dozent TypFertigungstechnologien Hoffmann/Zäh VFFlugantriebe I und Gasturbinen Kau VF PflichtFlugsystemdynamik I Holzapfel VF PflichtFluidmechanik II Adams GF PflichtLeichtbau Baier VF PflichtLuftfahrtsysteme Schmitt VFModellbildung und Simulation Baier u.a. GFRaumfahrttechnik I Walter VF

• Flugantriebe und Strömungsmaschinen

• Flugsystemdynamik

• Leichtbau und Funktionsstrukturen

• Luftfahrttechnik & Flugdynamik

• Numerische Mechanik

• Raumfahrttechnik

• Numerische Simulation

• Strömungs- und Flugphysik

• Thermo-Fluiddynamik

• Umweltverträgliche Energiesysteme

Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)

2 auszuwählen

• Diplom: Pro Fachmodul mindestens4 Vertiefungsfächer zu wählen (ohne Joker)

• Master: Pro Studienschwerpunkt mindestens 2 Module „Vertiefungen“ zu wählen

Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)

Ausrichtung der Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)

im Studium Luft- und Raumfahrt

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Fachmodul/StudienschwerpunktFlugantriebe und Strömungsmaschinen

– Anwendung von Strömungsmaschinen – Funktionsweise und Ausführung von

Gasturbinen undFlugtriebwerken– Auslegung und Entwicklung von

Komponenten für Turbomaschinen– Regelung und Betrieb von Flugtriebwerken– Raketenantriebe

Veranstaltungen am LFA

Fachmodul/Studienschwerpunkt Flugsystemdynamik

Prof. Dr.-Ing. Florian Holzapfel

(Lehrstuhl für Flugsystemdynamik)

Satellitennavigation und Flugbahnrekonstruktion• GPS L1 Trägerphasenauswertung zur genauen Relativ-Navigation mit Flugversuchs-Daten von miniaturisierten Empfängern

• Entwicklung von Smoothing Algorithmen zur Geschwindigkeits-und Beschleunigungsbestimmung

•Flugzustandsrekonstruktion via Simulationsmodell mit Bahnregler

Navigation, Sensorik,Datenfusion• Navigationssysteme• Filterung komplementärer Sensorsignale(GPS, Inertialsensorik, Barometer,…)

• Wind- und Strömungswinkelschätzung• Parameteridentifikation, Indoor-Navigation

Flugregelung• Klassische lineare Regelungsverfahren• nichtlineare adaptive Regelung• Regelung mit hoher Bandbreite• Zulassen von saturierten Steuergrößen• Auflösung von Regelzielkonflikten• automatische Einhaltung von Betriebsgrenzen

Inversion1ˆ −F

iK ( )ωδ νMGC

Reference Model

Separately for p, q, r

( )sAG

( )sFs1OB

Cωr OBωr

( )sAGu

( )GCC Mu

( ) hRMCRM xxTx ν−−⋅=1&

( )RMCRM xxT −⋅=1ν

ννν ˆ−=h

PRM ννν +=

Inversion1ˆ −F Inversion1ˆ −F

iKiKiK ( )ωδ νMGC

r( )ωδ νMG

( )sF( )sF

Reference Model

iT1 iT1

Reference Model

( )sAG

( )sFs1( )sAG ( )sAG

( )sF( )sFs1s1OB

Cωr OBCωr OBωr OBωr

( )sAGu

( )sAG ( )sAGu

( )GCC Mu

rδδ ( )G

CC Mur

δδ ( )GCC Mu

ννν ˆ−=h

PRM ννν +=

Inversion1ˆ −F

iK ( )ωδ νMGC

Reference Model

( )sAG

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Cωr OBωr

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Reference Model

iT1 iT1

Reference Model

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Cωr OBCωr OBωr OBωr

( )sAGu

( )sAG ( )sAGu

( )GCC Mu

rδδ ( )G

CC Mur

δδ ( )GCC Mu

ννν ˆ−=h

PRM ννν +=

Simulationstechnik und Flugsimulation• Einbindung von Flugzeughardware in Simulationsumgebung

• Weiterentwicklung Flugsimulator• Active Side Stick, Control Loading• Konzeption Sichtsysteme

Modellbildung undSimulation• Gesamtsysteme:Flugzeug, Hubschrauber, Zeppelin, UAVs

• Subsysteme: Luftstrahltriebwerk, Fahrwerk,…

Flugleistungen- undeigenschaften• Tools zur automatisierten Bestimmung von Flugleistungen und -eigenschaften

• Automatisierte Überprüfung von Zertifizierungs-Richtlinien

Velocity [m/s]

Specific Excess Power Contours

240240

260 280

0 100 200 300 400 500 600 700 800 9000

Energy Heigth [km]Specific Excess Power [m/s]

Flugbahnoptimierung,Optimalsteuerung• Optimierung von Flugbahnen bzgl:

Anwendung:− Quadcopter,− Modellflugzeug,− Forschungsflugzeug

Anwedung:− Solarflugzeug,− Red Bull Air Race

− minimale Flugzeit− gerechtester Kurs (→Air Race)− Lärmemission,…

Bemannte Flugregelung /3D Führungsdisplays•Künstliche Sicht, virtuelles Terrain• Flugpfadprädiktion• Pilotenmodelle zur Flugeigenschaftsuntersuchung• Optimalsteuerungsstrategien: Display – Steuerorgan - Pilot

Fachmodul/Studienschwerpunkt

Leichtbau & Funktionsstrukturen

Thin walled and membrane structures

Advanced fiber composites / Hybrid materials & structures

Smart Structures Multidisciplinary design optimization and procedures

Research Areas at LLB

Teaching in Lightweight Structures

Lehrangebot des LLB (WS, SS)

Praktika: Leichtbau, Faserverbundwerkstoffe, Adaptive Strukturen

Luft- und Raumfahrtstrukturen

Multidisciplinary Design Optimization

Studienarbeiten

Vibroakustik und Lärm

Versuchstechnikim Flugzeugbau

Faserverbundwerkstoffe

Leichtbau

Betriebsfestigkeit

Funktionstrukturen /Adaptive Strukturen

Luftfahrttechnik & Flugdynamik

Ordinarius Prof. Dr.-Ing. Horst Baier

Fachmodulvorstellung (Stand: Oktober 2008)

Forschungsbereiche am LLT

Ausgewählte Referenzen:

Numerische Mechanik?

Infoveranstaltung zum FachmodulNumerische Mechanik

Morgen, 22.10 - 16:00, MW 1237

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität MünchenStudiengang Luft- und Raumfahrt, Fachmodul Numerische Mechanik

Aktuelle Forschungsbeispiele L&R

Turbulente Strömungen und Verbrennung(DFG Emmy Noether Gruppe)

Neuartige Materialien aus Spinnenseide

Thermomechanik von Raketen-Schubdüsen(DFG Transregio)

Partner u.a. DLR, EADS, RollsRoyce …

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität MünchenStudiengang Luft- und Raumfahrt, Fachmodul Numerische Mechanik

Veranstaltungen am LNM

Grundlagen

Aufbauend auf Grundlagen

Unabhängig von Grundlagen

Praktikum

NumerischeMethoden für Ingenieure

Praktikum FE fürDynamik und Multiphysics

Adv. ParallelComputing and Solvers

Finite Elemente

NichtlineareKontinuumsmechanik

Dynamik (AMM)

PraktikumFinite Elemente

NichtlineareFinite-Element-Methoden

Finite Elementein der Fluidmechanik

Biofluid Mechanics

Vordiplom... und jetzt?

Wintersemester Sommersemester Wintersemester Sommersemester

Kernfach Mechanik

PraktikumComputationalBioengineering

(wird sowohl im SS als auch im WS angeboten)

Fluid-mechanik 1

TechnischeMechanik 1-3

Grundlagenfach

Vertiefungsfach

Ergänzungsfach

Praktikum

Fachmodule/Studienschwerpunkte

Strömungs- und FlugphysikNumerische Simulation

Lehrstuhl für Aerodynamik

zukünftige Raum-transportsysteme

Nachlaufwirbel Anwendungsforschung

Aerodynamik von Luft- und Raum-fahrzeugen

Aerodynamik und Aeroakustik von Automobilen

Aerodynamik vonGebäuden

Mikro- und Nanofluidik

Verfahrens-technischeStrömungen

Verminderung vonWiderstand, Lärm,

Vibrationen

Lasten,Schadstoff-ausbreitung

hydrodynamischeDNS Schalter

Grundlagen

• numerischeMethoden

• Strömungsphysik

• experimentelleMethoden

• Turbulenzmodellierung

hochmanövrier-fähige Flugzeuge

Veranstaltungen am AER

Fluidmechanik II

Grundlagen

Praktikum

Fluid-mechanik I

Aerodynamik des Flugzeugs I

Aerodynamikdes Flugzeugs II

Gasdynamik

Instationäre Aerodynamik des Flugzeugs I

Instationäre Aerodynamikdes Flugzeugs II

Praktikum Aerodynamik des Flugzeugs

Praktikum Experimentelle Strömungsmechanik

Turbulente Strömungen

Grundlagen der numerischen

Strömungsmechanik

Grenzschichttheorie

Biofluid Mechanics

Strömungsphysik undModellgesetze

Aerodynamik bodengebundener

Fahrzeuge

Aerodynamik der Bauwerke

Aerodynamik der Raumfahrzeuge –

Wiedereintrittsaerodynamik

Aeroelastik

Numerische Berechnung turbulenter Strömungen

An introduction to microfluidic simulations

Grundlagen der experimentellen

Strömungsmechanik

Particle-Simulation Methods for

Fluid Dynamics

Wirbelströmungen in Natur und Technik

Angewandte CFD

AeroakustikAerodynamik stumpfer Körper

Aerodynamik von Hochleistungsfahrzeugen

Fachmodul Thermo-Fluiddynamik

Infoveranstaltung:

Wann? Donnerstag, 22.10.09, 10:15 Uhr

Wo? Seminarraum Lst. für Thermodynamik, MW1701

Ansprechpartner: M. Zellhuber (zellhuber@td.mw.tum.de)

ThermoakustischeSchwingungen inRaketentriebwerken

Forschungsbeispiele aus der Thermo-Fluiddynamik

Verbrennung in Flugantrieben und Gasturbinen

Untersuchung von Wellen- und Schwallströmungen

EntwicklungenergieeffizienterGebäudetechnik

Veranstaltungen am Lst. für TDVordiplom... und jetzt?

WTP Wärme- und Stoffübertragung

Thermodynamik II Verbrennung

ThermofluiddynamischesPraktikum

Thermo-Dynamik I

Praktikum Grundl. thermo-fluiddynamischer Simulation

Grundlagen der Mehrphasenströmungen

Solarthermie undPhotovoltaik Kfz-Klimatisierung Energieoptimierung

für Gebäude

Praktikum Grundl. thermo-fluiddynamischer Simulation

Modellierung von Phänom.der Zweiphasenströmung

Grundlagen

Praktikum

Umweltverträgliche Energiesysteme

Lehrstuhl für Energiesysteme

Prof. Dr.-Ing. Hartmut SpliethoffLehrstuhl für Energiesysteme

Technische Universität München

Kraftwerks-technik

Regenerative Energien

ModellierungMesstechnik

Arbeitsgebiete des Lehrstuhls für Energiesysteme

Grundlagen

Praktikum

Methoden der Energiewandlung Thermische Kraftwerke

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Prozesstechnik und Umweltschutz in

modernen Kraftwerken

Praktikum Regenerative Energien

Blockpraktikum*Regenerative Energien

Numerische Berechnung Energetischer Systeme

Energetische Nutzung von Biomasse und Reststoffen Dampfturbinen

Energietechnisches Blockpraktikum*

Energietechnisches Praktikum

Energie und Wirtschaft

* Inhaltsgleiches Blockpraktikum in den ersten zwei Wochen vor der Vorlesungszeit

Veranstaltungen am ES

All theSpace

You Need

Lehrstuhl für Raumfahrttechnik

Studiengang Luft- und Raumfahrt

Konstruktion

Mechanik

Produktion

Thermo-dynamik

Werkstoffe

Mechatronik

Regelungs-technik

Informations-technik

Jetzt vor Gebäude 6Institut für Luft- und Raumfahrt:

Modulvorstellung / -beratung durch die Modulberater

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