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-Technologie (ABH)
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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.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Heiko Atzrodt, heiko.atzrodt@lbf.fraunhofer.de
Nikolai Kleinfeller M. Sc., nikolai.kleinfeller@lbf.fraunhofer.de
Originalpublikation:
https://www.lbf.fraunhofer.de/de/projekte/akustische-schwarze-loecher-vibrationen-schockbelastung.html?utm_campaign=pi-vibraVoid Mehr zum Projekt
Weitere Informationen:
https://www.lbf.fraunhofer.de/de/projekte/acoustic-black-hole-schwingungsdaempfung-leichtbau.html?utm_campaign=PI_vibraVoid-ahb Mehr zur ABH-Technologie
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