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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

4. Verifikation der

4. Verifikation der mechanischen Belastbarkeit 4. Verifikation der mechanischen Belastbarkeit 4.1. Vorgehensweise Um zu überprüfen, ob der Shutter den beim Raketenstart auftretenden dynamischen Belastungen standhalten kann und somit die Festigkeit zuvor in der analytischen Auslegung ausreichend bemessen wurde und der Shutter frei von Material-, Fertigungs-, und Montagemängeln ist, wird ein Vibrationstest durchgeführt. Bei diesem Test wird der Shutter entsprechend seiner späteren Einbaulage und den daraus resultierenden Belastungsrichtungen in der Trägerrakete auf einem Rütteltisch mittels Adapter montiert. Der in Abbildung 4-1 dargestellte Rütteltisch arbeitet nach demselben Prinzip wie der Aktor des Shutters: Ein Voice-Coil-Actuator bewegt den Rütteltisch auf und ab und überträgt die Beschleunigungen und die daraus resultierenden Kräfte nahezu ungedämpft auf die Shutterstruktur. Abbildung 4-1: Testaufbau des mechanischen Belastungstests In der Schwingungsmesstechnik werden grundsätzlich zwei verschiedene Belastungssignaltypen unterschieden: Sinusförmige Belastung: Anregung mit periodischer Sinusschwingung, die idealerweise nur eine diskrete Frequenz enthält: Um Material bzw. Fertigungsfehler aufdecken zu können, werden sinusförmige Kleinsignalamplituden aufgebracht, um 12

4. Verifikation der mechanischen Belastbarkeit so den Frequenzgang des Systems zu ermitteln. Hieraus können somit die Eigenfrequenzen der Struktur verifiziert werden, die auf analytischem Weg bestimmt wurden: Eine signifikante Abweichung der Resonanzfrequenzen zwischen mathematischem Modell und den Testergebnissen würde auf Montage- oder Materialfehler hinweisen. Die Eingangsamplituden müssen betragsmäßig auf die Resonanzüberhöhungen, die auf analytischem Weg ermittelt wurden, abgestimmt werden, damit eine Resonanzkatastrophe vermieden wird, die aufgrund unrealistischer Testbedingungen zur Zerstörung des Shutters führen würde [4]. Zwischen Auslenkungsamplitude , Beschleunigung und Anregungsfrequenz ω ergibt sich folgender Zusammenhang: Da es schwierig ist, bei niedrigen Frequenzen eine definierte Beschleunigung zu erzeugen, werden im Bereich von 5-20Hz die Auslenkungen anstelle der Beschleunigungen spezifiziert. Die spezifizierten Amplituden können Tabelle 11-2 entnommen werden. Rauschsignal Belastung: Hierbei wird das Bauteil Erschütterungen ausgesetzt, die mit Zufallssignalen erzeugt werden und deren Energieinhalt über die spektrale Beschleunigungsdichte (acceleration spectral density, ASD) bestimmt wird: || Mit den spektralen Beschleunigungsamplituden A(f) innerhalb der Bandbreite df [5]. Abbildung 4-2 zeigt die spezifizierten spektralen Beschleunigungsdichten bei den dazugehörigen Frequenzen. Wird der quadratische Mittelwert der Fläche gebildet, indem die Quadratwurzel des Integrals gezogen wird, ergibt sich hieraus der Mittelwert der aufgebrachten Beschleunigungsamplituden ARMS als Vielfaches der Erdbeschleunigung g=9.81m/s 2 , die in Tabelle 11-3 aufgeführt sind. 13

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