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Fahrzeugstruktur
(2023)
Um sowohl Treibhausgas-Emissionen zu verringern als auch Kraftstoffressourcen zu schonen, wird zunehmend an einer Transformation konventionell angetriebener Kraftfahrzeuge hin zu elektrifizierten Antriebskonzepten gearbeitet. Basierend auf herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wurde eine Vielzahl neuer Antriebssysteme mit verschiedenem Elektrifizierungsgrad entwickelt. Mitte der 1990er-Jahre kamen erste Fahrzeuge mit einem Hybridantrieb auf den Markt. Die Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor erlaubt eine Verbrauchsreduktion und Bremsenergierückgewinnung sowie lokal emissionsfreies Fahren.
Ice melting probes
(2023)
The exploration of icy environments in the solar system, such as the poles of Mars and the icy moons (a.k.a. ocean worlds), is a key aspect for understanding their astrobiological potential as well as for extraterrestrial resource inspection. On these worlds, ice melting probes are considered to be well suited for the robotic clean execution of such missions. In this chapter, we describe ice melting probes and their applications, the physics of ice melting and how the melting behavior can be modeled and simulated numerically, the challenges for ice melting, and the required key technologies to deal with those challenges. We also give an overview of existing ice melting probes and report some results and lessons learned from laboratory and field tests.
Der Themenkomplex urbane Mobilität ist getrieben durch den Verkehrsinfarkt in Ballungszentren, durch Luftverschmutzung und Lärm, sowie den Trend zum Leben in der Stadt in den städteplanerischen Fokus gerückt. Emissionsneutrale Antriebskonzepte in der Luftfahrt führen zu Ansätzen Fluggeräte einzusetzen, die batteriegetrieben vertikal aufsteigen und landen können. Flugphysikalisch und energetisch ist diese Technik nur dann sinnvoll, wenn es zwingende Gründe gibt (z.B. Rettungseinsätze), daher wird der flugphysikalische Hintergrund prinzipiell erläutert. Es werden einige aktuelle Lufttransportkonzepte für eine urbane Personenbeförderung vorgestellt. Sollte es verstärkt zu Lufttransport über Städten kommen, müssen betroffene Lufträume geordnet und überwacht werden. Wie kompatibel Lufttransportsysteme mit den heute bereits relevanten urbanen Beförderungsmitteln sein müssen, wird kritisch diskutiert. Abschließend werden die Aspekte Akzeptanz durch die Kunden und Wirtschaftlichkeit ebenso angerissen, wie die hochproblematische Rohstoffgewinnung, die Entsorgung und das Recycling von Batterien.
Das Ziel des INTERREG-Projektes „SHAREuregio“ (FKZ: 34.EFRE-0300134)
ist es, grenzüberschreitende Mobilität in der Euregio Rhein-Maas-Nord zu
ermöglichen und zu fördern. Dazu soll ein elektromobiles Car- und Bikesharing-
System entwickelt und in der Stadt Mönchengladbach, im Kreis Viersen
sowie in den Gemeinden Roermond und Venlo (beide NL) zusammen mit den
Partnern Wirtschaftsförderung Mönchengladbach, Wirtschaftsförderung für den
Kreis Viersen, NEW AG, Goodmoovs (NL), Greenflux (NL) und der FH Aachen
implementiert werden. Zunächst richtet sich das Angebot, bestehend aus 40
Elektroautos und 40 Elektrofahrrädern, an Unternehmen und wird nach einer
Erprobungsphase, mit einer größeren Anzahl an Fahrzeugen, auch für Privatpersonen
verfügbar gemacht werden. Die Fahrzeuge stehen bei den jeweiligen
Anwendungspartnern in Deutschland und den Niederlanden.
Im Rahmen dieses Projektes hat die FH Aachen „FlexSHARE“ entwickelt
– ein methodisches Framework zur innovativen Gestaltung urbaner Sharing-
Angebote. Das Framework ermöglicht es, anhand von messbaren Kenngrößen,
bedarfsgerechte und auf die Region abgestimmte Sharing-Systeme zu entwickeln.
We present a new approach to the problem of optimal control of solar sails for low-thrust trajectory optimization. The objective was to find the required control torque magnitudes in order to steer a solar sail in interplanetary space. A new steering strategy, controlling the solar sail with generic torques applied about the spacecraft body axes, is integrated into the existing low-thrust trajectory optimization software InTrance. This software combines artificial neural networks and evolutionary algorithms to find steering strategies close to the global optimum without an initial guess. Furthermore, we implement a three rotational degree-of-freedom rigid-body attitude dynamics model to represent the solar sail in space. Two interplanetary transfers to Mars and Neptune are chosen to represent typical future solar sail mission scenarios. The results found with the new steering strategy are compared to the existing reference trajectories without attitude dynamics. The resulting control torques required to accomplish the missions are investigated, as they pose the primary requirements to a real on-board attitude control system.
Solar sails are large and lightweight reflective structures that are propelled by solar radiation pressure. This chapter covers their orbital and attitude dynamics and control. First, the advantages and limitations of solar sails are discussed and their history and development status is outlined. Because the dynamics of solar sails is governed by the (thermo-)optical properties of the sail film, the basic solar radiation pressure force models have to be described and compared before parameters to measure solar sail performance can be defined. The next part covers the orbital dynamics of solar sails for heliocentric motion, planetocentric motion, and motion at Lagrangian equilibrium points. Afterwards, some advanced solar radiation pressure force models are described, which allow to quantify the thrust force on solar sails of arbitrary shape, the effects of temperature, of light incidence angle, of surface roughness, and the effects of optical degradation of the sail film in the space environment. The orbital motion of a solar sail is strongly coupled to its rotational motion, so that the attitude control of these soft and flexible structures is very challenging, especially for planetocentric orbits that require fast attitude maneuvers. Finally, some potential attitude control methods are sketched and selection criteria are given.
Searching optimal continuous-thrust trajectories is usually a difficult and time-consuming task. The solution quality of traditional optimal-control methods depends strongly on an adequate initial guess because the solution is typically close to the initial guess, which may be far from the (unknown) global optimum. Evolutionary neurocontrol attacks continuous-thrust optimization problems from the perspective of artificial intelligence and machine learning, combining artificial neural networks and evolutionary algorithms. This chapter describes the method and shows some example results for single- and multi-phase continuous-thrust trajectory optimization problems to assess its performance. Evolutionary neurocontrol can explore the trajectory search space more exhaustively than a human expert can do with traditional optimal-control methods. Especially for difficult problems, it usually finds solutions that are closer to the global optimum. Another fundamental advantage is that continuous-thrust trajectories can be optimized without an initial guess and without expert supervision.