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The scientific interest for near-Earth asteroids as well as the interest in potentially hazardous asteroids from the perspective of planetary defense led the space community to focus on near-Earth asteroid mission studies. A multiple near-Earth asteroid rendezvous mission with close-up observations of several objects can help to improve the characterization of these asteroids. This work explores the design of a solar-sail spacecraft for such a mission, focusing on the search of possible sequences of encounters and the trajectory optimization. This is done in two sequential steps: a sequence search by means of a simplified trajectory model and a set of heuristic rules based on astrodynamics, and a subsequent optimization phase. A shape-based approach for solar sailing has been developed and is used for the first phase. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through a fully optimized multiple near-Earth asteroid rendezvous mission. The results show that it is possible to visit five near-Earth asteroids within 10 years with near-term solar-sail technology.
The scientific interest in near-Earth asteroids (NEAs) and the classification of some of those as potentially hazardous asteroid for the Earth stipulated the interest in NEA exploration. Close-up observations of these objects will increase drastically our knowledge about the overall NEA population. For this reason, a multiple NEA rendezvous mission through solar sailing is investigated, taking advantage of the propellantless nature of this groundbreaking propulsion technology. Considering a spacecraft based on the DLR/ESA Gossamer technology, this work focuses on the search of possible sequences of NEA encounters. The effectiveness of this approach is demonstrated through a number of fully-optimized trajectories. The results show that it is possible to visit five NEAs within 10 years with near-term solar-sail technology. Moreover, a study on a reduced NEA database demonstrates the reliability of the approach used, showing that 58% of the sequences found with an approximated trajectory model can be converted into real solar-sail trajectories. Lastly, this second study shows the effectiveness of the proposed automatic optimization algorithm, which is able to find solutions for a large number of mission scenarios without any input required from the user.
In proton therapy, the dose from secondary neutrons to the patient can contribute to side effects and the creation of secondary cancer. A simple and fast detection system to distinguish between dose from protons and neutrons both in pretreatment verification as well as potentially in vivo monitoring is needed to minimize dose from secondary neutrons. Two 3 mm long, 1 mm diameter organic scintillators were tested for candidacy to be used in a proton–neutron discrimination detector. The SCSF-3HF (1500) scintillating fibre (Kuraray Co. Chiyoda-ku, Tokyo, Japan) and EJ-260 plastic scintillator (Eljen Technology, Sweetwater, TX, USA) were irradiated at the TRIUMF Neutron Facility and the Proton Therapy Research Centre. In the proton beam, we compared the raw Bragg peak and spread-out Bragg peak response to the industry standard Markus chamber detector. Both scintillator sensors exhibited quenching at high LET in the Bragg peak, presenting a peak-to-entrance ratio of 2.59 for the EJ-260 and 2.63 for the SCSF-3HF fibre, compared to 3.70 for the Markus chamber. The SCSF-3HF sensor demonstrated 1.3 times the sensitivity to protons and 3 times the sensitivity to neutrons as compared to the EJ-260 sensor. Combined with our equations relating neutron and proton contributions to dose during proton irradiations, and the application of Birks’ quenching correction, these fibres provide valid candidates for inexpensive and replicable proton-neutron discrimination detectors
Holzbau
(2021)
In der vorliegenden Dissertation werden zunächst die linear elastischen Bemessungsmöglichkeiten für nachgiebig verbundene Biegeträger unter statischer und dynamischer Beanspruchung diskutiert. Zum Vergleich wurden praktische Untersuchungen an zweiteiligen Kantholzbiegeträgem mit mechanischen Verbindungsmitteln unterschiedlicher Verformungscharakteristika durchgeführt, ebenso wie umfangreiche Materialprüfungen an den zusammengefügten Einzelquerschnitten. Hierdurch werden die Unterschiede zum realen, nicht elastischen, statischen Tragverhalten aufgezeigt. Der für das dynamische Verhalten maßgebende Systemparameter der Eigenfrequenz wird für mehrteilige Biegeträger theoretisch hinterfragt und an den nachgiebig verbundenen Kantholzbiegeträgem gemessen. Begleitet von weiteren praktischen Untersuchungen an einzelnen Verbindungsmitteln unter Blockscherbeanspruchung wird die rechnerische Berücksichtigung des plastischen Verbindungsmittelverhaltens auf zwei theoretischen Wegen erforscht. Auf Grundlage der Untersuchungen wird ein neues, semianalytisches y-Verfahren entwickelt. Gegenüber den Berechnungen mit finiten Volumen- und Kontakt-Elementen erweist sich das neue Verfahren auf Basis der, um die schubweichen Fugen erweiterten, Balkentheorie als leistungsfähiger. Der Einfluss des plastischen Verbindungsmittelverhaltens wird durch vergleichende Parameterstudien mit diesem neuen Verfahren als vom anerkannten Stand der Technik ausreichend berücksichtigt identifiziert. Für die linear elastische Dimensionierung werden optimierte Verbindungsmittelanordnungen hergeleitet, die durch übersichtliche Ergänzungen zum existierenden Bemessungskonzept des y-Verfahrens eine exaktere Berechnung ermöglichen.
Die im Zuge einer Betriebsübergabe anstehende Baumaßnahmen am eigenen Büro- und Produktionsgebäude boten ideale Voraussetzung zur Anwendung einer raum-kreierenden Außenhaut. Mit der elementierten, freistehenden Eichenholz-Fassade wurde ein bis dahin weitgehend funktionales Bauwerk substanzschonend und zugleich optisch ansprechender umgestaltet.
Bei der Entwicklung des Fassadensystems ging es darum die mögliche Dauerhaftigkeit von Holz bei direkter Bewitterung zu maximieren. Gleichzeitig soll gezeigt werden, dass mittels durchdachter Ansätze beim konstruktiven Holzschutz und die Wahl einer geeigneten Holzart langlebige Konstruktionen realisiert werden können.
Eigene positive Erfahrungen mit Onlinekursen sowie die geringen Studierendenzahlen in der Präsenzlehre gaben den Anstoß zu einem Experiment mit einem offenen Onlinekurs auf der Plattform Udemy. Die Erfahrungen sowohl bei der Erstellung und als auch im Lehrbetrieb waren positiv und führten zu einer neuen Beschäftigung mit Inhalten und Lernenden, getrieben durch die Anforderungen der Lernplattform.
Analysis of Big Data Streams to obtain Braking Reliability Information for Train Protection systems
(2017)
The first and last mile of a railway journey, in both freight and transit applications, constitutes a high effort and is either non-productive (e.g. in the case of depot operations) or highly inefficient (e.g. in industrial railways). These parts are typically managed on-sight, i.e. with no signalling and train protection systems ensuring the freedom of movement. This is possible due to the rather short braking distances of individual vehicles and shunting consists. The present article analyses the braking behaviour of such shunting units. For this purpose, a dedicated model is developed. It is calibrated on published results of brake tests and validated against a high-definition model for low-speed applications. Based on this model, multiple simulations are executed to obtain a Monte Carlo simulation of the resulting braking distances. Based on the distribution properties and established safety levels, the risk of exceeding certain braking distances is evaluated and maximum braking distances are derived. Together with certain parameters of the system, these can serve in the design and safety assessment of driver assistance systems and automation of these processes.
Die IMechE Railway Challenge wird jährlich in Stapleford, Großbritannien ausgetragen. Im Rahmen der Challenge entwickeln und bauen Studierende eine Lokomotive und vergleichen sich in verschiedenen Disziplinen, darunter eine automatisierte Zielbremsung, optimale Energierückgewinnung beim Bremsen und minimale Geräuschemissionen. Neben diesen und weiteren technischen Wettbewerbsdisziplinen treten die Fahrzeuge und die Teams auch in nicht-technischen Disziplinen wie einer Business Case Challenge an.
This study reviews the practice of brake tests in freight railways, which is time consuming and not suitable to detect certain failure types. Public incident reports are analysed to derive a reasonable brake test hardware and communication architecture, which aims to provide automatic brake tests at lower cost than current solutions. The proposed solutions relies exclusively on brake pipe and brake cylinder pressure sensors, a brake release position switch as well as radio communication via standard protocols. The approach is embedded in the Wagon 4.0 concept, which is a holistic approach to a smart freight wagon. The reduction of manual processes yields a strong incentive due to high savings in manual
labour and increased productivity.
Berücksichtigung von No Fault Found im Diagnose- und Instandhaltungssystem von Schienenfahrzeugen
(2020)
Intermittierende und nicht reproduzierbare Fehler, auch als No Fault Found bezeichnet, treten in praktisch allen Bereichen auf und sorgen für hohe Kosten. Diese sind häufig auf unpräzise Fehlerbeschreibungen zurückzuführen. Im vorliegenden Beitrag werden Anpassungen der Vorgehensweise bei der Entwicklung und Anpassungen des Diagnosesystems vorgeschlagen.
Rare event simulation to optimise maintenance intervals of safety critical redundant subsystems
(2018)
Towards inclusion of the freight rail system in the industrial internet of things - Wagon 4.0
(2017)
Schienenverkehrssysteme stehen in zunehmendem Wettbewerb, sowohl untereinander als auch mit anderen Verkehrsträgern. Als wichtiger Aspekt zur Steigerung der Kosteneffizienz wird die Digitalisierung des Betriebs und der Fahrzeuge betrachtet. Über eine Prognose der Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. Restlebensdauer von Subsystemen können mittels Digitalisierung die Instandhaltungskosten gesenkt werden. Die geringen Fehlerraten im System Bahn machen die Nutzung besonderer Simulationstechniken notwendig. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie sich die Subsystemverfügbarkeit aus den beobachteten Fehlerraten der Teilfunktionen vorhersagen lässt.