Force Limited Vibration Testing (FLVT)

Was ist Force Limited Vibration Testing (FLVT)?

Mittels Force Limited Vibration Test oder FLV-Test (Vibrationstestung mit Methoden der limitierten Kraftbegrenzung) für Raumfahrtanwendungen können reale Start- und Flugbedingungen simuliert werden, um eine Weltraumnutzlast am Boden auf ihre Stabilität zu testen. Durch die Messung und Begrenzung der Reaktionskräfte zwischen Nutzlast und Vibrationstisch wird eine Beschädigung des Testobjekts verhindert.

Wie funktioniert Force Limited Vibration Testing?

Im realen Flug ist die Beschleunigung in den Resonanzbereichen der Nutzlast vernachlässigbar, weil die mechanische Impedanz von Strukturträger und Nutzlast ähnlich ist.

Beim Testen am Boden mittels Vibrationstisch hingegen sind die auftretenden Reaktionskräfte zwischen Testobjekt und Tisch ungleich höher. Dies ist der Fall, weil der Vibrationstisch über eine sehr viel höhere mechanische Impedanz als die Nutzlast verfügt. Eine Regelung der Frequenzanregung mittels Beschleunigungssensoren ist deshalb unzureichend.

Um übermäßiges Testen zu verhindern werden zusätzlich Kraftdynamometer von Kistler eingesetzt. Die Dynamometer setzen sich aus mehreren 3-Komponenten Kraftsensoren zusammen und werden als Ring angeordnet zwischen der zu prüfenden Nutzlast und dem Vibrationstisch installiert. So können die Reaktionskräfte zwischen Nutzlast und Vibrationstisch gemessen und begrenzt werden.

Welche Voraussetzungen müssen Kraftsensoren für FLVT erfüllen?

Folgende spezielle Eigenschaften und messtechnische Voraussetzungen sind für Force Limited Vibration Testing besonders relevant:

  • Geringes Ausgasen: die Vakuumumgebung führt dazu, dass eingeschlossenes Gas freigesetzt wird, das Geräte wie z.B. Kameras beeinträchtigt. Daher müssen FLVT-Sensoren hermetisch dicht und mit ausgasungsarmen Kabeln versehen sein.
  • Optimale Montage: Je nach Platzbedarf und Anforderungen sind entweder vorgespannte Kraftaufnehmer oder Messzellen zu empfehlen, die vor Ort kalibriert werden.
  • Geringes Übersprechen: Da die resultierenden Kräfte und Momente aus jeweils drei Signalen berechnet werden, ist eine hohe Genauigkeit bei der Messung erforderlich.
  • Einfaches Summieren: Moderne Ladungsverstärker ermöglichen die einfache Summation von Signalen vor der Konditionierung. Dies erlaubt eine Optimierung der benötigten Datenkanäle ohne aufwendige Spannungssummenverfahren.
  • Geringe Höhentoleranzen: Bereits geringe Höhenunterschiede der Sensoren kann zu enormen Spannungen bei der Montage zwischen zwei ebenen Platten führen und die Sensoren unnötig vorbelasten. Sie werden deshalb ab Werk gemeinsam auf die gleiche Höhe geschliffen.
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