Ziel des Projektes Solar Butterfly ist die Entwicklung eines autarken Wohnwagens, welcher sich
mit selbst erzeugten Solarstrom versorgen und autonom operiert werden kann. Der Solar Butterfly
soll international Aufmerksamkeit erregen und so nachhaltige Lösungen im Bereich des
Klimaschutzes und Elektromobilität ermutigen und vorantreiben. In Zusammenarbeit mit drei
weiteren Maschinentechnikstudenten und deren Bachelor-Thesen soll die Vision des Solar Butterflys
in die Realität umgesetzt werden.
Diese Bachelor-Thesis befasst sich mit dem Definieren der Anforderungen und Auslegungskriterien
des Solar Butterflys, dem Bestimmen von Design-Allowables, der Ausarbeitung eines Lastenheftes
und der Grobauslegung der Grundstruktur. Zur Bestimmung von Schnittgrössen soll
dabei ein globales FEM-Modell zur Anwendung kommen.
Handrechnungen und FEM-Berechnungen zeigen, dass von den untersuchten Belastungen die
Lastfälle der vertikalen und rotatorischen Beschleunigung, welche während der Fahrt auftreten,
die grössten Beanspruchungen darstellen. Zugleich weisen diese Lastfälle aufgrund von nur
bedingt abschätzbaren Randbedingungen die grössten Unsicherheiten und Risiken auf. Weiter
konnte in Erfahrung gebracht werden, dass die Klebeverbindung zwischen dem Boden und Chassis
als kritisch zu beurteilen ist und dass weitere Untersuchungen und Abklärungen diesbezüglich
nötig sind. Ferner konnte Potenzial zur Gewichtsreduktion in Form einer Optimierung des Chassis
in Verbindung mit dem Boden ausfindig gemacht werden.
The goal of the project Solar Butterfly is the development of a self-sufficient caravan, which can
supply itself with self-generated solar power and be operated autonomously. The Solar Butterfly
is intended to draw international attention and thus encourage and promote sustainable solutions
in the field of climate protection and electromobility. In collaboration with three other mechanical
engineering students and their bachelor thesis, the vision of the Solar Butterfly is to be turned
into reality.
This thesis deals with the definition of the requirements and design criteria of the Solar Butterfly,
the determination of design allowables, the elaboration of a specification sheet and the rough
dimensioning of the basic structure. A global FEM model is to be used to determine cutting
forces. Manual calculations and FEM simulations show that of the loads investigated, the load cases
of vertical and rotational acceleration, which occur while the vehicle is moving, represent the
greatest stresses. At the same time, these load cases show the greatest uncertainties and risks
due to boundary conditions which can only be estimated to a limited extent. It was also found
that the adhesive bond between the floor and the chassis is critical and that further investigations
and clarifications are necessary in this respect.
Furthermore, potential for weight reduction in the form of an optimization of the chassis in
conjunction with the floor was identified.
Fly Away Rail Guide
Diese Arbeit wurde für den Studentenverein ARIS – Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz erstellt.
Um die Leistungsfähigkeit einer von ARIS gebauten Rakete zu optimieren, sollen die Rail Buttons der
Rakete mit einem Fly Away Rail Guide System ersetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Konzept für
ein Fly Away Rail Guide System entworfen, evaluiert und ein Prototyp gebaut werden. In einem ersten
Schritt wird ein Tool erstellt, welches den negativen Einfluss der Rail Buttons bestimmt. Es stellt sich heraus,
dass die Rail Buttons die maximal erreichbare Höhe der Rakete um 40 𝑚 verringern.
In einem nächsten Schritt wird ein rein mechanisches Konzept entworfen. Das Konzept der Konstruktion
basiert auf einer Grundstruktur eine zwei-Mal-zwei-Halbschalen Systems. Damit die Rakete weiterhin im
Launch Rail geführt wird, sind an der Konstruktion Rail Buttons angebracht. Der Fly Away Rail Guide löst
sich von der Rakete durch Druckfedern, welche vor dem Start vorgespannt werden. Es werden die durch die
Konstruktion zusätzlich entstandenen Verluste mit den Verlusten der Rail Buttons verglichen und es stellt
sich heraus, dass durch das Verwenden des Fly Away Rail Guides ein Höhengewinn der Rakete von bis zu
12 𝑚 erzielt werden kann.
Fly Away Rail Guide
This thesis was written for the student association ARIS – Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz
For the optimization of the performance of a rocket by ARIS, the rocket’s Rail Buttons should be replaced by
a Fly Away Rail Guide system. The goal of this thesis is to develop and evaluate a concept for a Fly Away
Rail Guide system and built a prototype. In a first step, a tool was created, which could determine the
negative effect of the Rail Buttons. It turned out, that the Rail Buttons lower the rocket’s maximum
achievable height by 40 𝑚. In a next step, a pure mechanical concept was designed. The concept is based on
a basic structure of a two-times-two-half-shell system. For the rocket to still be guided in the Launch Rail,
Rail Buttons were attached to the construction. The Fly Away Rail Guide releases itself from the rocket with
prestressed compression springs. The new power losses due to the construction were compared to the power
losses due to the Rail Buttons. It turns out, that by using this Fly Away Rail Guide system the maximum
achievable height increases by up to 12 𝑚.