CFX Berlin - Thermodynamik

Eisfrei am Südpol

Vertex Anttennentechnik GmbH

Die Firma Vertex Antennentechnik GmbH, eine Tochter der General Dynamics, ist weltweit führender Anbieter von anwendungs- und standortspezifisch angepassten Kommunikationssystemlösungen wie Präzisionsantennen, Radioteleskopanlagen und Hexapod-Systemen.

Herausforderung

Unter extremen klimatischen Bedingungen mit kurzfristig stark schwankenden Temperaturen und Windgeschwindigkeiten wurde am Südpol eine Radioteleskopanlage mit 10 m Reflektor-Durchmesser installiert und in Betrieb genommen. Für einen optimalen Empfang der elektromagnetischen Strahlung müssen dabei die Reflektoren, welche mit
hochgenauen, aus Aluminium gefrästen Paneelen belegt sind, permanent frei von Eis und Feuchtigkeit sein. Um einen störungsfreien Betrieb der Teleskopanlage unter den gegebenen extremen klimatischen Voraussetzungen sicherzustellen, war die Konstruktion einer entsprechenden Heizungsanlage für die nötige Temperierung des Radioteleskops erforderlich.

Foto Radioteleskop
Radioteleskop am Südpol
Foto Antenne Nahaufnahme
Radioteleskope am Südpol müssen auch unter extremen klimatischen Bedingungen störungsfrei arbeiten
Foto Radioteleskop von oben
Diese Radioteleskop-Anlage am Südpol hat eine Reflektor-Durchmesser von 10 m

Lösung

Mit Hilfe von numerischer Strömungssimulation mit der ANSYS CFX Software konnte eine geeignete Flächenheizung entwickelt werden, welche die Reflektor-Enteisung des Südpol-Teleskops für die am Südpol charakteristischen klimatischen Bedingungen gewährleistet. Darüber hinaus halfen Simulationen bei der Ermittlung der Windbelastung auf die mechanische Struktur. Auf Basis der Simulationsergebnisse wurde die Konstruktion des Radioteleskops an die Windverhältnisse am Südpol angepasst.

Bild Südpol-Antenne
Berechnungsmodell Südpol-Antenne
Bild Antennenumströmung
Für die Auslegung der Heizungsanlage musste zunächst die Antennenumströmung bei verschiedenen Anstellwinkeln simuliert werden
Bild: Antennenumströmung bei Winkel 50°
Für die Auslegung der Heizungsanlage musste zunächst die Antennenumströmung bei verschiedenen Anstellwinkeln simuliert werden - hier bei einem Anstellwinkel von 50°
Bild Geschwindigkeitsverteilung umstroemte Antenne
Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung auf einer Schnittebene der umströmten Radioteleskop-Anlage
Bild Druckverteilung auf Antenne vorn
Darstellung der Druckverteilung auf der Antenne von vorn
Druckverteilung Antenne hinten
Darstellung der Druckverteilung auf der Hinterseite der Antenne
Bild alpha-Wert Antenne vorn
Visualisierung des Wärmeübergangskoeffizienten auf der Antennenfläche für einen Betriebspunkt

 „Für die Optimierung der Teleskop-Anlage war CFX Berlin ein idealer Partner. Ausschlaggebend für uns war das überzeugende technische Know-How sowie die professionelle Vorgehensweise von CFX Berlin gegenüber dem Wettbewerb.“

Volker Leschik
(Hauptabteilungsleiter Mechanik)
Vertex Antennentechnik GmbH

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