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Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München 1
Studiengang Luft- und Raumfahrt
Konstruktion
Mechanik
Produktion
Thermo-dynamik
Werkstoffe
Mechatronik
Regelungs-technik
Informations-technik
…
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Ziele des Luft- und Raumfahrtstudiums
• Qualitativ hochwertige Ausbildung
• Fachliche Breite Flexibilität
• Fachliche Tiefe
• Praxisnähe
• Ermunterung zumAuslandsstudium
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Die Lage in der Luft- und Raumfahrt-Branche
• Leitprojekte Airbus & BoeingLeichtbau, neue Materialien,
Antrieb, Umwelt, Ökonomie …
• RaumfahrtKommunikation, Leichtbau,
Antriebe, Erkundung …
Venus Express
Airbus A380
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Luftfahrt im Zeichen des Klimawandels
Venus Express
• Klimaproblematik
• Aerodynamik
• Antrieb
• Struktur
• Verkehrsmanagement
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Klimaproblematik
Venus Express
Die klimarelevante Wirkung menschlichen Handelns wird mit dem Strahlungsantrieb gemessen.
Der Strahlungsantrieb mißt die Erderwärmungsrate infolge einer Störung im Atmosphären-Klimasystem (z.B. Erhöhung der Kohlendioxydkonzentration).
Nach sehr grober Abschätzung kann man den Strahlungsantrieb mit einer mittleren Temperaturerhöhung der Atmosphäre in Verbindung setzen:
21 0 8W / m . K→
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Klimaproblematik
Venus Express
Die klimarelevante Wirkung menschlichen Handelns wird mit dem Strahlungsantrieb gemessen.
Der Strahlungsantrieb mißt die Erderwärmungsrate infolge einer Störung im Atmosphären-Klimasystem (z.B. Erhöhung der Kohlendioxydkonzentration).
Nach sehr grober Abschätzung kann man den Strahlungsantrieb mit einer mittleren Temperaturerhöhung der Atmosphäre in Verbindung setzen:
21 0 8W / m . K→
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Klimaproblematik
Venus Express
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Klimaproblematik
Venus Express
Anteil des Transports (Luft, See, Straße, Bahn) an CO2-Emissionen: ca. 12 %
Anteil des Lufttransports an gesamten CO2-Emissionen: ca. 2%
Strategisches Forschungsziel der Europäischen Union:
•Reduktion Treibstoffverbrauch und CO2 Emissionen um 50 %•Reduktion NOX Emissionen um 80 %•Lärmreduktion um 50 %
… bis 2020
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Klimaproblematik
Venus Express
Wo liegen Einsparungspotentiale (Treibstoff und CO2) ?
•Triebwerk: ca. 20 %
•Zelle: Aerodynamik und Struktur: ca. 25 %
•Air-traffic management: ca. 10 %
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Klimaproblematik
Venus Express
Triebwerk (mittlere Emissionen je kg Treibstoff)
2 1 25H O . kg2 3 16CO . kg
2 0 0008SO . kg
0 014XNO . kg 0 003CO . kg
0 0004HC . kg
0 00025Ruß . kg
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Klimaproblematik
Schlüsseltechnologien:
• Brennkammer: 40%-70% NOX Reduktion durch magere bzw. gestufte Verbrennung
• Wirkungsgradverbesserung und Lärmreduktion durch Zwischenkühlung und Rekuperation
• Propellerturbinen mit offenemFan
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Klimaproblematik
Venus Express
Zelle: Aerodynamik und Struktur
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Klimaproblematik
Schlüsseltechnologien:
• Zelle-Triebwerk-Integration
• Nachlauf und Wirbelschleppen
• Laminarhaltung
• Alternative Technologien
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Klimaproblematik
Venus Express
Schlüsseltechnologien:
• Gewichtsreduktion: für ein durchschnittliches Verkehrsflugzeug führt eine Gewichtsreduktion von 30 % zu einer Treibstoffersparnis von 15 %
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Klimaproblematik
Venus Express
Schlüsseltechnologien:
Werkstoffe Fertigung Leichtbau
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Klimaproblematik
Venus Express
Air-traffic management
Flugroute Hamburg – Toulouse:
• Strecke auf Luftweg ca. 90 km länger als direkte Route
• ca. 6 % Treibstoffreduktion beidurchschnittlichem Verkehrs-flugzeug möglich
• Warteschleifen, Anflugverfahren
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Klimaproblematik
Venus Express
Schlüsseltechnologien
• Luftwege-Optimierung zur Reduktion von effektiven Flugstrecken
• Reduktion von Warteschleifen
• Effiziente Start- und Landeverfahren
• Vermeidung von Stauungen auf Start- und Landebahnköpfen
• Schleppen mit abgestelltem Triebwerk
• Nutzung von Treibstoffzellen für zusätzliche Energieversorgung
Air-traffic management
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Studiengang Bachelor of Science (B.Sc.) (TUM)
Luft- und Raumfahrt
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Fach Lehrstuhl TypFluidmechanik II AER GFModellbildung undSimulation LLB u.a. GFWärme- undStoffübertragung TD GF
Wahlpflichtbereich Grundlagen Hauptstudium (Bachelor)
1 verpflichtend
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Fach Lehrstuhl TypAerodynamik desFlugzeugs I AER VFFlugantriebe I undGasturbinen LFA
VF
Flugsystemdynamik I LFM VFLeichtbau LLB VFLuftfahrtsysteme LLT VFRaumfahrttechnik I LRT VF
Wahlpflichtbereich Vertiefungen Hauptstudium (Bachelor)
Flugzeugentwurf LLT VFNumerische Methoden für Ingenieure LNM VFRaumflugmechanik I LRT VFEin frei wählbares Modul aus dem Bereich „Vertiefungen“ VF
2 verpflichtend
4 verpflichtend
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Studiengang Master of Science (M.Sc.) (TUM)
Luft- und Raumfahrt
Diplomingenieur (Dipl.-Ing.) (Univ.)
Luft- und Raumfahrt
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Studiengangmodul Luft- und Raumfahrt (Diplom)Pflichtbereich/Wahlpflichtbereich (Master)
Fach Dozent TypFertigungstechnologien Hoffmann/Zäh VFFlugantriebe I und Gasturbinen Kau VF PflichtFlugsystemdynamik I Holzapfel VF PflichtFluidmechanik II Adams GF PflichtLeichtbau Baier VF PflichtLuftfahrtsysteme Schmitt VFModellbildung und Simulation Baier u.a. GFRaumfahrttechnik I Walter VF
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• Flugantriebe und Strömungsmaschinen
• Flugsystemdynamik
• Leichtbau und Funktionsstrukturen
• Luftfahrttechnik & Flugdynamik
• Numerische Mechanik
• Raumfahrttechnik
• Numerische Simulation
• Strömungs- und Flugphysik
• Thermo-Fluiddynamik
• Umweltverträgliche Energiesysteme
Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)
2 auszuwählen
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• Diplom: Pro Fachmodul mindestens4 Vertiefungsfächer zu wählen (ohne Joker)
• Master: Pro Studienschwerpunkt mindestens 2 Module „Vertiefungen“ zu wählen
Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)
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Ausrichtung der Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)
im Studium Luft- und Raumfahrt
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Fachmodul/StudienschwerpunktFlugantriebe und Strömungsmaschinen
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– Anwendung von Strömungsmaschinen – Funktionsweise und Ausführung von
Gasturbinen undFlugtriebwerken– Auslegung und Entwicklung von
Komponenten für Turbomaschinen– Regelung und Betrieb von Flugtriebwerken– Raketenantriebe
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Veranstaltungen am LFA
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Fachmodul/Studienschwerpunkt Flugsystemdynamik
Prof. Dr.-Ing. Florian Holzapfel
(Lehrstuhl für Flugsystemdynamik)
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Satellitennavigation und Flugbahnrekonstruktion• GPS L1 Trägerphasenauswertung zur genauen Relativ-Navigation mit Flugversuchs-Daten von miniaturisierten Empfängern
• Entwicklung von Smoothing Algorithmen zur Geschwindigkeits-und Beschleunigungsbestimmung
•Flugzustandsrekonstruktion via Simulationsmodell mit Bahnregler
Navigation, Sensorik,Datenfusion• Navigationssysteme• Filterung komplementärer Sensorsignale(GPS, Inertialsensorik, Barometer,…)
• Wind- und Strömungswinkelschätzung• Parameteridentifikation, Indoor-Navigation
Flugregelung• Klassische lineare Regelungsverfahren• nichtlineare adaptive Regelung• Regelung mit hoher Bandbreite• Zulassen von saturierten Steuergrößen• Auflösung von Regelzielkonflikten• automatische Einhaltung von Betriebsgrenzen
Inversion1ˆ −F
iK ( )ωδ νMGC
r
( )sF
Model
s1
iT1
Reference Model
Separately for p, q, r
( )sAG
Plant
( )sFs1OB
Cωr OBωr
( )sAGu
( )GCC Mu
rδδ
( ) hRMCRM xxTx ν−−⋅=1&
( )RMCRM xxT −⋅=1ν
ννν ˆ−=h
PRM ννν +=
Inversion1ˆ −F Inversion1ˆ −F
iKiKiK ( )ωδ νMGC
r( )ωδ νMG
C
r( )ωδ νMG
C
r
( )sF
Model
( )sF( )sF
Model
s1
iT1
Reference Model
Separately for p, q, r
s1s1
iT1 iT1
Reference Model
Separately for p, q, r
( )sAG
Plant
( )sFs1( )sAG ( )sAG
Plant
( )sF( )sFs1s1OB
Cωr OBCωr OBωr OBωr
( )sAGu
( )sAG ( )sAGu
( )GCC Mu
rδδ ( )G
CC Mur
δδ ( )GCC Mu
rδδ
( ) hRMCRM xxTx ν−−⋅=1&
( )RMCRM xxT −⋅=1ν
ννν ˆ−=h
PRM ννν +=
Inversion1ˆ −F
iK ( )ωδ νMGC
r
( )sF
Model
s1
iT1
Reference Model
Separately for p, q, r
( )sAG
Plant
( )sFs1OB
Cωr OBωr
( )sAGu
( )GCC Mu
rδδ
( ) hRMCRM xxTx ν−−⋅=1&
( )RMCRM xxT −⋅=1ν
ννν ˆ−=h
PRM ννν +=
Inversion1ˆ −F Inversion1ˆ −F
iKiKiK ( )ωδ νMGC
r( )ωδ νMG
C
r( )ωδ νMG
C
r
( )sF
Model
( )sF( )sF
Model
s1
iT1
Reference Model
Separately for p, q, r
s1s1
iT1 iT1
Reference Model
Separately for p, q, r
( )sAG
Plant
( )sFs1( )sAG ( )sAG
Plant
( )sF( )sFs1s1OB
Cωr OBCωr OBωr OBωr
( )sAGu
( )sAG ( )sAGu
( )GCC Mu
rδδ ( )G
CC Mur
δδ ( )GCC Mu
rδδ
( ) hRMCRM xxTx ν−−⋅=1&
( )RMCRM xxT −⋅=1ν
ννν ˆ−=h
PRM ννν +=
Simulationstechnik und Flugsimulation• Einbindung von Flugzeughardware in Simulationsumgebung
• Weiterentwicklung Flugsimulator• Active Side Stick, Control Loading• Konzeption Sichtsysteme
Modellbildung undSimulation• Gesamtsysteme:Flugzeug, Hubschrauber, Zeppelin, UAVs
• Subsysteme: Luftstrahltriebwerk, Fahrwerk,…
Flugleistungen- undeigenschaften• Tools zur automatisierten Bestimmung von Flugleistungen und -eigenschaften
• Automatisierte Überprüfung von Zertifizierungs-Richtlinien
2
5
5
10
10
15
15
1520
20
25
25
25
30
30
35
35
35
40
40
4
45
5 0
Velocity [m/s]
Alti
tude
[km
]
Specific Excess Power Contours
-300
-300
-260
-260
-220
-220
-180
-180
-140
-140
-100
-100
- 80
-80
-6
-60
-40
-40
- 20
-20
0
0 0
0
20
20
20
40
40
4 0
4
50
50
50
50
50
55
55
55
55
55
55
60
60
60
60
6080
80
80
80
80
100
100
100
100
120
120
120
120
140
140
140
140
1 60
160
160
180
180
180
200
200
22 0
220
240240
260 280
0 100 200 300 400 500 600 700 800 9000
3
6
9
12
15
Energy Heigth [km]Specific Excess Power [m/s]
Flugbahnoptimierung,Optimalsteuerung• Optimierung von Flugbahnen bzgl:
Anwendung:− Quadcopter,− Modellflugzeug,− Forschungsflugzeug
Anwedung:− Solarflugzeug,− Red Bull Air Race
− minimale Flugzeit− gerechtester Kurs (→Air Race)− Lärmemission,…
Bemannte Flugregelung /3D Führungsdisplays•Künstliche Sicht, virtuelles Terrain• Flugpfadprädiktion• Pilotenmodelle zur Flugeigenschaftsuntersuchung• Optimalsteuerungsstrategien: Display – Steuerorgan - Pilot
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Fachmodul/Studienschwerpunkt
Leichtbau & Funktionsstrukturen
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Thin walled and membrane structures
Advanced fiber composites / Hybrid materials & structures
Smart Structures Multidisciplinary design optimization and procedures
Research Areas at LLB
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Teaching in Lightweight Structures
Lehrangebot des LLB (WS, SS)
Praktika: Leichtbau, Faserverbundwerkstoffe, Adaptive Strukturen
Luft- und Raumfahrtstrukturen
Multidisciplinary Design Optimization
Studienarbeiten
Vibroakustik und Lärm
Versuchstechnikim Flugzeugbau
Faserverbundwerkstoffe
Leichtbau
Betriebsfestigkeit
Funktionstrukturen /Adaptive Strukturen
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Fachmodul/Studienschwerpunkt
Luftfahrttechnik & Flugdynamik
Ordinarius Prof. Dr.-Ing. Horst Baier
Fachmodulvorstellung (Stand: Oktober 2008)
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Forschungsbereiche am LLT
Ausgewählte Referenzen:
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Numerische Mechanik?
Infoveranstaltung zum FachmodulNumerische Mechanik
Morgen, 22.10 - 16:00, MW 1237
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität MünchenStudiengang Luft- und Raumfahrt, Fachmodul Numerische Mechanik
Aktuelle Forschungsbeispiele L&R
Turbulente Strömungen und Verbrennung(DFG Emmy Noether Gruppe)
Neuartige Materialien aus Spinnenseide
Thermomechanik von Raketen-Schubdüsen(DFG Transregio)
Partner u.a. DLR, EADS, RollsRoyce …
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität MünchenStudiengang Luft- und Raumfahrt, Fachmodul Numerische Mechanik
Veranstaltungen am LNM
Grundlagen
Aufbauend auf Grundlagen
Unabhängig von Grundlagen
Praktikum
NumerischeMethoden für Ingenieure
Praktikum FE fürDynamik und Multiphysics
Adv. ParallelComputing and Solvers
Finite Elemente
NichtlineareKontinuumsmechanik
Dynamik (AMM)
PraktikumFinite Elemente
NichtlineareFinite-Element-Methoden
Finite Elementein der Fluidmechanik
Biofluid Mechanics
Vordiplom... und jetzt?
Wintersemester Sommersemester Wintersemester Sommersemester
Kernfach Mechanik
PraktikumComputationalBioengineering
(wird sowohl im SS als auch im WS angeboten)
Fluid-mechanik 1
(AER)
TechnischeMechanik 1-3
...
VF
VF
VF
VF
VF
VF
GF
PR
PR
PR
EF
VF
GF
EF
PR
Grundlagenfach
Vertiefungsfach
Ergänzungsfach
Praktikum
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Fachmodule/Studienschwerpunkte
Strömungs- und FlugphysikNumerische Simulation
Lehrstuhl für Aerodynamik
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
zukünftige Raum-transportsysteme
Nachlaufwirbel Anwendungsforschung
Aerodynamik von Luft- und Raum-fahrzeugen
Aerodynamik und Aeroakustik von Automobilen
Aerodynamik vonGebäuden
Mikro- und Nanofluidik
Verfahrens-technischeStrömungen
Verminderung vonWiderstand, Lärm,
Vibrationen
Lasten,Schadstoff-ausbreitung
hydrodynamischeDNS Schalter
Grundlagen
• numerischeMethoden
• Strömungsphysik
• experimentelleMethoden
• Turbulenzmodellierung
hochmanövrier-fähige Flugzeuge
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
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Veranstaltungen am AER
Fluidmechanik II
Grundlagen
Aufbauend auf Grundlagen
Unabhängig von Grundlagen
Praktikum
Vordiplom... und jetzt?
Wintersemester Sommersemester Wintersemester Sommersemester
Fluid-mechanik I
Aerodynamik des Flugzeugs I
Aerodynamikdes Flugzeugs II
Gasdynamik
Instationäre Aerodynamik des Flugzeugs I
Instationäre Aerodynamikdes Flugzeugs II
Praktikum Aerodynamik des Flugzeugs
...
...
Praktikum Experimentelle Strömungsmechanik
Turbulente Strömungen
Grundlagen der numerischen
Strömungsmechanik
Grenzschichttheorie
Biofluid Mechanics
Strömungsphysik undModellgesetze
Aerodynamik bodengebundener
Fahrzeuge
Aerodynamik der Bauwerke
Aerodynamik der Raumfahrzeuge –
Wiedereintrittsaerodynamik
Aeroelastik
Numerische Berechnung turbulenter Strömungen
An introduction to microfluidic simulations
Grundlagen der experimentellen
Strömungsmechanik
Particle-Simulation Methods for
Fluid Dynamics
Wirbelströmungen in Natur und Technik
Angewandte CFD
AeroakustikAerodynamik stumpfer Körper
Aerodynamik von Hochleistungsfahrzeugen
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Fachmodul Thermo-Fluiddynamik
Infoveranstaltung:
Wann? Donnerstag, 22.10.09, 10:15 Uhr
Wo? Seminarraum Lst. für Thermodynamik, MW1701
Ansprechpartner: M. Zellhuber ([email protected])
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ThermoakustischeSchwingungen inRaketentriebwerken
Forschungsbeispiele aus der Thermo-Fluiddynamik
Verbrennung in Flugantrieben und Gasturbinen
Untersuchung von Wellen- und Schwallströmungen
EntwicklungenergieeffizienterGebäudetechnik
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Veranstaltungen am Lst. für TDVordiplom... und jetzt?
Wintersemester Sommersemester Wintersemester Sommersemester
WTP Wärme- und Stoffübertragung
Thermodynamik II Verbrennung
ThermofluiddynamischesPraktikum
Thermo-Dynamik I
...
Praktikum Grundl. thermo-fluiddynamischer Simulation
Grundlagen der Mehrphasenströmungen
Solarthermie undPhotovoltaik Kfz-Klimatisierung Energieoptimierung
für Gebäude
Praktikum Grundl. thermo-fluiddynamischer Simulation
Modellierung von Phänom.der Zweiphasenströmung
Grundlagen
Aufbauend auf Grundlagen
Unabhängig von Grundlagen
Praktikum
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Fachmodul/Studienschwerpunkt
Umweltverträgliche Energiesysteme
Lehrstuhl für Energiesysteme
Prof. Dr.-Ing. Hartmut SpliethoffLehrstuhl für Energiesysteme
Technische Universität München
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Kraftwerks-technik
Regenerative Energien
ModellierungMesstechnik
Arbeitsgebiete des Lehrstuhls für Energiesysteme
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München
Grundlagen
Aufbauend auf Grundlagen
Unabhängig von Grundlagen
Praktikum
Vordiplom... und jetzt?
Wintersemester Sommersemester Wintersemester Sommersemester
Methoden der Energiewandlung Thermische Kraftwerke
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Prozesstechnik und Umweltschutz in
modernen Kraftwerken
Praktikum Regenerative Energien
Blockpraktikum*Regenerative Energien
Numerische Berechnung Energetischer Systeme
Energetische Nutzung von Biomasse und Reststoffen Dampfturbinen
Energietechnisches Blockpraktikum*
Energietechnisches Praktikum
Energie und Wirtschaft
* Inhaltsgleiches Blockpraktikum in den ersten zwei Wochen vor der Vorlesungszeit
Veranstaltungen am ES
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Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München 47
All theSpace
You Need
Lehrstuhl für Raumfahrttechnik
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Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München 48
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München 49
Studiengang Luft- und Raumfahrt21.10.2009
Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München 50
Studiengang Luft- und Raumfahrt
Konstruktion
Mechanik
Produktion
Thermo-dynamik
Werkstoffe
Mechatronik
Regelungs-technik
Informations-technik
…
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