Studiengang Luft- und Raumfahrt

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009 Studiengang Luft- und Raumfahrt Konstruktion Mechanik Produktion Thermodynamik Werkstoffe Mechatronik Rege...
Author: Herbert Frank
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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Studiengang Luft- und Raumfahrt Konstruktion Mechanik Produktion Thermodynamik Werkstoffe Mechatronik Regelungstechnik Informationstechnik … Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Ziele des Luft- und Raumfahrtstudiums

• Qualitativ hochwertige Ausbildung • Fachliche Breite ÆFlexibilität • Fachliche Tiefe • Praxisnähe • Ermunterung zum Auslandsstudium

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Die Lage in der Luft- und Raumfahrt-Branche Airbus A380

• Leitprojekte Airbus & Boeing Leichtbau, neue Materialien, Antrieb, Umwelt, Ökonomie …

Venus Express

• Raumfahrt Kommunikation, Leichtbau, Antriebe, Erkundung …

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Luftfahrt im Zeichen des Klimawandels •

Klimaproblematik



Aerodynamik



Antrieb



Struktur



Verkehrsmanagement Venus Express

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Klimaproblematik 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: Venus Express

1 W / m 2 → 0.8 K

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Klimaproblematik 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: Venus Express

1 W / m 2 → 0.8 K

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Klimaproblematik

Venus Express

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Klimaproblematik 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 50 % Venusum Express … bis 2020

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Klimaproblematik Wo liegen Einsparungspotentiale (Treibstoff und CO2) ? •Triebwerk: ca. 20 % •Zelle: Aerodynamik und Struktur: ca. 25 % •Air-traffic management: ca. 10 % Venus Express

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Klimaproblematik Triebwerk (mittlere Emissionen je kg Treibstoff) HC 0.0004kg

SO2 0.0008kg CO2 3.16kg H 2O 1.25kg

Ruß 0.00025kg

NO X 0.014kg

CO 0.003kg

Venus Express

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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 offenem Fan

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Klimaproblematik Zelle: Aerodynamik und Struktur

Venus Express

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Klimaproblematik Schlüsseltechnologien: • Zelle-Triebwerk-Integration • Nachlauf und Wirbelschleppen • Laminarhaltung • Alternative Technologien

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Klimaproblematik Schlüsseltechnologien: • Gewichtsreduktion: für ein durchschnittliches Verkehrsflugzeug führt eine Gewichtsreduktion von 30 % zu einer Treibstoffersparnis von 15 %

Venus Express

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Klimaproblematik Schlüsseltechnologien:

Werkstoffe

Fertigung

Leichtbau

Venus Express

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Klimaproblematik Air-traffic management

Flugroute Hamburg – Toulouse: • Strecke auf Luftweg ca. 90 km länger als direkte Route • ca. 6 % Treibstoffreduktion bei durchschnittlichem VerkehrsVenus Express flugzeug möglich • Warteschleifen, Anflugverfahren

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Klimaproblematik Air-traffic management Schlüsseltechnologien • Luftwege-Optimierung zur Reduktion von effektiven Flugstrecken • Reduktion von Warteschleifen • Effiziente Start- und Landeverfahren Venus Express

• Vermeidung von Stauungen auf Start- und Landebahnköpfen • Schleppen mit abgestelltem Triebwerk • Nutzung von Treibstoffzellen für zusätzliche Energieversorgung

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Studiengang Bachelor of Science (B.Sc.) (TUM)

Luft- und Raumfahrt

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Wahlpflichtbereich Grundlagen Hauptstudium (Bachelor)

Fach Fluidmechanik II Modellbildung und Simulation Wärme- und Stoffübertragung

Lehrstuhl

Typ

AER

GF

LLB u.a.

GF

TD

GF

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1 verpflichtend

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Wahlpflichtbereich Vertiefungen Hauptstudium (Bachelor) Fach Aerodynamik des Flugzeugs I

4 verpflichtend

Lehrstuhl

Typ

AER

VF

Flugantriebe I und Gasturbinen

LFA

Flugsystemdynamik I

LFM

VF

Leichtbau

LLB

VF

Luftfahrtsysteme

LLT

VF

Raumfahrttechnik I

LRT

VF

Flugzeugentwurf

LLT

VF

Numerische Methoden für Ingenieure

LNM

VF

Raumflugmechanik I

LRT

VF

Ein frei wählbares Modul aus dem Bereich „Vertiefungen“

VF 2 verpflichtend

VF

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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 Fertigungstechnologien Flugantriebe I und Gasturbinen Flugsystemdynamik I Fluidmechanik II Leichtbau Luftfahrtsysteme Modellbildung und Simulation Raumfahrttechnik I

Dozent

Typ

Hoffmann/Zäh

VF

Kau

VF

Pflicht

Holzapfel

VF

Pflicht

Adams

GF

Pflicht

Baier

VF

Pflicht

Schmitt

VF

Baier u.a.

GF

Walter

VF

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Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master) •

Flugantriebe und Strömungsmaschinen



Flugsystemdynamik



Leichtbau und Funktionsstrukturen



Luftfahrttechnik & Flugdynamik



Numerische Mechanik



Raumfahrttechnik



Numerische Simulation



Strömungs- und Flugphysik



Thermo-Fluiddynamik



Umweltverträgliche Energiesysteme

2 auszuwählen

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Fachmodule (Diplom)/Studienschwerpunkte (Master)

• Diplom: Pro Fachmodul mindestens 4 Vertiefungsfächer zu wählen (ohne Joker) • Master: Pro Studienschwerpunkt mindestens 2 Module „Vertiefungen“ zu wählen

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Ausrichtung der Fachmodule (Diplom)/ Studienschwerpunkte (Master) im Studium Luft- und Raumfahrt

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Fachmodul/Studienschwerpunkt Flugantriebe und Strömungsmaschinen – 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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Modellbildung und Simulation

Flugbahnoptimierung, Optimalsteuerung

• Gesamtsysteme: Flugzeug, Hubschrauber, Zeppelin, UAVs • Subsysteme: Luftstrahltriebwerk, Fahrwerk,…

• Optimierung von Flugbahnen bzgl: − minimale Flugzeit − gerechtester Kurs (→Air Race) − Lärmemission,…

Anwedung: − Solarflugzeug, − Red Bull Air Race

Specific Excess Power Contours

-20

40

0

55

0

50

10

30

12

Bemannte Flugregelung / 3D Führungsdisplays

-6

4 55

80

0

0

50

60

35

Flugleistungen- und eigenschaften

15

25

15

-1 80

-140

-80 -100

-220 -260 -30 0

-40 -60

60 100

0

80

0

12

14

50

35

0 100

-20 50

120

-80 -100 -140 -180

20

60

140

260

-220 -260 -300

200

180

160

220

5550 60

240

80 55 40

-40

35

140

40

Energy Heigth [km] Specific Excess Power [m/s] 25

180

240

100 120

22 0

80

4

20

10

280

30

160

5

2

5

0 0

200

15

55

Altitude [km]

40

0

180

45

80 25

40 55

14

160

20

10

6

3

• Tools zur automatisierten Bestimmung von Flugleistungen und -eigenschaften • Automatisierte Überprüfung von Zertifizierungs-Richtlinien

0

20

9

50 60

20

15 12

100

200

300

400 500 Velocity [m/s]

600

700

800

•Künstliche Sicht, virtuelles Terrain • Flugpfadprädiktion • Pilotenmodelle zur Flugeigenschaftsuntersuchung • Optimalsteuerungsstrategien: Display – Steuerorgan - Pilot

900

Simulationstechnik und Flugsimulation

Satellitennavigation und Flugbahnrekonstruktion

• Einbindung von Flugzeughardware in Simulationsumgebung • Weiterentwicklung Flugsimulator • Active Side Stick, Control Loading • Konzeption Sichtsysteme

• GPS L1 Trägerphasenauswertung zur genauen Relativ-Navigation mit Flugversuchs-Daten von miniaturisierten Empfängern • Entwicklung von Smoothing Algorithmen zur Geschwindigkeitsund Beschleunigungsbestimmung •Flugzustandsrekonstruktion via Simulationsmodell mit Bahnregler Separately for p, q, r

Flugregelung r ω OB C

1 s

1 Ti

r ω OB

• Klassische lineare Regelungsverfahren ( ) ( ) ( • nichtlineare adaptive Regelung ( • Regelung mit hoher Bandbreite • Zulassen von saturierten Steuergrößen • Auflösung von Regelzielkonflikten • automatische Einhaltung von Betriebsgrenzen 1 Ti

C Reference Model

ν RM = 1 T ⋅ xC − xRM

Model

ν h = ν −νˆ

Separately for p, q, r

1 s

Ki

Fˆ −1

ν = ν RM + ν P

x& RM = 1 T ⋅ xC − xRM − ν h ν RM = 1 T ⋅ xC − xRM ) x& RM = 1 T ⋅ xC − xRM ) − ν h

ˆ (s ) G A

(

ν = ν RM + ν P

r δu C δM GC r

δM GC (ν ω )

Fˆ −1

Model



Fˆ (s )

r δM GC (ν ω )

Ki

Reference Model



Fˆ (s )

ν h = ν −νˆ

ˆ (s ) G A

)

G A (s )

(

r

δu C δM GC

)

Inversion Inversion

F( s ) G A (s )

r ω OB

1 s F( s )

Plant

1 s

Plant

r ω OB

Navigation, Sensorik, Datenfusion • Navigationssysteme • Filterung komplementärer Sensorsignale (GPS, Inertialsensorik, Barometer,…) • Wind- und Strömungswinkelschätzung • Parameteridentifikation, Indoor-Navigation

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Anwendung: − Quadcopter, − Modellflugzeug, − Forschungsflugzeug

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Fachmodul/Studienschwerpunkt

Leichtbau & Funktionsstrukturen

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Research Areas at LLB

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Advanced fiber composites / Hybrid materials & structures

Thin walled and membrane structures

Smart Structures

Multidisciplinary design optimization and procedures

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Lehrangebot des LLB (WS, SS) Leichtbau

Teaching in Lightweight Structures

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Vibroakustik und Lärm

Faserverbundwerkstoffe

Studienarbeiten

Versuchstechnik im Flugzeugbau

Luft- und Raumfahrtstrukturen

Betriebsfestigkeit

Funktionstrukturen / Adaptive Strukturen

Multidisciplinary Design Optimization

Praktika: Leichtbau, Faserverbundwerkstoffe, Adaptive Strukturen Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Fachmodul/Studienschwerpunkt

Luftfahrttechnik & Flugdynamik Ordinarius Prof. Dr.-Ing. Horst Baier

Fachmodulvorstellung (Stand: Oktober 2008) Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009 Forschungsbereiche am LLT

Ausgewählte Referenzen:

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Numerische Mechanik?

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Infoveranstaltung zum Fachmodul Numerische Mechanik Morgen, 22.10 - 16:00, MW 1237

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Aktuelle Forschungsbeispiele L&R

Turbulente Strömungen und Verbrennung (DFG Emmy Noether Gruppe)

Thermomechanik von Raketen-Schubdüsen (DFG Transregio)

Neuartige Materialien aus Spinnenseide

Partner u.a. DLR, EADS, RollsRoyce …

Luftund Raumfahrt, Fachmodul Numerische Mechanik Institut für Luft- und RaumfahrtStudiengang / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Veranstaltungen am LNM

Vordiplom... und jetzt?

Wintersemester

Sommersemester

Sommersemester

Wintersemester

Praktikum Computational Bioengineering VF Nichtlineare Kontinuumsmechanik

PR

VF

Biofluid Mechanics Technische Mechanik 1-3 Fluidmechanik 1 (AER)

Dynamik (AMM)

Kernfach Mechanik GF

Finite Elemente VF in der Fluidmechanik

EF Adv. Parallel Computing and Solvers

VF Numerische Methoden für Ingenieure

... VF

Finite Elemente

GF

Grundlagenfach

VF

Vertiefungsfach

EF

Ergänzungsfach

PR

Praktikum

VF Nichtlineare Finite-Element-Methoden

Praktikum FE für PR Dynamik und Multiphysics

Praktikum Finite Elemente (wird sowohl im SS als auch im WS angeboten)

PR

Grundlagen Aufbauend auf Grundlagen Unabhängig von Grundlagen Praktikum

Luftund Raumfahrt, Fachmodul Numerische Mechanik Institut für Luft- und RaumfahrtStudiengang / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Fachmodule/Studienschwerpunkte

Strömungs- und Flugphysik Numerische Simulation Lehrstuhl für Aerodynamik

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

hydrodynamische DNS Schalter Nachlaufwirbel

Anwendungsforschung

Aerodynamik von Luft- und Raumfahrzeugen

Mikro- und Nanofluidik

Grundlagen

• Strömungsphysik • Turbulenzmodellierung

hochmanövrierfähige Flugzeuge

• numerische • experimentelle Methoden Methoden Aerodynamik und Aeroakustik von Automobilen

zukünftige Raumtransportsysteme

Verminderung von Widerstand, Lärm, Vibrationen

Verfahrenstechnische Strömungen

Aerodynamik von Gebäuden Lasten, Schadstoffausbreitung

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Veranstaltungen am AER Vordiplom... und jetzt?

Wintersemester

Praktikum Aerodynamik des Flugzeugs

...

Sommersemester

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Wintersemester

Grundlagen der experimentellen Strömungsmechanik

Aeroelastik

Praktikum Experimentelle Strömungsmechanik

Aerodynamik des Flugzeugs I

Aerodynamik des Flugzeugs II

Sommersemester

Grundlagen Aufbauend auf Grundlagen Unabhängig von Grundlagen Praktikum

Instationäre Aerodynamik des Flugzeugs I

Instationäre Aerodynamik des Flugzeugs II

Grenzschichttheorie Fluidmechanik I

...

Fluidmechanik II

Gasdynamik

Turbulente Strömungen

Particle-Simulation Methods for Fluid Dynamics

An introduction to microfluidic simulations

Angewandte CFD

Numerische Berechnung turbulenter Strömungen

Biofluid Mechanics

Aerodynamik stumpfer Körper

Aerodynamik der Raumfahrzeuge – Wiedereintrittsaerodynamik

Aeroakustik

Wirbelströmungen in Natur und Technik

Aerodynamik der Bauwerke

Aerodynamik bodengebundener Fahrzeuge

Aerodynamik von Hochleistungsfahrzeugen

Strömungsphysik und Modellgesetze

Grundlagen der numerischen Strömungsmechanik

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Fachmodul Thermo-Fluiddynamik Infoveranstaltung: Wann? Donnerstag, 22.10.09, 10:15 Uhr Wo?

Seminarraum Lst. für Thermodynamik, MW1701

Ansprechpartner: M. Zellhuber ([email protected])

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Forschungsbeispiele aus der Thermo-Fluiddynamik

Thermoakustische Schwingungen in Raketentriebwerken

Verbrennung in Flugantrieben und Gasturbinen Entwicklung energieeffizienter Gebäudetechnik

Untersuchung von Wellen- und Schwallströmungen Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Veranstaltungen am Lst. für TD Vordiplom... und jetzt?

Wintersemester

Sommersemester

Wintersemester

Sommersemester

Grundlagen Aufbauend auf Grundlagen Unabhängig von Grundlagen

Thermofluiddynamisches Praktikum

ThermoDynamik I

WTP

Praktikum

Thermodynamik II

Wärme- und Stoffübertragung

Verbrennung

Grundlagen der Mehrphasenströmungen

Modellierung von Phänom. der Zweiphasenströmung

Praktikum Grundl. thermofluiddynamischer Simulation ... Praktikum Grundl. thermofluiddynamischer Simulation

Solarthermie und Photovoltaik

Kfz-Klimatisierung

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Energieoptimierung für Gebäude

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Fachmodul/Studienschwerpunkt

Umweltverträgliche Energiesysteme Lehrstuhl für Energiesysteme

Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff Lehrstuhl für Energiesysteme Technische Universität München

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Arbeitsgebiete des Lehrstuhls für Energiesysteme Kraftwerkstechnik

Regenerative Energien

Messtechnik

Modellierung Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Veranstaltungen am ES

Vordiplom... und jetzt?

Wintersemester

Methoden der Energiewandlung

Sommersemester

Wintersemester

Prozesstechnik und Umweltschutz in modernen Kraftwerken

Thermische Kraftwerke

Sommersemester

Grundlagen Aufbauend auf Grundlagen Unabhängig von Grundlagen Praktikum

Kraft-Wärme-KälteKopplung

Energie und Wirtschaft

Numerische Berechnung Energetischer Systeme

Energetische Nutzung von Biomasse und Reststoffen

Praktikum Regenerative Energien

Dampfturbinen

Energietechnisches Praktikum

Blockpraktikum* Regenerative Energien

Energietechnisches Blockpraktikum*

* Inhaltsgleiches Blockpraktikum in den ersten zwei Wochen vor der Vorlesungszeit

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Lehrstuhl für Raumfahrttechnik

All the Space You Need

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

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Studiengang Luft- und Raumfahrt 21.10.2009

Studiengang Luft- und Raumfahrt Konstruktion Mechanik Produktion Thermodynamik Werkstoffe Mechatronik

Jetzt vor Gebäude 6 Institut für Luft- und Raumfahrt: Modulvorstellung / -beratung durch die Modulberater Institut für Luft- und Raumfahrt / Technische Universität München

Regelungstechnik Informationstechnik … 50