17465 - SISTEMI DI PROPULSIONE AVANZATI LS

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso intende fornire metodologie per affrontare lo studio delle motorizzazioni a razzo (sia a propellente liquido che solido), e di fornire gli elementi necessari per la loro progettazione.

Contenuti

Introduzione ai sistemi di propulsione.

Prestazioni statiche di razzi e veicoli spaziali; definizione di spinta e resistenza.
Equazione del moto di un razzo; variabili di stato e di controllo; vincoli sulla traiettoria. Perdite gravitazionali e per resistenza atmosferica.
Prestazioni del razzo monostadio; razzo polistadio. Prestazioni degli endoreattori chimici a propellenti solidi, liquidi e ibridi.
Sistemi propulsivi con generazione di potenza elettrica: impulso specifico ottimale.
Definizione delle richieste propulsive per l'effettuazione di missioni spaziali.

Endoreattori di tipo chimico:
Generatore di spinta negli endoreattori di tipo chimico: ugello propulsivo. Coefficiente di spinta. Ugelli convenzionali convergenti-divergenti. Comportamento in condizioni di sotto e sovraespansione. Ugello conico, ugello a campana. Ugelli non convenzionali: plug nozzle, aerospike. Effetti dell'attrito e della contropressione.
Processo di combustione: combustione subsonica. Influenza delle condizioni iniziali del propellente. Calcolo della temperatura di combustione in condizioni di equilibrio chimico. Efflusso di miscele reagenti.
Camere di combustione per propellenti liquidi: iniezione di combustibile e comburente, lunghezza della camera di combustione, dimensionamento dell'area trasversale della camera di combustione.
Propellenti solidi: velocità di combustione, flussi bifase. Camere di combustione per propellenti solidi: pressione di combustione, stabilità della combustione, combustione erosiva.
Meccanismi di trasmissione del calore. Descrizione dei sistemi di protezione delle pareti con materiali refrattari, materiali ablanti, film cooling, traspirazione. Sistema di raffreddamento rigenerativo.

Endoreattori di tipo termico:
Razzo a riscaldamento nucleare: limiti di funzionamento;
Razzo a resistenza elettrica: schema, scelta del propellente, limiti di funzionamento;
Razzo ad arco: schema, scelta del propellente, problemi di stabilizzazione dell'arco, consumo degli elettrodi, inquinamento del getto, perdite frozen.

Endoreattori di tipo elettrico:
Razzo a ioni: schema, produzione di ioni, acceleratore, neutralizzazione del fascio di ioni, rapporto di forma, scelta del propellente;
Razzo MPD: schema, prestazioni, limitazioni

Testi/Bibliografia

Sutton - Rocket Propulsion - John Wiley & Sons, New York

Hill & Peterson - Mechanics and Thermodynamics of Propulsion - Addison-Wesley Publishing Company - New York

Jahn - Physics of electric propulsion - McGraw Hill - New York

Stuhlinger - Ion propulsion for space flight - McGraw Hill - New York

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in un colloquio orale sugli argomenti del corso

Strumenti a supporto della didattica

Lucidi del professore a disposizione in segreteria didattica

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Fabrizio Ponti