Metodologia di Previsione e Ricostruzione delle Prestazioni di un SRM durante un tiro al banco

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1 Universià Degli Sudi di Roma La Sapienza Facolà di Ingegneria orso di laurea specialisica in Ingegneria Spaziale Meodologia di revisione e Ricosruzione delle resazioni di un SRM durane un iro al banco orso di Endoreaoria ropellene Solido Anno Accademico rof. Maurizio Di Giacino

2 AVVERTENZA Lariproduzionee/ol uilizzoinuoodinpare del conenuo del presene documeno a qualunqueioloeperqualsivogliafinaliànon è permessa senza preveniva richiesa di esplicia auorizzazione da pare dell esensore deldocumenosesso. SiringrazianoAVIOGroupeESA-ESRINVEGA ITperleinformazionifornie.

3 La raazione presenaa riguarda l analisi e l uilizzo di dai provenieni da prove sperimenali per la previsione e la ricosruzione delle presazioni di un SRM: durane un iro al banco in volo

4 VEGA. Sadi ropulsivi Terzo Sadio: Zefiro 9 Avum Secondo Sadio: Zefiro 23 rimo Sadio: 80

5 Banco in vericale SFT: Saic Firing es Banco in orizzonale Misure effeuae prima del es Misure effeuae durane il es Misure effeuae dopo il es

6 Banco AVIO a Salo di Quirra in Sardegna

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8 Velocià caraerisica RT A = = Γ m& h oefficiene di spina: Spina adimensionalizzaa rispeo alla pressione in camera e all area di gola Fh F 2γ = = Γ 1 + F0 γ 1 A γ 1 γ e e a Ae F I S = = F m F g 0 &

9 I modelli si basano sempre su un gran numero di ipoesi semplificaive. er oenere una ragionevole aderenza dei risulai oenibili mediane il modello eorico al dao sperimenale è necessario inrodurre opporuni parameri correivi che possono essere inerpreai come efficienze di funzionameno dei componeni. Grandezze eoriche Grandezze effeive

10 Efficienza della velocià caraerisica η = eff Th h = A m& = RT Γ = R 0 m Γ T & m = h A EX 0 h η = b ( ) ( ) 1 A M eff ( ) d M EXh = b md & = b 0 0 h A d M EXeff = b 0 A η h d

11 Efficienza della velocià caraerisica rincipali effei reali non modellizzai variazioni dei prodoi di combusione dovue a non raggiungimeno delle condizioni di equilibrio (combusione incomplea), evoluzione della composizione (flusso con reazioni chimiche), ricombinazioni, ec.; scambi di calore; effei della evenuale presenza di fase solida; fenomeni viscosi; Ec.

12 Efficienza del coefficiene di spina F h Feff F η = e a e e Fh A A + =Γ γ γ γ γ eff Feff A F = Fsper F e e a e A A γ γ η γ γ = Γ +

13 Efficienza del coefficiene di spina rincipali effei reali non modellizzai srao limie; viscosià; poenziale formazione di uri obliqui; componene radiale della spina dovua alla componene di flusso non-assiale nella sezione di uscia; superficie del profilo non perfeamene liscia; scambi ermici; reazioni chimiche; Ec.

14 Efficienza dell Impulso specifico η hη η = F Fh = η IS h Fh η F separazione dei due conribui: quello relaivo essenzialmene alla rasformazione di energia chimica in energia ermica (processo di combusione ), la bonà del quale è indicaivamene quanificao dall efficienza della velocià caraerisica, e quello relaivo alla rasformazione di energia ermica in energia cineica (processo di espansione araverso l ugello) la bonà del quale è caraerizzaa dall efficienza del coefficiene di spina.

15 arameri correivi Anche la effeiva velocià di combusione del propellene non sarà mai compleamene rappresenabile dalle relazioni empiriche comunemene uilizzae. Tra le alre cose, anche i processi di fabbricazione influenzano noevolmene la velocià di combusione effeiva. E quindi necessario inrodurre alcuni parameri correivi che permeano aggiusameni della velocià di combusione rilevaa a livello BARIA rispeo a quella ricavabile a livello moore dallo SFT. Scale Facor (SF) Hump (h(w)) Variazione globale Variazione locale

16 ROBLEMA INVERSO: relazioni applicabili η ( ) = ρ a h ( ) η ( ) = p 1 b MEX 0 ( ) A( ) ( ) d S b A ( ) ( ) 1 1 n N RELAZIONI + 1 RELAZIONE + ( ) η = F F F( ) ( ) ( ) A ( ) N RELAZIONI N: discreizzazione emporale 2N+1 RELAZIONI

17 Grandezze noe o calcolabili: densià del propellene ρ 1 S ( ) n 1 i faori a e n della velocià Sbdi ( ) = p ( ) ( ) combusione ρ a h η (legge di De Vieille) A( ) ( ) ( ) ( ) 1 A velocià η = caraerisica eorica d M 0 EX F superficie η ( ) di = combusione F A b F ( ) ( ) ( ) ( ) andameni nel empo della pressione in camera e della reazione al banco rove BARIA: a,n h ( ) Sb w ( ) ( ) R

18 Incognie: Area di gola Efficienza della velocià caraerisica A ( ) N Incognie η 1 Incognia Efficienza del coefficiene di spina η F ( ) N Incognie Hump h w ( ) N Incognie 3N+1 Incognie

19 ROBLEMA INDETERMINATO L area di gola, o meglio la sua evoluzione nel empo, è l unico ra i quaro parameri incognii ad avere un immediao significao fisico e del quale comunque si conosce sia l andameno (monoono crescene), sia il valore iniziale, sia il valore finale. E inolre possibile sviluppare un modello fisico dell erosione che permea di valuare in maggior deaglio l andameno emporale di quesa grandezza.

20 roblema chiuso solo agli isani iniziale e finale L analisi è saa condoa ipoizzando due diversi andameni nel empo dell erosione dell area di gola Andameno lineare nel empo o lineare riardao Modello di scambio ermico conveivo di Dius-Boeler: Formula di Barz D h ( sep) = D h ( sep 1) + keros h ν D h 0.2 ( T T ) hroa wall

21 Z9 onfrono erosione di gola onfrono ra i due andameni (valori puramene indicaivi) Area di gola 0,034 0,032 0,03 0,028 0,026 0,024 0,022 0, Tempo andameno lineare andameno di Dius-Boeler Z23 onfrono Erosione di gola Area di gola 0,085 0,083 0,081 0,079 0,077 0,075 0,073 0,071 0,069 0, Tempo lineare Dius-Boeler

22 Sinesi della procedura di analisi dei dai dello SFT di un SRM Dai di progeo DATI A DISOSIZIONE ( ) Sb w ( ) A proprieà prodoi di combusione in funzione della pressione in camera lineare Modello di Dius-Boeler [ ] ( ) h w η η F

23 ODIE DIRETTO Sisemare, ompleare, Validare codice di calcolo uilizzao VALIDAZIONE ODIE ROSETTIVE DI UTILIZZO ER L ANALISI DELLE RESTAZIONI