Introduzione
Questo lavoro di tesi `e stato svolto nell’ambito del Progetto EXPERT (European eXPEer-imental Re-entry Test-bed), sviluppato da ESA (European Space Agency), in collaborazione con importanti centri di ricerca e industrie europee, tra i quali il von Karman Institute for Fluid Dynamics, presso cui il lavoro `e stato svolto.
EXPERT`e un programma aero-termodinamico di ricerca basato su una simulazione in volo. Il suo principale obbiettivo `e quello di progettare una generica configurazione che renda possibile la misurazione in volo degli effetti ipersonici ad alte quote, usando strumentazione d’avanguardia. Tale programma fornir`a ad ESA e alla comunit`a scientifica dati di alta qualit`a su fenomeni critici di aero-termodinamica, riscontrati in volo ad alte quote. Gli esperimenti sono indirizzati allo studio dei seguenti fenomeni: transizione naturale e indotta dello strato limite, cataliticit`a e ossidazione, interazione strato limte- onda d’urto, spettroscopia del plasma, efficienza dei flap e strumentazione, effetti di gas reale in condizioni ipersoniche.
Il principale obbiettivo di questo lavoro di tesi `e l’indagine dell’effetto di uno step neg-ativo, nella direzione del flusso asintotico (parte destra della figura 2) sulla transizone dello strato limite sul veicolo EXPERT. Lo step negativo sul modello EXPERT `e rappresentato nella parte sinistra della figura 2. Lo step `e dovuto alla differente espansione termica del naso (costruito in SiC) e della parte conica del veicolo (costruita in PM1000): tale step negativo in letteratura `e anche conosciuto col nome di Bakward Facing Step (o berevemente BFS). Ne`o capitolo 1 `e riportata un’introduzione generale al Progetto EXPERT.
Il capitolo 2 contiene un riepilogo del background teorico necessario per la lettura dei seguenti capitoli: questo riepilogo ha anche costituito la prima parte del lavoro di tesi, cio`e una ricerca teorica e bibligrafica sull’Aerodinamica Ipersonica e sulla Transizione dello Strato Limite. Il capitolo 3 contiene una dissertazione bibliografica generale sul sul flusso attorno ad un Back-ward Facing Step, con particolare attenzione al caso comprimibile. Inoltre, in questo capitolo `e introdotto il problema fondamentale studiato in questa tesi, nella sezione 3.4.1.
Il capitolo 5 contiene un’introduzione al VKI H3 Hypersonic Wind Tunnel (Galleria Iper-sonica H3 del VKI), in cui tutta la parte sperimentale della tesi `e stata svolta e un’introduzione alla strumentazione e alle tecniche sperimentali usate.
I capitoli 4, 6 and 7 includono la parte principale del lavoro di tesi, cio`e lo studio dell’effetto di un Backward Facing Step nelle condizioni del VKI H3 Hypersonic Wind Tunnel, operante a M=6. Il capitolo 4 contiene la prima parte del lavoro: lo studio di alcune correlazioni
10 CONTENTS
Figure 2: Veicolo EXPERT con un Backward Facing Step alla giunzione naso-parte conica (a sinistra) e schema 2D di un Backward facing Step (a destra)
piriche per la predizione della transizione dello strato limite, applicate a computazioni CFD: tali simulazioni riproducono il flusso alle condizioni del VKI H3 Wind Tunnel e le condizioni reali di volo e sono state esegiute al centro ESA ESTEC (Leiden) e in parte al VKI. Tale studio `e utile per l’estrapolazione dei riusltati ottenuti alle condizioni di volo. Il capitolo 6 contiene il set-up delle campagne sperimentali ed i risultati dell’elaborazione dei dati ottenuti nel VKI H3 Wind Tunnel attraverso la Termografia a Raggi Infrarossi. Questo capitolo rappresenta la parte sperimentale principlae del lavoro di tesi. Il capitolo 7 contiene il set-up ed i risultati di una campagna di visualizzazione del flusso, eseguita per mezzo della tecnica di sublimazione, allo scopo di comprendere meglio i meccanismi fisici alla base del processo di transizione dello strato limite.
Infine nel capitolo 8 sono effettuate alcune considerazioni sulla metedologia di estrapolazione dei dati alle condizioni di volo, una delle quali `e applicata al problema in questione.
