INDICE GENERALE
Indice delle figure
Indice delle tabelle
Capitolo 1
Introduzione
1.1 Generalità sulla propulsione spaziale 1
1.2 Classificazione dei propulsori 3
1.3 La propulsione elettrica 4
1.4 Il resistogetto 11
1.4.1 Principio di funzionamento 11
1.4.2 Impulso specifico e propellenti 13
1.4.3 Rassegna di resistogetti reali 15
Capitolo 2
Contesto e obiettivi della tesi
2.1 Motivazioni 19
2.2 Obiettivi della tesi 20
2.3 Organizzazione del lavoro 21
Capitolo 3
Attività sperimentale
3.1 Il resistogetto “XR50-DM01 Single Flux” 23
3.1.1 Specifica tecnica 24
3.1.2 Descrizione delle soluzioni impiegate 26
3.2 Apparato sperimentale 29
3.2.1 Camera di prova 29
3.2.2 Flussimetria 31
3.2.4 Assemblaggio dell’apparato 34
3.3 Prove di laboratorio 38
3.3.1 Prove di funzionamento a freddo 38
3.3.2 Prove di sparo in regime stazionario 40
3.3.3 Prova di riscaldamento a secco 42
3.3.4 Prova di raffreddamento 43
3.3.5 Prove di sparo in regime pulsato 43
3.4 Risultati 44
3.4.1 I° Campagna sperimentale (Ottobre 2004) 44
3.4.2 II° Campagna sperimentale (Novembre 2004) 52
Capitolo 4
Progetto del modello ingegneristico
4.1 Progetto concettuale 61 4.1.1 Requisiti 62 4.1.2 Soluzioni costruttive 63 4.1.2.1 Modello A 64 4.1.2.2 Modello B 66 4.1.2.3 Modello C 68 4.1.2.4 Modello D 70 4.1.2.5 Modello E 72 4.1.3 Analisi di opportunità 74 4.2 Progettazione concreta 75
4.2.1 Dimensionamento del riscaldatore 75
4.2.2 Ottimizzazione della geometria dell’ugello 78
4.2.2.1 Specifica di progetto 79
4.2.2.2 Geometria conica 80
4.2.2.3 Geometria a campana 83
4.2.2.4 Soluzione di ottimo 86
4.2.2.5 Prestazioni nell’intervallo operativo 88
4.2.3 Progetto delle flange 90
4.2.4 Disposizione delle sonde di temperatura 94
Capitolo 5
Conclusioni e sviluppi futuri
5.1 Conclusioni 99
5.2 Sviluppi futuri 100
Appentici
Appendice A Caratterizzazione dell’impianto a vuoto IV2 103Appendice B Modelli teorici 121
Appendice C Descrizione delle procedure sperimentali 125
Appendice D Proprietà dei materiali impiegati nel progetto 129
Appendice E Lista di montaggio 131
Bibliografia
133Indice delle figure
1.1 Schema di funzionamento di un arcogetto 6
1.2 Arcogetto ad idrazina da 1.8 kW 6
1.3 Schema di funzionamento del FEEP 7
1.4 Schema di un propulsore a bombardamento ionico 8
1.5 Schema di funzionamento di un propulsore MPD 9
1.6 Schema di funzionamento di un propulsore STP 9
1.7 Campo di applicazione dei propulsori elettrici 10
1.8 Schema di funzionamento di un resistogetto 12
1.9 Resistogetto ad idrazina (Primex Corporation) 17
1.10 Resistogetto a bassa potenza (SSTL) 17
2.1 Organizzazione del lavoro 21
3.1 Spaccato del modello di sviluppo 27
3.2 Il prototipo “XR50-DM01 Single Flux” 28
3.3 Schema dell’impianto a vuoto 30
3.4 Caratteristica dell’impianto a vuoto 31
3.5 Quadro di controllo 33
3.6 Preparazione del modello di prova 36
3.7 Particolari dell’assemblaggio 37
3.8 Apparato sperimentale 38
3.9 Schema dell’esperimento (prove a freddo) 39
3.10 Algoritmo di calcolo delle prestazioni (prove a freddo) 39
3.11 Schema dell’esperimento (prove di sparo) 40
3.12 Algoritmo di calcolo delle prestazioni (prove di sparo) 42
3.13 Risultati del funzionamento a freddo del propulsore 45
3.14 Misura delle temperature nella struttura di acciaio (prove a freddo) 46
3.15 Caratteristica elettrica del riscaldatore e stima della temperatura 47
3.16 Misura delle temperature nella struttura (prove di sparo) 48
3.18 Stima della temperatura del gas prima dell’espansione nell’ugello 50
3.19 Risultati della prova di raffreddamento 51
3.20 Risultati della prova a secco 52
3.21 Caratteristica elettrica dei riscaldatori (prova in parallelo) 54
3.22 Temperature nell’acciaio 55
3.23 Stima delle prestazioni 56
3.24 Stima delle temperature 57
3.25 Misura delle temperature (prove pulsate) 58
3.26 Stima delle prestazioni (prove pulsate) 59 4.1 Sezione del riscaldatore 76
4.2 Gruppo riscaldatore da 50W 77
4.3 Impulso specifico e lunghezza della parte divergente (ugello conico) 78
4.4 Geometria dell’ugello conico 80
4.5 Ottimizzazione dei parametri 81
4.6 Ottimizzazione dei parametri 82
4.7 Geometria dell’ugello a campana 83
4.8 Ottimizzazione dei parametri 84
4.9 Ottimizzazione dei parametri 85
4.10 Risultati della simulazione numerica (soluzione di ottimo) 87 4.11 Risultati delle simulazioni numeriche 89 4.12 Modello ingegneristico 90
4.13 Flangia esterna inferiore 91
4.14 Tensioni di von Mises e spostamenti (flangia superiore) 92 4.15 Tensioni di von Mises e spostamenti (flangia inferiore) 93 4.16 Disposizione della sonda di temperatura del gas 95 4.17 Distribuzione della temperatura nel canale di accesso della termocoppia 96 5.1 Setup sperimentale per prove in camera a vuoto 100
5.2 Modello di qualifica (sviluppi futuri) 101
A.1 Schema generale dell’esperimento 104
A.3 Configurazione di prova 110
A.4 Serbatoio e valvola micrometrica 110
Indice delle tabelle
1.1 Classificazione delle missioni spaziali 3
1.2 Classificazione dei propulsori elettrici 5
1.3 Impulsi specifici volumetrici per vari propellenti 14
1.4 Modelli di resistogetto prodotti 15
2.1 Requisiti operativi del satellite 20
3.1 Assemblaggio dell’apparato sperimentale 35
