Conclusioni
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CAPITOLO 6.
CONCLUSIONI
Si riportano in modo sintetico i risultati di maggiore rilievo raggiunti durante lo sviluppo della tesi. Si accenna, poi, ai possibili sviluppi dell’impianto e della ricerca nell’ambito della propulsione con perossido di idrogeno.
6.1.
Risultati principali e conclusioni
Lo sviluppo del banco di prova per la caratterizzazione sperimentale di endoreattori monopropellenti a perossido di idrogeno ha seguito le seguenti tappe.
Lo studio delle caratteristiche chimico-fisiche del perossido di idrogeno ha permesso di esplicitare le sue capacità in ambito propulsivo. La sua decomposizione in acqua ed ossigeno con conseguente liberazione di energia può essere sfruttata per produrre gas caldi utili per la generazione della spinta in un endoreattore. La reazione di decomposizione deve essere, invece, inibita o controllata nella fase di gestione del propellente. La lunga esperienza sull’utilizzo del perossido di idrogeno ha portato ad individuare le problematiche e le possibili soluzioni connesse con la manipolazione e lo stoccaggio di questo propellente.
L’analisi, poi, dello stato dell’arte degli endoreattori monopropellenti a perossido di idrogeno ha consentito l’individuazione delle principali parti componenti il propulsore. L’elemento centrale del motore è stato individuato nel catalizzatore. La reazione di decomposizione regolata da un catalizzatore, infatti, è risultata essere vincente nell’ambito della propulsione. Sono stati esplicitati i parametri di funzionamento del catalizzatore e le relative grandezze da misurare sperimentalmente per ottenerli. Lo sviluppo di un modello di ordine ridotto del comportamento di un endoreattore
Progettazione e realizzazione di un impianto di prova per endoreattori a perossido di
idrogeno
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monopropellente a perossido di idrogeno ha permesso di individuare i parametri operativi del propulsore e le grandezze da monitorare sperimentalmente per esplicitare le prestazioni propulsive.
Applicando questo modello ai prototipi da testare sono state individuate le richieste relative all’impianto di alimentazione dei motori. Questi requisiti, accanto a quelli sulla sicurezza e sulle peculiarità nella gestione di questo tipo di propellente sono stati presi come punto di inizio per la progettazione dell’impianto di approvvigionamento del propellente. Per la regolazione della portata si è utilizzato un venturi cavitante. Anche questo elemento è stato studiato con un modello di ordine ridotto e si è pervenuti ad un suo dimensionamento. Il calcolo delle perdite di carico nei vari elementi dell’impianto ha permesso di esplicitare l’andamento dei principali parametri propulsivi in funzione della pressione all’interno del serbatoio dell’impianto. Questa analisi ha evidenziato i margini di utilizzo dei motori alimentati da questo impianto.
Sono stati individuati i sensori opportuni per misurare i valori dei parametri fisici utili sia per la caratterizzazione del motore in generale, sia, più nello specifico, per quella del catalizzatore. Per la misurazione della spinta si è fatto ricorso ad una cella di carico. Si è scelto di misurare solo la componente assiale della spinta. Si è realizzato un banco di spinta progettato per introdurre piccoli errori nella misurazione. Il propulsore è stato fissato ad una culla molto rigida sulla quale è stata posta in asse con il propulsore la cella di carico. La culla, appesa con degli elementi molto flessibili in direzione assiale, al momento della spinta schiaccia il bottone della cella di carico contro un elemento che fa da battuta. La spinta si scarica per la quasi totalità della sua intensità sulla cella di carico in quanto gli elementi flessibili, flexture, sono stati dimensionati per essere molto cedevoli nella direzione della spinta. Le flexture sono state realizzate con dei fogli sottili di acciaio rinforzati con delle piastre in alluminio.
6.2.
Sviluppi futuri
L’impianto, prima dell’effettiva sperimentazione dei prototipi, necessita della sua messa in opera. In particolare è necessaria la caratterizzazione sperimentale del venturi cavitante. Visto l’elevato costo del perossido di idrogeno, è probabile che verrà effettuata la calibrazione di questo elemento utilizzando un altro fluido, ad esempio l’acqua. Per l’acqua in particolare sono state stimate le condizioni che simulano la situazione di progetto del venturi attraversato da perossido di idrogeno, per quanto riguarda il Reynolds in gola e la dimensione della bolla cavitante.
Prima degli esperimenti sarà necessaria anche la calibrazione della cella di carico all’interno del banco di spinta.
Negli sviluppi futuri dell’impianto di prova ci potrà essere la sperimentazione di prototipi con valori della spinta diversi da quelli analizzati finora. Sia l’impianto di alimentazione sia il banco di prova sono caratterizzati da una certa flessibilità nell’adattarsi ai propulsori da testare. Potrebbe essere necessario l’acquisto di nuovi venturi cavitanti, dimensionati ad hoc, per i nuovi propulsori da testare ed eventualmente l’impiego di celle di carico con fondo scala differente.
Sicuramente potrà essere impiegato perossido di idrogeno a concentrazioni inferiori all’87.5%. Non è da escludere l’utilizzo di concentrazioni maggiori, anche superiori al 90%.
Le conoscenze acquisite sulla manipolazione del perossido di idrogeno e sulle sue applicazioni propulsive, ed in particolare sui catalizzatori, potranno permettere lo sviluppo di endoreattori
Conclusioni
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bipropellente a perossido di idrogeno ed idrocarburi, particolarmente interessanti per le loro prestazioni.
