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CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
7.1 Conclusioni
Nel corso della presente tesi si è sviluppato un modello teorico di catodo cavo multicanale a partire da lavori già esistenti al Centrospazio.
Il modello, per quanto visto finora, riesce a simulare il comportamento del catodo cavo multicanale da un punto di vista termico e gasdinamico, prevedendo la variazione di profondità della zona attiva e la ripartizione della portata di propellente da un canale all’altro e l’andamento della temperatura, in accordo con i dati sperimentali reperibili in letteratura.
Il lavoro che ha portato a realizzare il modello del catodo multicanale si è basato sia su uno studio delle modalità di scambio di energia all’interno del catodo stesso, sia sullo studio di una diversa impostazione della risoluzione per il sistema di equazioni individuato.
L’idea che si è rilevata fondamentale è stata quella di continuare a considerare il plasma come monodimensionale all’interno dei singoli canali, utilizzando un modello a parametri concentrati per risolvere il bilancio termico del catodo.
Parallelamente a questo lavoro è stato progettato e realizzato un catodo multicanale, nell’ambito di un contratto ASI, da applicare sul motore HPT presente al Centrospazio. In contemporanea è stato anche riprogettato il sistema di alimentazione gassosa del motore per migliorare il controllo della camera di preionizzazione.
Il motore, dopo una lunga fase di calibrazione gassosa, è stato sottoposto ad una campagna di prove condotta con due propellenti, Argo ed Elio, per verificare l’efficacia delle modifiche, i cui risultati sono anche serviti per una prima valutazione del funzionamento del catodo multicanale, in attesa di una serie di test più specifici. Dalle prove è emersa la necessità di modificare il sistema di alimentazione elettrica per separare il circuito principale da quello secondario, in modo da controllare l’accensione dei catodi periferici. Incoraggianti risultati vengono dal catodo multicanale, che consente il funzionamento del motore in un campo più ampio di correnti. Ha dimostrato anche di poter funzionare con potenze minori rispetto al catodo singolo, a parità di corrente estratta, aumentando quindi l’efficienza del motore.
Studio teorico-sperimentale di un catodo multicanale per un motore MPD
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7.2 Sviluppi futuri
Per quanto riguarda il modello numerico è necessario un lavoro di affinamento della soluzione di primo tentativo per la soluzione del sistema non lineare che calcola le temperature del catodo al fine di migliorare ed accelerare la convergenza.
Un interessante passo avanti sarà la modifica del metodo di calcolo del cammino libero medio, in modo da ottenere una migliore previsione della zona di transizione da gas a plasma, e prevedere con più accuratezza la quantità di corrente estratta dal catodo, considerando, magari, diversi meccanismi di ionizzazione. Data anche la particolare geometria del catodo multicanale, scelta per facilitare la scrittura delle equazioni, un possibile sviluppo consiste nello studiare come variare questa geometria, per esempio sostituendo delle barre piene ai tubi che formano i canali, oppure variare la disposizione ed il numero dei tubi impiegati.
Per la parte sperimentale il prossimo passo sarà la realizzazione del nuovo sistema di alimentazione elettrica, già previsto in questa tesi ed oggetto di studio in un lavoro parallelo a questo, che dovrebbe consentire un effettivo controllo del funzionamento della camera di preionizzazione.
Oltre a questo andranno effettuate una serie di prove sul catodo multicanale, con misure di densità e temperatura elettroniche e ioniche e di altri parametri che potranno essere impiegate anche per un confronto con i dati calcolati dal modello numerico.
