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SO S OM MM M AR A R IO I O
La progettazione di componenti per uso spaziale è sempre una sfida al limite delle tecnologie conosciute e delle conoscenze acquisite. Le esigenze crescono, c’è sempre più richiesta di propulsori migliori prestazioni, cioè con impulsi specifici sempre maggiori, che però abbiano un alto grado di affidabilità. Uno dei casi in cui questo risulta più evidente è la progettazione di induttori per uso spaziale.
L’induttore funziona come una pompa assiale e permette una prima compressione del fluido di lavoro evitando o ritardando in questo modo la cavitazione della pompa principale del combustibile. Questo elemento è soggetto allo sviluppo di cavitazione che, oltre all’erosione delle pale, può portare al degrado delle prestazioni ed all’insorgere di pericolose instabilità fluidodinamiche e rotodinamiche.
La società Alta S.p.A. di Pisa ha una ricca storia di prove sperimentali per la studio delle prestazioni di induttori sia in condizioni non cavitanti che cavitanti. Recentemente, ad Alta è stato sviluppato un modello di ordine ridotto per la progettazione preliminare e la stima delle prestazioni non cavitanti per induttori a mozzo rastremato, che ha permesso lo sviluppo del primo induttore di casa Alta, il “Nautilus”.
La tesi comincia introducendo le problematiche inerenti alla progettazione di un induttore per uso spaziale e i diversi approcci che durante gli anni si sono avuti da parte delle aziende costruttrici.
In seguito, viene proposto e spiegato il modello recentemente sviluppato ad Alta, e viene illustrata la geometria che caratterizza il Nautilus. Sono riportate anche le applicazioni del modello matematico-prestazionale ad altri induttori di cui si conoscevano già le prestazioni per avere una prima convalida della funzionalità del modello matematico- prestazionale.
Quindi, vengono riportate le prove numeriche condotte con un programma C.F.D.
(Fluent) sulla nuova geometria sviluppata. Queste sono state utilizzate come una seconda convalida del modello sviluppato.
Infine, in vista di una campagna sperimentale sul nuovo induttore Nautilus sono state progettate le opportune modifiche alla galleria idrodinamica della società Alta.
L’intero lavoro di progettazione è stato compiuto presso la società Alta S.p.A., sotto la guida del professor Luca d’Agostino, dell’ingegner Lucio Torre, dell’ingegner Angelo Pasini, dell’ingegner Andrea Milani e dell’ingegner Damiano Bacarella, che ringrazio per l’aiuto e per la loro infinita pazienza.
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A A BS B ST T R R A A CT C T
The present thesis reports the recent development of a reduced order model for the preliminary design, geometric definition and noncavitating performance prediction of tapered-hub, variable-pitch, mixed-flow inducers, and illustrates its application to a typical three-bladed, high-head inducer for liquid propellant rocket engines. The mean axisymmetric flow field at the trailing edge of the inducer blades and the noncavitating head coefficient at both design and off-design conditions are then compared with those obtained from the numerical flow simulations generated by a commercial CFD code.
Together with earlier experimental validations, the results confirm the capability of the proposed model to generate interpretative and useful engineering solutions of the inducer preliminary design problem at a negligible fraction of the computational cost required by 3D numerical simulations.
