CONCLUSIONI E PROSPETTIVE DI SVILUPPO
15.1. Conclusioni
L’analisi svolta nel presente lavoro ha riguardato lo studio approfondito di un propulsore ad effetto Hall con canali coassiali e ha permesso la conoscenza delle problematiche legate a questa classe di propulsori.
Nella prima parte di questa tesi partendo da una configurazione di riferimento, si è avviata una procedura iterativa di varie analisi con la variazione di materiali e parametri geometrici per ottenere un corretto funzionamento del dispositivo compatibilmente ai materiali disponibili sul mercato ed alle lavorazioni eseguibili con costi ragionevoli.
La prima analisi affrontata è stata quella magnetica: dopo un confronto tra alcuni programmi di simulazione magnetica ed i dati sperimentali disponibili, si è svolta una accurata analisi magnetica con una geometria molto precisa e tenendo conto del comportamento reale degli avvolgimenti rispetto ad una possibile schematizzazione, utilizzando tre differenti programmi, confrontando e commentando i risultati con l’aiuto di grafici. A seguito di questo studio si sono determinate due possibili configurazioni per le posizioni di uno o più catodi
La seconda analisi è stata quella termica: sono state prese in considerazione quattro configurazioni, nate dalla combinazione di due possibili scenari di carico (forte interazione tra i canali con funzionamento molto negativo del motore e nessuna interazione tra i canali con funzionamento perfetto) e due possibili condizioni al contorno (una negativa con pareti interna e inferiore adiabatiche ed una positiva con tutte le facce liberamente irraggianti ed un collegamento ad alta conducibità
Analisi e dimensionamento di un propulsore ad effetto Hall multicanale
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termica); anche qui al termine si è creata una tabella riassuntiva con osservazioni sulle differenze tra le varie configurazioni, arrivando alla conclusione che un sistema di raffreddamento non è necessario.
Mettendo insieme i risultati delle due precedenti analisi si è valutato il funzionamento del dispositivo a temperatura di lavoro nella configurazione peggiore, osservando i mutamenti provocati dall’alta temperatura sul campo magnetico;
Anche la parte strutturale durante l’accensione doveva essere controllata: si è quindi verificato che i giochi previsti fossero sufficienti ad evitare sia pericolosi contatti dovuti alla dilatazione termica che tensioni tra pezzi accoppiati di diversi materiali. Uno studio particolarmente nuovo è stato quello riguardante gli effetti dei contatti: si è valutata la differenza termica e magnetica di comportamento tra quello che prevedono i programmi considerando un contatto perfetto tra le superfici adiacenti e quello che succede nella realtà, con dei contatti molto più piccoli e dei vuoti tra i materiali. Si è poi dimensionato il supporto posteriore, sia dal punto di vista meccanico con il calcolo del diametro minimo delle viti, sia da quello termico, considerando la sua alta conducibilità termica e la sua capacità di irraggiamento. Infine si sono dimensionate le tolleranze dei fori che consentono il passaggio del propellente dalla camera di distribuzione a quella di accelerazione, imponendo delle condizioni al contorno tali da ottenere la miglior distribuzione possibile del gas nell’anodo attraverso uno studio gasdinamico.
Nella seconda parte di questa tesi si è congelata una configurazione considerata soddisfacente, quindi con geometria e materiali definitivi si sono svolte una serie di indagini magnetiche e termiche ritenute utili in vista della fase sperimentale che avrà luogo prossimamente.
La prima analisi approfondita è stata quella del transitorio termico: si sono calcolati nelle quattro configurazioni precedentemente stabilite i tempi di arrivo a regime per ogni componente, i tempi di arrivo a temperature critiche relative a materiali sostitutivi che potrebbero essere usati in una prima fase sperimentale e si sono relazionati i punti di temperatura massima del motore con alcuni punti nei quali si suppone di poter misurare la temperatura, in modo da creare delle curve che possano dare un’idea della temperatura massima in funzione di quella in un certo punto.
Capitolo 15 – Conclusioni e prospettive di sviluppo
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Successivamente è stata la volta dell’analisi magnetica con accensioni parziali: prevedendo che le attivazioni dei canali non verranno eseguite tutte al primo colpo, ma verranno prima di tutto provati i singoli canali, si è controllato il funzionamento secondo delle possibili successioni logiche di accensione, ottimizzando il funzionamento di ciascuna accensione tramite la valutazione degli effetti della variazione della corrente in ciascun avvolgimento acceso in quel momento.
Infine è stato il turno dell’analisi termica con accensioni parziali: secondo le serie logiche di accensione usate anche per la parte magnetica, dopo un’analisi stazionaria è stata la volta dell’analisi del transitorio termico, in cui si sono calcolati i tempi di arrivo a ciascun regime parziale dei vari componenti, gli eventuali tempi di arrivo alle temperature critiche e la solita relazione tra temperatura massima e temperatura nei punti dove si piazzeranno le termocoppie.
15.2. Prospettive di sviluppo
Le rimanenti valutazioni prima della fase sperimentale riguardano il comportamento elettromagnetico del propulsore, considerando quindi il campo elettrico provocato dall’accensione del catodo.
Nel presente lavoro non si è tenuto conto della progettazione dell’interfaccia elettrica: si dovranno quindi dimensionare le spine elettriche.
Per controllare l’andamento del campo magnetico e quello della temperatura nelle zone dove si perde la simmetria assiale, per esempio lungo i condotti del gas o le spine elettriche, sarà necessario svolgere un’analisi tridimensionale.
Infine dovrà essere progettata l’interfaccia di collegamento tra la camera di prova e le apparecchiature di misura.
Una volta concluso tutto ciò, si potrà passare alla realizzazione fisica del propulsore e ai test di prova. Da questi ultimi si potrà osservare lo scostamento tra i valori misurati negli esperimenti e quelli attesi dalle leggi di scalatura nonchè le possibili interazioni tra i canali di accelerazione. Sarà interessante notare le temperature reali presenti sul motore testato e vedere a quale dei quattro scenari immaginati si avvicinerà di più la soluzione reale.
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Se le prestazioni predette fossero in buon accordo con quelle misurate, allora sarebbe possibile utilizzare leggi di scalatura più complesse al fine di migliorare i rendimenti e quindi di diminuire gli ingombri e i pesi.
