SOMMARIO
Il perossido di idrogeno è una sostanza che può essere utilizzata in campo propulsivo sia come monopropellente sia come ossidante nei razzi bipropellenti. E’annoverato tra i cosiddetti “propellenti verdi” in quanto ha un ridotto impatto ambientale ed è caratterizzato da una bassa tossicità e da una certa facilità nelle procedure di produzione, manipolazione e stoccaggio.
L’inizio del suo utilizzo in ambito propulsivo risale agli anni ’40. La tendenza attuale a ridurre costi e dimensioni dei satelliti ha promosso la “riscoperta” delle sue proprietà.
Il presente lavoro di tesi si colloca nell’ambito della realizzazione e sperimentazione di endoreattori monopropellente a perossido di idrogeno. In particolare è consistito nella progettazione e realizzazione di un banco di prova per testare dei prototipi con spinte di 5 N e 25 N.
Dopo una piccola introduzione sulle prestazioni dei motori a perossido di idrogeno, nel capitolo 2 si sono analizzate le caratteristiche del perossido di idrogeno con particolare attenzione alle sue potenzialità energetiche e alle modalità necessarie per una manipolazione ed uno stoccaggio sicuri.
Lo studio dello stato dell’arte dei propulsori monopropellente a perossido di idrogeno, riportato nel capitolo 3, ha portato ad individuare nel catalizzatore l’elemento più importante del motore. Sono stati individuati i principali parametri da monitorare sia per esprimere le prestazioni del propulsore sia per valutare il corretto funzionamento del catalizzatore.
Nel capitolo 4 viene descritto l’impianto di approvvigionamento del propellente progettato per alimentare correttamente i prototipi. Particolare enfasi è stata posta nel dimensionamento di un venturi cavitante utilizzato per controllare la portata nella linea di alimentazione del propellente.
Infine, nel capitolo 5, è presentato il progetto del banco di prova per misurare la spinta dei prototipi. Si riporta, in particolare, il dimensionamento degli elementi flessibili utilizzati per sostenere il banco di spinta.
Il lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio Centrospazio, sotto la supervisione del Prof.
Luca d’Agostino e dell’Ing. Angelo Cervone.
ABSTRACT
Hydrogen peroxide can be used as a monopropellant or as the oxidizer in a bipropellant engine. It is a “green propellant” because it is characterized by a very low ambiental impact and by a drastic simplification of safety protection procedures necessary during its production, storage and handling. Its first aerospace application was in 1938. Now it has been reconsidered as a result of the present tendency to reduce costs and satellites dimensions.
The present thesis is concerned with the realization and the experimental validation of hydrogen peroxide monopropellant rockets. In particular, it is concerned with the design and the realization of a test bench for testing a 25 N thruster prototype and a 5 N thruster prototype.
After a brief introduction about the performances of hydrogen peroxide rockets, in chapter 2 the physical and chemical properties of hydrogen peroxide are showed, with particular interest to the ones related to the handling and storage of hydrogen peroxide.
In chapter 3, the study of the state of art of HP-based monopropellant engine underlines that the catalytic bed is the most important device in hydrogen peroxide rockets. The main physical parameters for monitoring thrusters performances and catalytic bed life are identified.
In chapter 4 the design of the propellant supplying plant is illustrated. A simplified analytical model of a cavitating Venturi, used for regulating the mass flow rate, is used for dimensioning two different cavitating Venturis.
The design of the test bench is presented in chapter 5, together with problems related to the design of the flexible tie elements (“flexures”).
The thesis work has been carried out at Centrospazio research laboratory, under the supervision of Prof. Luca d’Agostino and eng. Angelo Cervone.
