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L’analisi svolta in questa relazione ha riguardato lo studio di un propulsore ad effetto Hall con una configurazione innovativa rispetto ai modelli più convenzionali, per verificarne le possibili prestazioni: il motivo di questo scostamento dalle geometrie classiche, per questo tipo di propulsori, è stato dettato dalla scelta di utilizzare per questo nuovo modello alcuni componenti già presenti presso il laboratorio di ALTA s.p.a., realizzati per un altro propulsore, permettendo così un processo realizzativo più rapido.
Nella prima fase di questo lavoro si è utilizzato un metodo di scalatura per ricavare le possibili prestazioni del nuovo propulsore per poterle confrontare con quelle di propulsori effettivamente realizzati e testati: nonostante i valori ricavati diano solo un’idea degli effettivi valori che i vari parametri assumerebbero in un modello reale e funzionante, i risultati ottenuti si sono dimostrati incoraggianti: le prestazioni in termini di spinta non si discostano in modo significativo dai propulsori della stessa classe. Le differenze più significative si hanno per quanto riguarda il rendimento, come c’era da aspettarsi dal confronto con modelli ottimizzati e realizzati appositamente per ottenere determinate prestazioni.
Una volta verificate le possibili prestazioni del motore si è passati al disegno di un circuito magnetico che si adattasse ai componenti disponibili: partendo da una configurazione di base, che fosse la più semplice possibile dal punto di vista realizzativo, è stata effettuata un’analisi magnetica preliminare per ottimizzare l’andamento del campo magnetico all’interno del canale di accelerazione del propulsore. Si è visto che con semplici accorgimenti, soprattutto per quanto riguarda gli schermi magnetici, si riesce ad ottenere la forma voluta per il campo magnetico radiale soddisfacendo tutti i requisiti imposti.
Si è poi effettuata un’analisi termica preliminare per verificare i carichi termici a cui sarebbe sottoposto il modello, e, soprattutto, per verificare che il fili elettrici già installati negli avvolgimenti fossero in grado di resister alle sollecitazioni imposte, in modo da non dover essere sostituiti. Le temperature riscontrate si sono rilevate al di
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sotto dei limiti imposti dai materiali utilizzati e dalle condizioni di funzionamento, anche nelle condizioni più gravose analizzate. Questo ha dimostrato che gli avvolgimenti già realizzati potrebbero essere utilizzati senza particolari problemi anche in un modello reale del propulsore senza subire modifiche.
Il modello realizzato presenta una notevole flessibilità in quanto sarebbe facilmente adattabile per raggiungere specifiche diverse per quanto riguarda i valori di spinta e impulso specifico semplicemente modificando le correnti che scorrono negli avvolgimenti. Inoltre la sua semplice geometria permette di sostituire molti degli elementi con versioni migliorate in modo semplice e rapido.
Gli svantaggi principali di questa configurazione sono rappresentati dagli ingombri e dai pesi più elevati rispetto a quelli dei motori della stessa classe e da un rendimento inferiore.
Possibili sviluppi futuri
Il lavoro svolto fino ad ora rappresenta solo il passo iniziale per lo studio, e la possibile realizzazione, di questo propulsore.
Per controllare l’andamento del campo magnetico e quello della temperatura nelle zone dove si perde la simmetria assiale, sarà necessario svolgere un’analisi tridimensionale. Nella presente relazione non si è tenuto conto della progettazione delle interfacce sia elettrica che gassosa: si dovranno quindi dimensionare i condotti di alimentazione per il gas e i contatti elettrici. Dovrà inoltre essere progettata l’interfaccia di collegamento tra la camera di prova e la base del propulsore e le apparecchiature di misurazione.
A conclusione di ciò si potrà passare alla realizzazione fisica del propulsore e ai test di prova. Se nel complesso il propulsore presentasse un comportamento poco differente da quello che è stato studiato e le misurazioni rientrassero nell’ordine di grandezza dell’analisi, allora si potrebbe pensare a miglioramenti e ottimizzazioni dal punto di vista delle prestazioni, degli ingombri e dei pesi.
