• ablazione
• teflon
• reti equivalenti
• ionizzazione
• propulsione elettrica
• sistemi di immagazzinamento energia
• Cauer
• stri cinetici
• prestazioni ppt
• ppt

Il presente lavoro si propone di descrivere il funzionamento dei propulsori al plasma pulsati cercando di coglierne gli aspetti e le strutture salienti che caratterizzano questo tipo di propulsori, i limiti e le possibilità di sviluppo. Prevede quindi la realizzazione di modelli fisici e matematici che schematizzano e riproducono tali strutture simulandone il comportamento. A supporto, un codice di calcolo rende possibile la stima in prima approssimazioni delle prestazioni di questi propulsori per diverse configurazioni geometriche ed operative. Lo studio prevede l’analisi delle fasi principali della propulsione, in particolare del sistema di generazione della scarica sulla superficie del propellente e del fenomeno di ablazione che ne consegue. Un’attenzione preliminare è rivolta alle molteplici forme e configurazioni che un PPT può assumere e in che modo la scelta opportuna del propellente o di elementi costruttivi possa influire sul rendimento e sulle prestazioni del propulsore. Dopodiché lo studio viene concentrato sui sistemi di accumulo di energia e di generazione della scarica sulla superficie del propellente analizzando nella fattispecie condensatori o banco di condensatori, linee di trasmissione e reti formatrici d’impulso (PFN) e sviluppando per ognuno il modello matematico che ne descrive il comportamento. Vengono poi applicati questi sistemi di immagazzinamento dell’energia ai propulsori pulsati al plasma, apportando modifiche alle equazioni matematiche e adattando lo studio al tipo e alle condizioni di scarica simulata. In particolare l’analisi è stata effettuata per propulsori nelle configurazioni geometriche più comuni, a elettrodi a lastre parallele e coassiali, studiando il moto della scarica nel condotto di accelerazione nelle schematizzazioni principali di slug e snowplow model. Il modello matematico ha permesso di descrivere l’andamento delle grandezze principali coinvolte quali velocità del plasma, intensità della scarica e tensione, e di confrontare in termini di efficienza le configurazioni geometriche e le schematizzazioni dei modelli dinamici. Allo scopo di ottimizzare e rendere più efficace la suddetta analisi, è stato sviluppato un software che consente di applicare le varie operazioni di scarica effettuate dai suddetti sistemi di accumulazione sulle diverse configurazioni di PPT e nelle condizioni fissate dall’utente; inoltre consente di trattare nel dettaglio le varie metodologie di scarica e di confrontarne le prestazioni.
Si procede all’analisi del fenomeno alla base della propulsione nei PPT ovvero l’ablazione e la formazione dello strato di ionizzazione sulla superficie del propellente, la quale mette in risalto la forte interazione tra i parametri che caratterizzano la colonna di plasma e l’ablazione del Teflon. Questo modello di ablazione è stato applicato ad un PPT ad elettrodi a lastre parallele di tipo breech fed, alimentato da un generatore di scarica costituito da un semplice circuito LRC e nell’ipotesi che la colonna di plasma una volta formata non acceleri ma rimanga ferma. In particolare si è costruito un modello analitico che tenesse conto degli scambi energetici tra colonna di plasma e superficie del Teflon; è stato effettuato, quindi, uno studio termico sul propellente. L’analisi numerica ha permesso di ottenere le evoluzioni temporali delle grandezze fondamentali che descrivono tale fenomeno come la densità e la temperatura del plasma, la temperatura superficiale del propellente, le densità delle particelle ioniche e pesanti, i potenziali delle guaine formatesi a ridosso degli elettrodi e del propellente e le densità di energia scambiate nel volume di controllo. Inoltre questi risultati sono stati ricavati per diverse configurazioni geometriche del propulsore e per livelli di energia differenti, avendo così la possibilità di confrontare le prestazioni e le efficienze relative a ciascun sistema. È un modello abbastanza articolato che mette insieme le varie fenomenologie che determinano il processo di ablazione e dà la possibilità in prima approssimazione di avere delle stime teoriche attendibili. L’analisi procede con la possibilità di considerare propellenti alternativi a quello comunemente usato, il Teflon, mettendo in risalto i vantaggi e le contro indicazioni che una scelta di propellente differente può comportare in termini di prestazioni del propulsore. Lo studio si conclude esaminando i componenti principali che costituiscono il circuito elettrico di scarica e di avvio della scarica; in modo particolare l’attenzione è stata concentrata sui condensatori che possono essere impiegati in queste applicazioni, le caratteristiche costruttive e i vantaggi e i limiti che ne derivano, in relazione all’attività propulsiva-elettrica dei PPT. Per quanto riguarda il circuito di innesco della scarica, la disquisizione ha coinvolto i dispositivi di commutazione (switch) e le candelette di accensione sottolineandone il modo in cui possano inficiare o migliorare le prestazioni del propulsore. Le conclusioni sul lavoro svolto portano a riassumere quanto fatto e a illustrare brevemente le problematiche legate ai PPT offrendo possibilità di sviluppo dei lavori soprattutto in merito ai risultati conseguiti e alle analisi effettuate.