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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-06232008-125512


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
NITTOLI, CLAUDIO
URN
etd-06232008-125512
Titolo
Modello numerico della scarica in un propulsore ad effetto Hall
Dipartimento
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Relatori
Relatore Prof. Andrenucci, Mariano
Relatore Ing. Rossetti, Paola
Relatore Ing. Saverdi, Massimo
Parole chiave
  • fisica di un propulsore ad effetto Hall
  • metodo delle secanti
  • ROS2000
  • modello numerico
Data inizio appello
15/07/2008
Consultabilità
Parziale
Data di rilascio
15/07/2048
Riassunto
Negli ultimi anni la propulsione ad effetto Hall ha trovato grandi spazi applicativi in campo spaziale. Ciò è stato possibile grazie ad un intenso lavoro sperimentale condotto nell’ex Unione Sovietica, negli Stati Uniti d’America e recentemente anche in Europa e soprattutto grazie ai moderni sistemi satellitari in grado di supportare a bordo la potenza elettrica necessaria per alimentare propulsori di crescenti dimensioni.
Il presente lavoro, svolto presso ALTA, riguarda l’elaborazione e conseguente validazione di un modello numerico della scarica in un propulsore ad effetto Hall.
Il modello qui proposto, può essere di grande utilità ai fini progettuali, data la sua capacità di descrivere, in tempi di esecuzione relativamente brevi e con una certa accuratezza il complesso dei fenomeni fisici esistenti nel canale d’accelerazione di un propulsore ad effetto Hall nonché di predire i parametri integrali dello stesso.
Il modello, elaborato, presenta alcune semplificazioni, rese necessarie dalla complessità dei fenomeni fisici coinvolti, le più evidenti delle quali sono relative alla monodimensionalità e alla stazionarietà del plasma.
Nonostante le semplificazioni sopra elencate, il modello tiene conto delle complesse interazioni tra effetti di natura elettrostatica, termica, cinetica caratteristici di un propulsore ad effetto Hall.
Il modello è stato validato mediante i risultati sperimentali relativi al ROS2000, propulsore ad effetto Hall di 2kW di potenza nominale realizzato da Astrium Gmbh e testato nella camera di prova di ALTA.
Il presente lavoro, dopo un parte introduttiva relativa alle generalità della propulsione spaziale ed elettrica in modo particolare e un’attenta analisi del principio di funzionamento di un motore ad effetto Hall con tutti gli aspetti fisici connessi, descrive in modo accurato le equazioni e le condizioni al contorno che sono alla base del modello fisico adottato.
Segue una descrizione dettagliata del tipo di algoritmo numerico adottato, un’analisi dei risultati ottenuti e una rassegna dei possibili sviluppi futuri.

Abstract

In recent years, the Hall effect propulsion has found a large application in space.
This has been possible thanks to intense experimental work done in the ex Soviet Union, in the USA and recently in Europe, and especially thanks to modern satellite systems which are able to supply the electric power necessary to feed even bigger thrusters.
The work presented, done in ALTA, concerns the elaboration and consequent validation of a numerical model of the discharge in a Hall effect thruster.
The presented model could be of great profit for project purposes, because it’s able to describe in a short time and with great accuracy the complexity of physical phenomenon, existing in the acceleration channel of a HET and its integral parameters.
The model presented is characterized by some simplifications that were necessary, because of the complexity of physical phenomenon involved.
The most evident of these simplifications are connected to the monodimensionality and the stationarity of plasma.
Despite of the simplifications , the model takes into account the complex correlation between electrostatic, thermic, kinetic effects which are characteristics of a HET.
The model has been validated with experimental results regarding the ROS2000, a 2kW HET produced by Astrium Gmbh and tested in ALTA’s test chamber.
This work, after an introduction regarding the generalities of space and electric propulsion and after an analysis of the working principle of a HET with all the relevant physical aspects, accurately describes the equations and boundary conditions which are the basis of the physical model adopted.
Following, is a detailed description of the numerical algorithm, an analysis of results obtained and a list of possible future development.
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