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• Propulsion
• Solid Propellant Rocket

Il Motore a Razzo a Propellente Solido costituisce un sistema che, per sua natura, contiene intrinsecamente ed ha quasi totalmente definita, nelle propriet&agrave chimiche del grano e nella sua geometria, tutta la storia delle grandezze termofluidodinamiche e caratteristiche dal momento dell’accensione sino allo spegnimento.
Per questo la previsione costituisce uno dei mezzi più importanti per la gestione e l’utilizzo di esso, in termini di garanzia delle prestazioni ed altri fattori, tra cui il risparmio.
Soprattutto in ambito spaziale, infatti, le dimensioni e la potenza generalmente enormi di tali motori, insieme al fatto che nella maggior parte dei casi non siano riutilizzabili, li rendono sistemi molto costosi, così come, a maggior ragione, le loro prove statiche di tiro a terra, che richiedono ovviamente strutture ed una preparazione logistica su ampia scala. Rimanendo queste, in ogni caso, inevitabili e necessarie sia per la qualifica in fase di progetto che per le verifiche di modifiche apportate durante gli anni di servizio come booster dei primi stadi di un lanciatore, resta però implicito che la limitazione delle prove stesse determini un importante abbassamento dei costi in entrambe le fasi. Da ciò segue l’ulteriore importanza che possono avere delle previsioni affidabili.
In questa ottica viene concepita la presente tesi di laurea; il suo scopo &egrave la creazione ex-novo e lo sviluppo di un codice numerico di balistica interna non stazionaria capace di calcolare le prestazioni dei motori a razzo a propellente solido dall’accensione al burn-out.
La richiesta da parte di Avio di un simile progetto &egrave dettata dalla necessit&agrave di avere un codice di base affidabile unico, che costituisca un punto di partenza per uno più complesso arricchito nel tempo con modifiche dettate dalle esigenze. Allo stato attuale, infatti, si utilizzano per le previsioni due codici distinti, uno per la fase del transitorio ed un altro per la fase dello stazionario, ma non si &egrave in possesso di un codice capace di simulare l’intera prestazione e quindi, una volta conosciuto a fondo, gestibile e modificabile secondo le necessit&agrave.
Le difficolt&agrave incontrate nella realizzazione di un modello adeguato sono legate alla scelta del solutore numerico e alla gestione dello stesso in relazione alla complessit&agrave del problema in esame; la simulazione del fenomeno nel suo insieme richiede, infatti, la modellizzazione di tanti processi e fenomeni piuttosto complessi (combustione del grano propellente, scambio di calore, combustione erosiva, ecc.) che giocano, ciascuno, un ruolo importante; per questo &egrave inevitabile che il modello matematico adottato rappresenti una forte semplificazione del problema reale.
Il presente elaborato descrive le problematiche incontrate e gli argomenti trattati per la realizzazione del codice, partendo dall’analisi di un problema più semplice per la realizzazione di un modulo core capace di risolvere problemi base di cui si conosce la soluzione esatta (la richiesta principale di Avio &egrave infatti fondamentalmente questa); i risultati ottenuti serviranno per la validazione del codice stesso. Nei capitoli successivi viene poi illustrato un ulteriore lavoro svolto: la trattazione del problema più generale legato alla fenomenologia della combustione di un grano propellente in un motore a razzo ed il modo in cui si &egrave arrivati alla realizzazione di un codice più complesso capace di trattare il problema completo.
Per poterne infine valutare la bont&agrave e la precisione, il programma finale &egrave stato testato sull’MPS di Ariane 5, il motore più complicato per la sua geometria sino ad ora realizzato ed ormai ampiamente conosciuto da Avio, dato il suo attuale e continuo utilizzo in decine di voli dal 1996 come booster del lanciatore europeo.
Come ultima prova, ma da considerarsi non più che un esempio secondario, data la scarsit&agrave di dati e familiarit&agrave con essi se paragonato al precedente per ovvii motivi di attuale ricerca e sviluppo, si &egrave effettuato un test su un motore sperimentale (Zefiro16) tirato al banco durante le fasi di sviluppo del nuovo lanciatore VEGA, che sar&agrave ultimato nei prossimi anni, e che entrer&agrave a far parte della flotta di Arianespace come soluzione più economica e flessibile per la messa in orbita di piccoli carichi.