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La progettazione di componenti per uso spaziale è sempre una sfida al limite delle tecnologie conosciute e delle conoscenze acquisite. Le esigenze crescono, c’è sempre più richiesta di propulsori performanti, cioè con impulsi specifici sempre maggiori, che però abbiano un alto grado di affidabilità. Le prestazioni maggiori non si possono avere se non da una maggiore caratterizzazione matematica dei problemi d’insieme che si devono affrontare e superare. Uno dei casi in cui questo risulta più evidente è la progettazione di induttori per uso spaziale. L’induttore funziona come una pompa assiale e permette una prima compressione del fluido di lavoro evitando o ritardando in questo modo la cavitazione della pompa principale del combustibile. Questo elemento è soggetto allo sviluppo di cavitazione che, oltre all’erosione delle pale, può portare al degrado delle prestazioni ed all’insorgere di pericolose instabilità fluidodinamiche e rotodinamiche.
La società Alta-Space di Pisa ha una ricca storia di prove sperimentali per la certificazione delle prestazioni di induttori progettati e prodotti da grandi società che operano in campo spaziale. Tanto per fare un esempio dell’importanza a livello internazionale per le prove sperimentali di induttori di questa azienda, si ricorda la campagna condotta sul prototipo sperimentale, “FAST2”, dell’induttore della pompa dell’ossigeno liquido del motore VINCI dell’ultimo stadio di Ariane 5, la cui progettazione e realizzazione è stata affidata ad AVIO S.p.A.
Il passaggio alla progettazione di induttori è stato il naturale proseguo di un’azienda votata alla ricerca applicata.
Questo lavoro riassume quindi lo sviluppo di un modello matematico capace di dare, con un’analisi di primo ordine, le linee guida per la progettazione di induttori per uso spaziale, e parallelamente la progettazione, grazie al modello sviluppato, del primo induttore di casa Alta-Space, il “Nautilus”.
Il primo capitolo della tesi introduce alle problematiche inerenti la progettazione di un induttore per uso spaziale e i diversi approcci che durante gli anni si sono avuti da parte delle aziende costruttrici.
Nel secondo capitolo viene proposto e spiegato il modello sviluppato dal professor Luca d’Agostino, e viene illustrata la geometria che caratterizza il Nautilus. Sono riportate anche le applicazioni del modello matematico-prestazionale ad altri induttori di cui si conoscevano già le prestazioni per avere una prima convalida della funzionalità del modello matematico-prestazionale.
Nel terzo capitolo vengono riportate le prove numeriche condotte con un programma C.F.D. (Fluent) sulla nuova geometria sviluppata. Queste sono state utilizzate come una seconda convalida del modello sviluppato.
Nel quarto capitolo è descritta la galleria idrodinamica della società, ed i pezzi che sono stati riprogettati per poter inserire il Nautilus e sottoporlo a prove sperimentali.
Il quinto e ultimo capitolo da una “road-map” da seguire per gli ulteriori sviluppi inerenti la progettazione del Nautilus che dovrebbero portare alla prototipizzazione del nuovo induttore.