Design, realizzazione e test di un endoreattore ibrido di tipo vortex flow pancake

This thesis is framed in the hybrid propulsion trend for satellite applications. The microsatellite sector is having a great development in the last few years. This trend boost the research for new and more efficient propulsion systems for space operations, which have a low cost and ease of use and management. The hybrid rocket technology has the potential to address these needs, thanks to its inherent safety and versatility. Nevertheless, it is necessary to solve some problems that limit a wider use of this technology. This present work has addressed the issues of encumbrance and combustion efficiency of an hybrid rocket engine. An experimental setup has been designed and manufactured, which allows to perform aimed researches, dedicated to reduce the total encumbrance of the motor and improve its efficiency, even with the use of paraffin-based fuels. The study of the state of the art solutions in this field, has allowed to drawn the guidelines in order to design a Vortex Flow Pancake combustion chamber, able to be modular and easy to use. The experimental setup developed in this work is useful in the research of various propulsion solutions, with the goals to use the fluid dynamics characteristics of this geometry to improve its performance. The combustion chamber has been designed, built and tested in order to assess its potential and effectiveness.

Il presente lavoro di tesi si inquadra nel filone della propulsione ibrida per applicazioni satellitari. Il grande sviluppo che sta avendo il settore microsatellitare guida la ricerca di nuovi e più efficienti sistemi propulsivi per operazioni spaziali, che abbiano un costo contenuto e facilità di gestione. La propulsione ibrida ha le potenzialità per rispondere a questa esigenza, grazie alla sua intrinseca sicurezza e versatilità, ma occorre risolvere alcune problematiche che ne limitano lo sviluppo. In questa attività si è affrontato il problema dell’ingombro e dell’efficienza di combustione di un endoreattore ibrido, realizzando una linea sperimentale che consente di svolgere ricerche mirate a ridurre il primo e aumentare il secondo, utilizzando combustibili di tipo paraffinico. Dallo studio dello stato dell’arte si sono tratte le indicazioni per realizzare una camera di combustione Vortex Flow Pancake, modulare ed efficiente, utile allo studio di varie soluzioni propulsive volte a perfezionare la tecnologia dal punto di vista fluidodinamico e migliorarne le prestazioni grazie all’uso di combustibili bassofondenti. La camera di combustione è stata progettata, costruita e testata, in modo da verificarne le potenzialità e l’efficacia.