Diagnostic methodologies in a blow-down hypersonic tunnel for rocket based combined cycle engine performance characterization

This thesis work is part of the disciplinary area of hypersonic propulsion. After a brief historical overview and a review of the most significant results achieved to date, the work describes various methodologies used to characterize the performance of the combined cycle engine based on a rocket engine, implemented on a supersonic tunnel available at the ICMATE Institute of the CNR, based in Milan. Tests on a scramjet propulsion were conducted in the blow-down high-enthalpy tunnel, using an engine model with modifiable geometry, in order to evaluate the performance parameters when the engine operates in rocket-only mode. Among these parameters the Mach number of the exhaust flow and the momentum, the specific impulse and the thrust were considered. The report also describes a method adopted to preserve the accuracy of the rocket combustion chamber pressure sensor and a method for assessing the stagnation temperature of the enthalpy flow at the nozzle discharge.

Questo lavoro di tesi si inquadra nel settore disciplinare della propulsione ipersonica. Dopo un breve inquadramento storico e una rassegna dei più significativi risultati raggiunti sino ad oggi, il lavoro descrive varie metodologie utilizzate per la caratterizzazione delle prestazioni del motore a ciclo combinato basato su un motore a razzo, implementato su di un tunnel supersonico disponibile presso l’Istituto ICMATE del CNR, con sede a Milano. Prove su una propulsione scramjet sono state condotte nel tunnel ad alta entalpia di tipo blow-down, utilizzando un modello di motore con geometria modificabile, al fine di valutare i parametri di prestazione quando il motore funziona in modalità solo razzo. Tra detti parametri sono stati considerati il numero di Mach del flusso di scarico e la quantità di moto, l’impulso specifico e la spinta. Il rapporto descrive anche un metodo adottato per preservare l'accuratezza del sensore di pressione della camera di combustione del razzo e un metodo per la valutazione della temperatura di ristagno del flusso di entalpia allo scarico dell'ugello.