Indagine sperimentale di transitori di combustione in un endoreattore ibrido in scala di laboratorio

The thesis work concerns the experimental study of re-ignition of the solid grain previously burned and evaluation of ballistic parameters for combustion tests with throttling of the oxidizer flow rate. The activity carried out fits into the space propulsion context, in particular it focuses on the hybrid engine propulsion systems. For each type of test an adequate methodology was developed for a reasonable comparison of the data obtained. The thesis concerns low-melting solid fuels consisting of paraffin-based hydrocarbons. For grain re-ignition tests, two formulations are used: one consisting of pure paraffin, the other additivated with a polymer. Only the polymer additive formulation is used for flow modulation tests. The results obtained show that the re-ignition test is characterized by a greater ignition delay and a reduction in combustion efficiency for both formulations. In the same type of test, the formulations of S10W1 are subjected to a greater ignition delay and combustion efficiency than the W1 formulations. The results of the thesis collectively make a significant contribution to the investigation of the ballistic characteristics of hybrid motors, with paraffin-based propellants, which are of great interest for reducing costs in space propulsion systems.

Il presente lavoro di tesi riguarda un’indagine sperimentale sulla riaccensione di grani di propellente parzialmente combusto e sulla valutazione dei parametri balistici per una prova di combustione con modulazione della portata. L’attività svolta si inserisce nel contesto della propulsione spaziale, in particolar modo si focalizza sui sistemi di propulsione spaziale di tipo ibrido (combustibile allo stato solido e ossidante allo stato liquido o gassoso). Per ogni tipologia di prova è stata sviluppata una metodologia adeguata per un confronto dei dati ottenuti. La tesi ha riguardato combustibili solidi bassofondenti costituiti da idrocarburi a base paraffinica.Per le prove di riaccensione di grani, sono state utilizzate due formulazioni: una costituita da paraffina pura, l’altra additivata con un polimero. Per le prove di modulazione della portata è stata utilizzata solamente la formulazione additivata con il polimero. I risultati ottenuti hanno evidenziato che la prova di riaccensione è caratterizzata da un maggiore ritardo di ignizione e da una riduzione dell’efficienza di combustione per entrambe le formulazioni. A parità di prova, le formulazioni di S10W1 sono soggette ad un ritardo di ignizione ed efficienza di combustione maggiori rispetto alle formulazioni W1. I risultati della tesi complessivamente apportano un significativo contributo nell’indagine delle caratteristiche balistiche degli endoreattori ibridi, con propellenti a base paraffinica, che sono di grande interesse per la riduzione dei costi nei sistemi di propulsione spaziale.