Commissioning and testing of a supersonic wind tunnel for linear cascade testing in rotating detonation engine application

Pressure Gain Combustion (PGC) is a combustion approach that, when applied to gas turbines, can lead to a significant improvement in overall efficiency. Among the most promising implementations of this technology are Rotating Detonation Engines (RDE). However, the integration of this combustion tecnology into gas turbines is still at an experimental stage, as it introduces thermal and mechanical stresses that are not yet fully understood or controlled. Once this technique is successfully implemented in gas turbine cycles, it is expected to yield higher thermal efficiencies and reduced weight for the same power output. This advancement would enable a reduction in greenhouse gas emissions across various sectors, including aviation and power generation. This work aims to complete the assembly of a supersonic wind tunnel designed to investigate the effect of the operating conditions released by an RDE on a supersonic inlet turbine and to analyze the results obtained from a series of experimental tests. The facility includes a nozzle designed to achieve an exit velocity corresponding to Mach 1.82, followed by a planar cascade of seven blades. The initial tests carried out on the tunnel focused on verifying flow periodicity across all channels and subsequently assessing the nozzle flow uniformity. The latter was not verified during the first phase of commissioning but it will be addressed and optimized in the final phase of this research.

La Pressure Gain Combustion (PGC) è un metodo di combustione che, se applicato alle turbine a gas, può garantire un significativo incremento dell’efficienza complessiva. Tra le varianti più promettenti di questa tecnologia si distinguono i Rotating Detonation Engines (RDE). Tuttavia, questo metodo di combustione è ancora in fase sperimentale per quanto riguarda l’integrazione nelle turbine a gas, poiché genera sollecitazioni termiche e meccaniche che devono essere ancora pienamente comprese e gestite. Una volta che l’applicazione di questa tecnica ai cicli a gas sarà resa efficace, si potranno ottenere maggiori efficienze termiche e una riduzione del peso a parità di potenza erogata. Ciò consentirà una diminuzione delle emissioni di gas serra in diversi settori, tra cui l’aeronautica e la produzione di energia elettrica. L’obiettivo di questa tesi è completare l’assemblaggio di una galleria del vento supersonica progettata per studiare gli effetti delle condizioni operative di una turbina ad inlet supersonico preceduta da un RDE e successivamente analizzare i risultati ottenuti dai vari test condotti. La galleria è costituita da un ugello progettato per raggiungere una velocità di uscita pari a Mach 1.82, seguito da una schiera piana composta da sette pale. I test preliminari eseguiti sulla galleria sono stati finalizzati a verificare la periodicità del flusso in tutti i canali e, in un secondo momento, l’omogeneità del getto in uscita dall’ugello. Quest’ultima non è stata verificata nelle prove iniziali, ma sarà oggetto di ottimizzazione e validazione nella fase conclusiva del lavoro di tesi.