Misura della velocità di regressione di combustibili a base paraffinica per endoreattori ibridi

Hybrid propulsion for rocket applications shows a large number of advantages with respect to traditional thermochemical propulsion systems, which are: thrust modulation, inherent safety, low cost and environmental friendliness. Thanks to them, the international scientific community and companies working in the field of aerospace propulsion consider this technology as the best candidate to the alternative of liquid and solid fuels. There are however a number of disadvantages that disrupt this potential, among these the main limitation is the low regression rate. To eliminate or at least reduce the gap that still existing with respect to the liquid and solid propulsion, many efforts are being taken place. The diffusion flame of fuels such as polymers, used in the hybrid propulsion, is responsible for a regression rate by about an order of magnitude less when compared to solid fuels. The following thesis has the objective of measuring, through an extensive experimental campaign, the average regression rate of formulations based on wax, innovative for combustion in hybrid rockets. The comparison of the ballistic performance of such fuels allows to quantify the relative weight, in terms of propulsive performances, of some of the main chemical/physical phenomena characterizing the combustion of the most innovative formulations (such as the entrainment effect).

La propulsione di tipo ibrido offre numerosi vantaggi rispetto a sistemi di propulsione termochimica più tradizionali, tra questi: modulabilità della spinta, sicurezza intrinseca, riduzione dei costi e basso impatto ambientale. Grazie ad essi la comunità scientifica internazionale e le aziende che lavorano nel settore della propulsione aerospaziale considerano questa tecnologia come la miglior candidata alternativa ai sistemi a propellente liquido e solido. Vi sono però svantaggi che inficiano tali potenzialità; tra questi il limite principale è rappresentato dalla bassa velocità di regressione. Per eliminare o quantomeno ridurre il gap che ancora esiste rispetto alla propulsione liquida e solida, si stanno compiendo molti sforzi. La fiamma di diffusione di combustibili polimerici, usati nella propulsione ibrida, regredendo porta a una velocità di regressione di circa un ordine di grandezza inferiore se raffrontata a quella dei propellenti solidi. Il presente lavoro di tesi si pone l’obbiettivo di misurare, attraverso un’estesa campagna sperimentale, la velocità di regressione media di formulazioni paraffiniche, innovative per la combustione ibrida. Il confronto delle prestazioni balistiche di tali combustibili permette di quantificare il peso relativo, in termini di prestazioni propulsive, di alcuni tra i principali fenomeni chimico/fisici caratterizzanti la combustione delle formulazioni più innovative (quale ad esempio l’effetto dell’entrainment).