Progetto di un generatore di getti ipersonici

The purpose of this work is to develop and to validate a generator of hypersonic jets in a rarefied environment. The work fits into the line of research related to the study of hypersonic jets of fluid dynamics and astrophysical interest, particularly for the simulation of stellar jets. The device allows to perform a gas compression by direct electrical heating. Unlike the piston system previously used in the same facility (where compression is realized by volume variation), it is possible to have a mass flow rate independent from the total enthalpy, thanks to a fast solenoid valve with a very short response time (in the order of ms). The mass flow rate reaches very quickly the steady-state value when the valve opens; the valve closure, obtained by a return spring, allows to stop the jet at the desired time. It is also possible to work with a higher quantity of gas, due to the higher volume available, and to control the test parameters through the use of suitable tools.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è la progettazione e la validazione di un generatore di getti ipersonici in ambiente rarefatto. L'elaborato si inserisce nel filone di ricerca relativo allo studio di getti ipersonici di interesse fluidodinamico e astrofisico, soprattutto per la simulazione di getti stellari. Il dispositivo permette di realizzare una compressione del gas tramite riscaldamento elettrico diretto. La novità principale rispetto al precedente sistema a pistone nello stesso impianto (dove la compressione avviene per variazione di volume), tuttavia, è la possibilità di rendere la portata in massa del gas del getto indipendente dall'entalpia di ristagno, mediante l'utilizzo di un'elettrovalvola rapida: grazie a tempi di apertura molto brevi (nell'ordine dei ms), la portata in massa del gas raggiunge molto rapidamente il valore di regime; la chiusura della valvola, forzata da una molla di ritorno, permette di interrompere il getto nell'istante desiderato. A questo si aggiunge la possibilità di elaborare una quantità di gas maggiore (fattore dovuto al volume maggiore del serbatoio rispetto al pistone) e di controllare i parametri di prova tramite l'utilizzo di strumenti idonei.