Proprietà termiche, meccaniche e balistiche di combustibili solidi bassofondenti per propulsione spaziale ibrida

This work concerns the field of hybrid rocket propulsion. In particular, due to the strong interest arisen in the scientific community involving the low-melting fuels based on paraffin, the activities done have been focused on the study of these fuels added with polymers. Nowadays, researchers are analyzing especially paraffin-based blends with a single polymer; this work deals with the use of two thermoplastic elastomers able to interact between them, hopefully increasing the whole mechanical features of the fuel, without reducing its ballistic properties. Some rheological and viscosimetric tests have been done, in order to evaluate the effects of the two polymers inside paraffinic blends, following the creation of chemical bonds between them. Moreover, through uniaxial tensile tests, mechanical features have been evaluated. The calorimetric analysis completed the characterization of the fuel. The last evaluation was devoted to the burning characteristics, performing ballistic tests, to find out mostly the regression rate of the fuel and estimate how it is affected by the thermoplastic elastomers considered in this study.

Il presente lavoro di tesi si inquadra nel settore disciplinare della propulsione ibrida per endoreattori. In particolare, a seguito del forte interesse suscitato nella comunità scientifica da parte dei combustibili basso-fondenti a base di paraffina, le attività svolte si sono poste lo specifico compito di studiare in maniera approfondita tali combustibili con l’aggiunta di additivi polimerici. Dato che nel contesto attuale di ricerca sono allo studio miscele di paraffina additivate da un singolo polimero, il lavoro qui presentato ha preso in esame l’utilizzo di due elastomeri termoplastici interagenti che potessero migliorare le proprietà meccaniche, senza contestualmente deteriorare le proprietà balistiche. Sono state inizialmente condotte prove reologiche e viscosimetriche per valutare gli effetti dei due polimeri all’interno di miscele paraffiniche, anche a seguito della creazione di legami chimici tra di essi. In seguito, mediante prove di trazione su provini, si sono valutate le caratteristiche meccaniche del combustibile. Un’analisi calorimetrica ha infine completato la caratterizzazione della miscela studiata. Per valutare le proprietà di combustione è stata condotta una campagna sperimentale di prove balistiche, con l’obiettivo di valutare la velocità di regressione dei combustibili presi in esame e stimare gli effetti della componente elastomerica.