Algoritmo per la misura semiautomatica della dimensione degli agglomerati di un propellente solido alluminizzato

Metalized solid propellant are affected by the phenomenon of agglomeration, which consists in the formation of metal particles of spheroidal shape at the combustion surface. This generates a two-phase flow, which leads to specific impulse losses and to other processes that produce a general deterioration of the performance of the engine. The value of the agglomerates mean diameter is an important parameter for delivered performance prediction and improvement monitoring. One of the methods used for agglomeration data collection is based on a visual technique and a manual post-processing method. The aim of the thesis here presented is to make the measurement process faster and more automatic, by making it semi-independent from the operator, in order to eliminate the arbitrariness in the distinction of the agglomerate boundary. The proposed method is based on Abel deconvolution. The work introduces and elaborates a mathematical framework for its application of agglomerates. Modifications to the original approach are introduced, enabling the measurement of non-symmetric objects and indetification of different agglomerate structures. Special care is given to the definition of an accurate and stable numerical procedure for inversion algorithm. Modifications to original literature algorithms have been justified and supported by numerical test cases and examples. A computer program able to acquire data from video recorded frame has been then created. By using a new visual interface, the software is able to automatically determine the extent of its diameter and to locate in the figure the two points corresponding to its boundary. Finally, the algorithm produced was applied to a series of movies recorded in SPLab laboratory and the results were compared with those obtained manually by an established technique for optical measurement. The comparison showed a good similarity both for the mean diameter values (D_ Surf 43) and for the trends of the probability density functions (PDF), thus allowing the validation of the algorithm.

I propellenti solidi metallizzati sono affetti dal fenomeno dell'agglomerazione, che consiste nella formazione di particelle metalliche di forma sferoidale presso la superficie di combustione. Si genera così un flusso bifase, che porta a perdite di impulo specifico e ad altri processi che portano ad un generale decadimento delle prestazioni del motore. La misurazione del diametro medio degli agglomerati rappresenta un parametro importante per la predizione delle reali prestazioni del motore e rappresenta un metodo di indagine utile per valutarne possibili miglioramenti. Attualmente uno dei modi più utilizzati per la misura dei prodotti di combustione si basa su una tecnica ottica e un'analisi completamente manuale dei risultati. Il lavoro di tesi qui presentato ha l'obbiettivo di rendere più veloce e automatico il processo di misura, facendolo diventare semi-indipendente dall'operatore, in modo da eliminare le arbitrarietà nella distinzione del contorno dell'agglomerato. Il lavoro si è focalizzato sulla definizione matematica dell'algoritmo di post-processing automatico, basato sul metodo di inversione di Abel. Si è proposto una soluzione innovativa che, partendo dalla letteratura disponibile, ha permmesso la misura di agglomerati di aspetto non simmetrico e struttura arbitraria. Una parte dell'attività si è concentrata sulla definizione di un metodo accurato e stabile per il processo di inversione della convoluzione. Scelte e modifiche agli algoritmi originali sono stati giustificati da esempi e da test numerici. Successivamente, è stato creato un programma computerizzato capace di acquisire i dati dal fotogramma mediante un'interfaccia, di determinare in modo automatico la misura del suo diametro e di localizzare in figura i due punti corrispondenti al suo contorno. Infine è stato applicato l'algoritmo creato a una serie di filmati registrati in laboratorio SPLab e sono stati raffrontati i risultati ottenuti con quelli ricavati manualmente tramite una consolidata tecnica di misura ottica. Il confronto ha mostrato una buona similitudine sia per quanto riguarda i valori medi del diametro (D_Surf 43) sia per gli andamenti delle funzioni di densità di probabilità (PDF), permettendo così di validare l'algoritmo.