La missione dell’unità Propulsione Aerospaziale e Flussi Reagenti (PAFR) é quella di garantire, attraverso le capacità, le competenze e gli impianti presidiati, lo sviluppo di programmi e progetti di ricerca e servizio, di interesse nazionale ed internazionale. Tali programmi permetteranno di accrescere la competitività nazionale nella progettazione di sistemi propulsivi ottimizzati ed efficienti, nonché nello sviluppo di metodologie e concetti innovativi per propulsori di nuova generazione. Inoltre l’unità fornisce supporto specialistico alla progettazione aerodinamica ed aerotermodinamica di sistemi per il trasporto spaziale.
L’Unità di Ricerca Propulsione Aerospaziale e Flussi Reagenti è strutturata in due laboratori che svolgono attività inerenti la modellistica e sviluppo, Lab. di Aero-Termodinamica e Combustione” (ATCO), e la sperimentazione e applicazione, Lab. di Sperimentazione e Applicazioni (SPAP). Le attività di questa Unità R&ST si riconducono alle seguenti macro-aree:
Aerotermodinamica
Da oltre venti anni l’Unità detiene competenze nel campo dell’aero-termodinamica. In particolare, essa fornisce contributi alla progettazione di sistemi di trasporto spaziale (capsule, veicoli di rientro, lanciatori) tramite: produzione di data base aerodinamici e aero-termodinamici, ottenuti integrando misure sperimentali e simulazioni CFD; analisi di fenomenologie critiche localizzate che possono produrre carichi termici e meccanici lesivi per il controllo e l’integrità strutturale dei veicoli; progettazione di prove in galleria finalizzate alla qualifica e/o verifica di veicoli in scala o parti di essi in dimensione reale, assicurando la corretta corrispondenza tra condizioni di volo reali e condizioni simulate (metodologia di estrapolazione dal volo e al volo). Negli ultimi anni, sia in ambito nazionale che internazionale, l’Unità ha acquisito competenze nella progettazione, sviluppo e qualifica in ambiente rilevante di esperimenti (“payload”) di volo, sia per capsule balistiche (programma EXPERT) che per veicoli di rientro alati (programma USV).
Propulsione
L’Unità sta creando capacità e competenze che permettano di progettare sistemi propulsivi evoluti ed efficienti; si stanno, inoltre, sviluppando metodologie e concetti innovativi per la caratterizzazione di sistemi propulsivi di nuova generazione. Lo scopo è quello di fornire una base metodologica e sperimentale per la progettazione ed analisi di sistemi di propulsione aerospaziale (sia per trasporto spaziale che per l’aeronautica), sia convenzionali che di futura generazione. L’Unità è così chiamata a definire e coordinare attività di sperimentazione nel campo della propulsione aerospaziale, servendosi delle capacità di sperimentazione su banchi prova (HYPROB) e delle proprie competenze teorico-numeriche. Al momento, l’Unità è impegnata nella progettazione ed analisi della fluidodinamica interna in camere di combustione ad alta pressione ed ugelli di spinta, oltre ché di componenti di propulsori di nuova generazione, tipo ram-jet e scram-jet. Ulteriore campo d’interesse è quello dell’interazione elettro-fluidodinamica con significative applicazioni nel miglioramento delle prestazioni dei propulsori e nell’individuazione di metodiche per la riduzione delle emissioni di NOx in propulsori aeronautici e spaziali.
Sviluppi su Flussi Reagenti e Combustione
Allo scopo di supportare le applicazioni precedentemente descritte l’unità si occupa di attività di sviluppo e validazione di codici di calcolo per la simulazione di miscele di gas reagenti, che non si comportano come gas perfetti, ma si dissociano e ionizzano a causa delle elevate temperature. Una delle applicazioni tipiche cui sono rivolti tali codici è l’analisi di velivoli o capsule spaziali che si muovono a velocità molto elevate (Mach > 6) nell’atmosfera terrestre o di altri pianeti. L’Unità si occupa dello sviluppo e validazione di codici di calcolo per la simulazione di fenomeni di combustione, sia all’interno di razzi a propellente liquido (Lox-Hc) che in scram-jet. Nel caso della combustione, i modelli chimici sono tipicamente molto complessi e prevedono un elevato numero di reazioni e specie chimiche. L’utilizzo di modelli di cinetica chimica dettagliati è fondamentale per la corretta modellizzazione del fenomeno d’accensione, necessaria per l’accurata previsione delle prestazioni dei motori. Di contro modelli chimici così complessi sono troppo onerosi dal punto di vista computazionale. Pertanto risulta necessario sviluppare modelli ridotti che, in intervalli di temperatura e pressione definiti caso per caso, possano comunque riprodurre fedelmente il fenomeno dell’accensione.
Contatti
Dr. Ing. Salvatore Borrelli
e-mail: s.borrelli@cira.it
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