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Cira

 
mercoledì 14 settembre 2016
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lunedì 10 luglio 2017
Propulsion
No
Le attività di ricerca che CIRA svolge nell'ambito della Propulsione vanno dallo sviluppo di propulsori aeronautici, alla realizzazione di sistemi di potenza ad alta densità di energia e alla progettazione di motori spaziali innovativi.
Propulsion
Plasma Wind Tunnel Complex, Space Qualification Laboratory, Advanced Materials and Processes, Vibro-Acoustic Characterisation Laboratory, Scientific computing systems, Methods and Technologies for Observations and Measurements, Acoustic Measurements and Air Quality Laboratory
Propulsione

 

 

Propulsione<img alt="" src="http://webtest.cira.it/PublishingImages/figura_22.jpg" style="BORDER:0px solid;" />https://www.cira.it/it/competenze/propulsione/PropulsionePropulsione<p style="text-align:justify;">Lo sviluppo della propulsione al CIRA è dettata dal Programma di Ricerche Aerospaziale - PRO.RA – che ne definisce le linee guida generali. Esse vengono attuate in coerenza con quanto prescritto dalle programmazioni strategiche, in ambito nazionale, dell'ASI (MIUR) e, in ambito europeo, dell'ESA (UE). </p><p style="text-align:justify;">La missione del CIRA è il "continuo" consolidamento e sviluppo di competenze e conoscenze per rispondere in maniera efficiente ai numerosi driver scientifici e sociali.</p><ul style="text-align:justify;"><li><p>L'Europa ha una posizione importante nel settore dei lanciatori e l'Italia, in particolare, riveste un ruolo significativo nel campo dei lanciatori di piccola taglia. Più specificatamente, nell'ambito del programma di sviluppo del lanciatore Vega -lanciatore per satelliti della massa di 1.500 chili in orbita LEO - dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), l'Italia figura come uno dei principali attori.</p></li><li><p>L'ultima Conferenza Ministeriale, nel contesto dell'accesso allo Spazio, ha dettato le linee di sviluppo future, indicando, tra l'altro, l'evoluzione di VEGA come priorità per potenziare le capacità di lancio europee. In tale scenario, lo sviluppo in Italia di propulsori ossigeno-metano si conferma come valida opzione per gli stadi superiori di VEGA, nel medio e lungo periodo. </p></li><li><p>Nell'ambito del Work Program Space di <strong>Horizon 2020</strong>, l'UE ha identificato una serie di driver tecnologici per i sistemi per l'accesso allo Spazio ed il trasporto spaziale, che investono anche la propulsione. Sono stati indicati, in particolare, i propellenti "green" per la sostituzione dell'idrazina, lo sviluppo di materiali e processi innovativi per motori di futura generazione, la propulsione elettrica per satelliti di futura generazione. </p></li><li><p>Il programma <strong>HYPROB</strong>, affidato al CIRA dal MIUR a partire dal 2010 con lo scopo di sviluppare know-how sui sistemi propulsivi a base di idrocarburi (metano) per lo Spazio, si conferma come strumentale a rendere il CIRA una struttura di eccellenza a livello europeo sulla propulsione, consentendo la formazione di personale altamente qualificato e la crescita di capacità tecnologiche avanzate al proprio interno e nelle aziende collegate. </p></li><li><p>Il rinnovato forte interesse per i viaggi interplanetari, e in particolare per Marte, sia a livello internazionale che a livello Europeo, impone lo sviluppo di sistemi propulsivi che attingano energia dal Sole, siano essi elettrici "convenzionali", es. motori ad effetto Hall, siano essi "rivoluzionari" quali ad esempio sistemi che si muovono spinti dal plasma solare, es. M2P2 (Mini-magnetospheric plasma propulsion) o sistemi che utilizzano l'energia remota dei laser.</p></li><li><p>In ambito di trasporto aeronautico, l'Europa detta al contempo le linee programmatiche di sviluppo di sistemi propulsivi d'avanguardia per l'aeronautica. Vi è richiesta di sviluppo di sistemi propulsivi efficienti & green includendo esplicitamente tra questi quelli elettrici, quelli ibridi –termici/elettrici- e quelli Diesel. Tale linee sono descritte in particolare nel Work Program di Horizon 2020. </p></li></ul><p style="text-align:justify;">In ambito aeronautico, le linee di ricerca a lungo termine sono dettate dalla SRIA (Strategic Research & Innovation Agenda) che, fissando, entro il 2050, la riduzione di CO2 del 75%, dell'NOx del 90% e del rumore percepito del 65%, rispetto ai valori medi dell'anno 2000, impone un grande investimento nello sviluppo di ultra-efficienti sistemi propulsivi. </p><p style="text-align:justify;">Gli obiettivi che si prefigge questo settore di competenza sono:</p><ul style="text-align:justify;"><li><p>Potenziare la capacità di analizzare, progettare e costruire motori a razzo a propellente liquido o ibridi, anche attraverso la costruzione di dimostratori tecnologici;</p></li><li><p>Rafforzare la capacità di analizzare, progettare e costruire motori elettrici per la propulsione spaziale;</p></li><li><p>Acquisire le tecnologie abilitanti per sostenere la progettazione di motori spaziali del futuro;</p></li><li><p>Sviluppare tecnologie per la costruzione di motori airbreathing innovativi (come statoreattori e scramjets);</p></li><li><p>Accrescere le capacità di simulazione dei fenomeni complessi di combustione nei motori a solido;</p></li><li><p>Progettare sistemi di potenza elettrochimici ad alta densità di energia per applicazioni in campo aerospaziale;</p></li><li><p>Analizzare e ottimizzare le prestazione di motori aeronautici termici e motori aeronautici ibridi (termici –elettrici); </p></li><li><p>Contribuire alle attività per la realizzazione degli impianti per la propulsione al CIRA; </p></li><li><p>Valutare la fattibilità di sistemi propulsivi rivoluzionari come sistemi laser e sistemi magnetici. </p></li></ul><p style="text-align:justify;">Le attività del CIRA nell'ambito della propulsione si sviluppano principalmente attraverso due laboratori:</p><p style="text-align:justify;">•            Metodologie e Tecnologie per la Propulsione Spaziale (MEPS)</p><p style="text-align:justify;">•            Metodologie e Tecnologie Propulsione Aeronautica e Sistemi di Potenza (MESP)</p><p style="text-align:justify;">Sono numerose le tematiche di ricerca affrontate e svolte sia all'interno di progetti/programmi sia nell'ambito di iniziative interne. </p><p style="text-align:justify;"><strong>Sistemi energetici per l'aerospazio</strong>. Il volo ad alta quota, per missioni di settimane, è stato un obiettivo PRORA che, nel recente passato, ha spinto il CIRA ad affrontare la tematica della propulsione basata sul ciclo chiuso dell'idrogeno. L'obiettivo della ricerca, in un sistema così articolato, era quello di raggiungere un valore alto della densità di energia per abilitare una sorta di "continuos flight". Nelle successive revisioni del PRORA sono stati rimodulati gli obiettivi della ricerca e, attualmente, il focus è sulla realizzazione di sistemi di potenza per velivoli della aviazione generale. Lo sforzo resta sempre quello di ottenere alti valore di densità di energia, ma con l'obiettivo di fornire potenza (sotto forma di corrente elettrica) alle utenze e al motore elettrico di un velivolo a propulsione ibrida (motore termico a pistoni & motore elettrico) .</p><p style="text-align:justify;"><strong>Motori aeronautici efficienti & green. </strong>Il CIRA, già nel 2000, acquisisce know how su questi temi di ricerca, partecipando ad un progetto per la realizzazione un dimostratore tecnologico di un motore ad accensione per compressione (Diesel) per l'aeronautica. Attualmente sono ancora in corso diverse ricerche sullo stesso motore, orientate soprattutto alla realizzazione dei costituenti con nuove tecniche di produzione, per migliorarne le caratteristiche in termini di aumento di resistenza e diminuzione di massa. Anche in coerenza con le indicazione che si traggono dai documenti di programmazione della ricerca, nazionali ed europei, è in corso un forte investimento nello sviluppo di tematiche legate alla propulsione ibrida (termica elettrica).</p><p style="text-align:justify;"><strong>Motori a propellente liquido e ibrido per la propulsione spaziale. </strong>La propulsione liquida criogenica (LOX/LCH4) e ibrida sono attività sviluppate negli ultimi sei anni soprattutto attraverso il programma <strong>HYPROB</strong>. In particolare, sono state sviluppate diverse metodologie di progettazione, e sono state acquisite altrettante tecnologie per la realizzazione di dimostratori di terra. Presso la facility AVIO/FAST2 a Colleferro sono state eseguite campagne sperimentali su un motore Heat Sink monoiniettore, progettato e realizzato dal CIRA in ogni sua parte, che ha permesso la validazione degli strumenti progettuali acquisiti e l'approfondimento di tematiche relative allo scambio termico e alla combustione. Attualmente è in corso la realizzazione di un dimostratore tecnologico per mezzo di innovative tecniche di manufacturing, quali la elettro-deposizione e la brasatura con materiali eterogenei: si tratta di un motore in scala della classe 30 kN progettato dal CIRA.</p><p style="text-align:justify;"><strong>Attività di supporto al design di propulsori per uso spaziale (solido, liquido) </strong>Il laboratorio MEPS vanta competenze sull'analisi avanzata di sistemi propulsivi sia con strumenti CFD che 1D, come ad esempio ROCCID per l'analisi di stabilità di combustione. Questa competenza viene messa a disposizione dei partner industriali, nei progetti VECEP e LIPROM (ambito di cooperazione ASI JAXA).</p><p style="text-align:justify;">Nella progettazione di un motore a razzo a propellente solido, e più in particolare della camera di combustione, il progettista incontra alcune problematiche che possono essere affrontate con l'ausilio di metodi ingegneristici, di simulazioni o test in scala. Una problematica particolarmente critica per la progettazione dei lanciatori è la stima delle oscillazioni di pressione all'interno della camera di combustione (i.e. booster Ariane 5 P230, il Titan IV SRMU o lo Space Shuttle RSRM e più recentemente gli stadi del VEGA). Tali oscillazioni, infatti, comportano variazioni nella spinta e vibrazioni che possono danneggiare sia la struttura che il payload. In questo ambito il laboratorio di metodologie per la propulsione spaziale (assieme al laboratorio MAFR) sta sviluppando metodologie per la valutazione delle suddette oscillazioni, basate su strumenti di fluidodinamica computazionale e su modelli ingegneristici.</p><p style="text-align:justify;"><strong>Motori elettrici per la propulsione spaziale. </strong>La propulsione elettrica è uno dei settori della propulsione in netta espansione su cui oggi è focalizzato un grande interesse della comunità scientifica e commerciale. L'attività sulla propulsione elettrica al CIRA è abbastanza recente ed è legata allo sviluppo delle facility di propulsione elettrica MSVC e LSVC. Al momento è in sviluppo un propulsore elettrico di bassa potenza che è stato progettato per i test di set up e verifica della facility MSVC. </p><p style="text-align:justify;"><strong>Sistemi propulsivi rivoluzionari. </strong>Progettare e realizzare sistemi propulsivi per l'esplorazione planetaria rappresenta sicuramente una delle sfide più importanti negli attuali scenari di programmi spaziali. Le presenti tipologie di propulsione, sia chimica che elettrica, non consentono di avere delle velocità di uscita dei gas sufficientemente elevate da abilitare missioni all'interno del sistema solare con tempistiche ragionevoli per l'uomo. È necessario, dunque, pensare ad altri sistemi di generazione della spinta; tra questi una tecnologia innovativa è certamente rappresentata dai sistemi propulsivi basati sullo sfruttamento della grande velocità del vento solare. Per quanto riguarda i mini-micro satelliti può essere invece interessante considerare, date le importanti performance di impulso specifico, un sistema propulsivo basato sulla propulsione laser. Entrambe queste tecnologie sono a TRL molto basso, e pertanto richiedono una intensa fase sperimentale. Il CIRA sta verificando la fattibilità di un piano di test a breve termine.</p><p><br></p>

 Galleria Multimediale

 

 

Numerical prediction of temperature contour for the ASI-JAXA demonstrator. Iso-surfaces and axial slices highlightedhttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=953Numerical prediction of temperature contour for the ASI-JAXA demonstrator. Iso-surfaces and axial slices highlightedNumerical prediction of temperature contour for the ASI-JAXA demonstrator. Iso-surfaces and axial slices highlightedImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/ASI JAXA Demonstrator.jpeg
Sistema di Potenza LED composto da celle a combustibile ed elettrolizzatori ad alta densità di energiahttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=317Sistema di Potenza LED composto da celle a combustibile ed elettrolizzatori ad alta densità di energiaImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 1.jpg
DEMO HYPROB, piastra di iniezione.https://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=312DEMO HYPROB, piastra di iniezione.Imagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 10.jpg
test del motore monoiniettore SSBB-Heat sink presso AVIO.https://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=313test del motore monoiniettore SSBB-Heat sink presso AVIO.Imagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 11.jpg
Propulsione Solida: simulazione del vortex shedding e delle conseguenti oscillazioni di pressione nel motore di laboratoriohttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=314Propulsione Solida: simulazione del vortex shedding e delle conseguenti oscillazioni di pressione nel motore di laboratorioImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 12.jpg
Mock-up motore lettrico ad effetto HALL da 200 V in progettazione al CIRAhttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=316Mock-up motore lettrico ad effetto HALL da 200 V in progettazione al CIRAImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 14.jpg
Dimostratore Tecnologico (DEMO) di un motore LOX/LCH4 rigenerativohttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=318Dimostratore Tecnologico (DEMO) di un motore LOX/LCH4 rigenerativoImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 2.jpg
Funzionamento del sistema rigenerativo con luce solarehttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=319Funzionamento del sistema rigenerativo con luce solareImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 4.jpg
Funzionamento del sistema rigenerativo nelle ore di assenza di lucehttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=320Funzionamento del sistema rigenerativo nelle ore di assenza di luceImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 5.jpg
Rappresentazione artistica di LVR-HALE velivolo stratosferico per svolgere missione di lunga duratahttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=321Rappresentazione artistica di LVR-HALE velivolo stratosferico per svolgere missione di lunga durataImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 6.jpg
Motore Gf56 Motore a ciclo Diesel per l’aviazione sviluppato dalla CMD Spa. Boxer, 5.6 litri, due tempi common-railhttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=322Motore Gf56 Motore a ciclo Diesel per l’aviazione sviluppato dalla CMD Spa. Boxer, 5.6 litri, due tempi common-railImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 7.jpg
Biella del Motore Gf56 progettata additive oriented, da realizzare in polvere di titanio mediante tecnica ALMhttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=310Biella del Motore Gf56 progettata additive oriented, da realizzare in polvere di titanio mediante tecnica ALMImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura 8.jpg
Test a fuoco del SUB SCALE BREAD-BOARD HEAT-SINK (SSBB HS) presso banco FAST2 Avio/Colleferro Ugello sottoespansohttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=746Test a fuoco del SUB SCALE BREAD-BOARD HEAT-SINK (SSBB HS) presso banco FAST2 Avio/Colleferro Ugello sottoespansoImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/FIGURA_22.jpg
Accenditore CIRA di piccola scala in test presso FAST2https://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=955Accenditore CIRA di piccola scala in test presso FAST2Imagehttps://www.cira.it/PublishingImages/figura_28.png
Mock up di una camera di combustione in ALM realizzata nell’ambito del progetto HYPROBhttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=954Mock up di una camera di combustione in ALM realizzata nell’ambito del progetto HYPROBImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/Mock-up in ALM.jpg
Propulsione Solida: ampiezza dello spettro (destra) calcolata per il segnale di pressione (sinistra) in testa al motore di laboratorio C1xbhttps://www.cira.it/PublishingImages/Forms/DispForm.aspx?ID=315Propulsione Solida: ampiezza dello spettro (destra) calcolata per il segnale di pressione (sinistra) in testa al motore di laboratorio C1xbImagehttps://www.cira.it/PublishingImages/Oscillazioni di pressione.jpg

 Attività

 

 

Hyprob New, realizzato in ALM il primo componente per motori a razzo<img alt="" src="https://www.cira.it/PublishingImages/back%20plate%20motore%20SSBB.jpg" style="BORDER:0px solid;" />https://www.cira.it/it/competenze/propulsione/hyprob-new-realizzato-in-alm-il-primo-componente-per-motori-a-razzo/Hyprob New, realizzato in ALM il primo componente per motori a razzoHyprob New, realizzato in ALM il primo componente per motori a razzoNell'ambito del progetto HYPROB, linea Dimostratori, è stato prodotto il primo componente per motori a razzo LOX/CH4 interamente realizzato in Additive Layer Manufacturing presso i laboratori del CIRA. Si tratta del back-plate del motore SSBB-HS (Subscale Breadboard monoiniettore).2018-04-10T22:00:00Z
Camere di combustione rigenerative per motori a razzo LOX/LCH4, messa a punto la tecnologia utile anche per VEGA-E<img alt="" src="https://www.cira.it/PublishingImages/Hyprob%20camere%20di%20combustione%20rigenerative.jpg" style="BORDER:0px solid;" />https://www.cira.it/it/competenze/propulsione/camere-di-combustione-rigenerative-per-motori-a-razzo-lox-lch4/Camere di combustione rigenerative per motori a razzo LOX/LCH4, messa a punto la tecnologia utile anche per VEGA-ECamere di combustione rigenerative per motori a razzo LOX/LCH4, messa a punto la tecnologia utile anche per VEGA-EIl CIRA in collaborazione con la CECOM ha sviluppato una importante tecnologia per la realizzazione delle camere di combustione rigenerative per motori a razzo LOX/LCH4, raggiungendo, così, uno dei principali obiettivi del programma Hyprob.2018-01-24T23:00:00Z
HYPROB-NEW: conclusi con successo i primi test FSBB (Full Scale Bread-Board)<img alt="" src="http://www.cira.it/PublishingImages/Test%20eseguiti%20presso%20l%e2%80%99impianto%20FAST2%20di%20Colleferro.jpg" style="BORDER:0px solid;" />https://www.cira.it/it/competenze/propulsione/hyprob-new-conclusi-con-successo-i-primi-test-fsbb-(full-scale-bread-board)/HYPROB-NEW: conclusi con successo i primi test FSBB (Full Scale Bread-Board)HYPROB-NEW: conclusi con successo i primi test FSBB (Full Scale Bread-Board)Si sono svolti presso l'impianto FAST2 di Colleferro i primi test per la validazione a fuoco della Thust Chamber Assembly FSBB, composta da una piastra di iniezione a 18 iniettori, progettata e realizzata dal CIRA, e da una camera di combustione "dummy" AVIO con il profilo interno della camera Dimostratore HYPROB.2017-06-20T22:00:00Z