Modellazione e analisi motore spaziale NASA

Università degli Studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari,
Aeronautiche e di Metallurgia
Modellazione Geometrica, Analisi Termostrutturale e
Prove Sperimentali relative al Propulsore Spaziale al
Plasma NASA-VASIMR
Laboratorio ospitante:
Advanced Space Propulsion Laboratory, NASA-JSC di Houston
Tesi di laurea di:
Matteo Alessandrini
Relatore:
Chiar.mo Prof. Ing. Franco
Correlatori:
Persiani
Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli
Dott. Ing. Fabrizio Ponti
Astronaut, Dr. Franklin ChangChang-Diaz
Dott. Ing. Maurizio Tappi
Dott. Ing. Gianluca Piraccini
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
SOMMARIO
• La Propulsione Aerospaziale
• Endoreattori & Propulsione Elettrica
• VASIMR VX-10
– Funzionamento, Confronto, Vantaggi, Applicazioni
• Implementazione del magnete HTS
– Funzionamento in camera a vuoto, Prove sperimentali
– Modellazione CAD e Analisi Termica
– Raffreddamento della camera a vuoto e del magnete
– Magnete HTS inserito nel motore VX-10
•
•
•
•
A.A. 2003/2004
Progettazione CAD delle attrezzature di laboratorio
Analisi calore dissipato sul tubo al quarzo del VX-10
Versione volo VF-50 (Modellazione CAD)
Conclusioni
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1
LA PROPULSIONE AEROSPAZIALE
Motoelica
Propulsione
ad Elica
Turboelica (Turboprop)
Elettroelica
Propulsione
Aerospaziale
Esoreattori
(Air-Breathing)
Statoreattore (Ramjet-Scramjet)
Turbogetto (Turbojet)
Turbogetto a doppio flusso (Turbofan)
Propulsione
a Getto
Pulsogetto (Pulsojet)
Chimici
Endoreattori
(Rockets)
Elettrici
Nucleari
Motore
Propulsori ad elica
Fluido propulsivo: Aria
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energia
aria
Elica
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aria accelerata
2
LA PROPULSIONE AEROSPAZIALE
Motoelica
Propulsione
ad Elica
Turboelica (Turboprop)
Elettroelica
Propulsione
Aerospaziale
Esoreattori
(Air-Breathing)
Statoreattore (Ramjet-Scramjet)
Turbogetto (Turbojet)
Turbogetto a doppio flusso (Turbofan)
Propulsione
a Getto
Pulsogetto (Pulsojet)
Endoreattori
(Rockets)
Chimici
Elettrici
Nucleari
Esoreattori
Fluido propulsivo: Aria
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aria
Motore
Gas combusti accelerati
energia
combustibile
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2
LA PROPULSIONE AEROSPAZIALE
Motoelica
Propulsione
ad Elica
Turboelica (Turboprop)
Elettroelica
Propulsione
Aerospaziale
Esoreattori
(Air-Breathing)
Statoreattore (Ramjet-Scramjet)
Turbogetto (Turbojet)
Turbogetto a doppio flusso (Turbofan)
Propulsione
a Getto
Pulsogetto (Pulsojet)
Endoreattori
(Rockets)
Chimici
Elettrici
Nucleari
Endoreattori
Fluido propulsivo:
Propellente a bordo
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Serbatoi
energia
Motore
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Fluido accelerato
2
LA PROPULSIONE AEROSPAZIALE
Consumo ed Impulso Specifico
Propulsore
Motoelica
Turboelica
Turbofan (M=0)
Turbogetto (M=0)
Ramjet (M=2)
Endoreattore chimico
BSFC
(kg/h)/kW
EBSFC
(kg/h)/kW
TSFC
(kg/h)/N
Isp
s
0,20-0,30
-
0,27-0,36
-
0,03-0,05
0,07-0,11
0,17-0,26
0,80-1,80
7.000-12.000
3.000-5.000
1.400-2.000
200-450
BSFC = consumo specifico riferito alla potenza al freno
EBSFC = Equivalent BSFC, considera il contributo del getto
TSFC = consumo specifico riferito alla spinta
Isp = inverso di TSFC a meno di g0
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M = 0, consumi a punto fisso
M = 2, consumo per velocità di volo a Mach-2
I sp =
1
⋅ ( 3⋅600)
g 0 • TSFC
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3
ENDOREATTORI
Impulso Specifico e V
• Utile parametro per paragonare le prestazioni
– Sotto determinate ipotesi vale:
T
V
I sp =
= e
g0 ⋅ m& g0
– Equazione di Tsiolkovski:
∆V = Ve ⋅ ln
Mi
Mf
• Necessità in missione: contenere il rapporto M i
Mf
- Ve = velocità di espulsione
-
V = variazione di velocità necessaria
per completare la missione
- Mi = massa iniziale
- Mf = massa finale
V e Ve confrontabili !
⋅
⋅
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4
ENDOREATTORI
Classificazione incrociata
- Per Processo Accelerativo impiegato
- Per Energia utilizzata
Tipologie di propulsione
1- Propulsione Chimica
•A propellente solido
•A propellente liquido
•Ibridi
2- Propulsione Nucleare
•Reattore a fissione
•Decadimento radioattivo
•Fusione nucleare
3- Propulsione Solare
•Celle solari
•Endor. Solari termici
•Vela solare
4- Propulsione Elettrica
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5
PROPULSIONE ELETTRICA
Classificazione
- Resistogetti
- Elettrotermici
- Arcogetti
- RF (VASIMR-Low Isp)
- Riscaldamento elettromagnetico
- Microwave (MET)
- A bombardamento elettronico
Propulsori
Elettrici
- Elettrostatici
(a Ioni)
- Per contatto superficiale
- A radiofrequenza (RIT)
- Ad emissione di campo (FEEP)
- Non-termici
- MPD
- Elettromagnetici
(al Plasma)
- Campo magnetico autoindotto
- Campo magnetico applicato
- Effetto Hall
- SPT
- TAL
- PPT
- VASIMR (High Isp)
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6
PROPULSIONE ELETTRICA
Classificazione
- Resistogetti
Resistogetto
- Elettrotermici
- Arcogetti
- RF (VASIMR-Low Isp)
- Riscaldamento elettromagnetico
- Microwave (MET)
- A bombardamento elettronico
- Elettrostatici
(a Ioni)
Arcogetto
- Per contatto superficiale
- A radiofrequenza (RIT)
- Ad emissione di campo (FEEP)
- Non-termici
- MPD
- Elettromagnetici
(al Plasma)
- Campo magnetico autoindotto
- Campo magnetico applicato
- Effetto Hall
- SPT
- TAL
- PPT
- VASIMR (High Isp)
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6
PROPULSIONE ELETTRICA
Classificazione
Motore a Ioni
- Resistogetti
- Elettrotermici
- Arcogetti
- RF (VASIMR-Low Isp)
- Riscaldamento elettromagnetico
- Microwave (MET)
- A bombardamento elettronico
Schema del motore a Ioni
- Elettrostatici
(a Ioni)
- Per contatto superficiale
- A radiofrequenza (RIT)
- Ad emissione di campo (FEEP)
- Non-termici
- MPD
Ad emissione di campo
- Elettromagnetici
(al Plasma)
- Campo magnetico autoindotto
- Campo magnetico applicato
- Effetto Hall
- SPT
- TAL
- PPT
- VASIMR (High Isp)
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6
PROPULSIONE ELETTRICA
r
MPD con B autoindotto
Classificazione
- Resistogetti
- Elettrotermici
- Arcogetti
- RF (VASIMR-Low Isp)
- Riscaldamento elettromagnetico
- Microwave (MET)
- A bombardamento elettronico
- Elettrostatici
(a Ioni)
Effetto Hall: SPT
- Per contatto superficiale
- A radiofrequenza (RIT)
- Ad emissione di campo (FEEP)
- Non-termici
- MPD
- Elettromagnetici
(al Plasma)
- Campo magnetico autoindotto
- Campo magnetico applicato
- Effetto Hall
- SPT
- TAL
- PPT
- VASIMR (High Isp)
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6
VASIMR
Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
Campo Magnetico
Vantaggi principali:
- Non ci sono elettrodi, nessun
degrado per usura
Potenza
- Impulso Specifico e Spinta
variabili (CPT)
- Campi magnetici e H2 come
scudo antiradiazioni
Potenza
ICRH Antenna
Helicon Antenna
Confronto:
Caratteristiche
Alcune versioni
• Versione sperimentale VX-10 kW
VASIMR
• Magneti convenzionali/superconduttori
• Tre stadi:
- Ionizzazione (Helicon)
- Riscaldamento (ICRH)
- Scarico (ugello magnetico)
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7
Prove Sperimentali in camera a vuoto
Test di raffreddamento degli anelli superconduttori
• Prove sperimentali con il Mock-up
• Preparazione Test di raffreddamento
• Dati sperimentali ricavati con termocoppie
• Prove con il magnete superconduttore HTS
• Circuito di raffreddamento LN2 aggiunto
• Temperature raggiunte e Transizione di stato
• Modello termico del processo di raffreddamento
• Temperature raggiunte dai componenti all’equilibrio tra i carichi
• Simulazione di raffreddamento del magnete montato sul VX-10
• Temperature raggiunte dai componenti
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8
Prove Sperimentali con il Mock-up
Preparazione test di raffreddamento
Mock-up in alluminio
- Primi test con Mock-up
- Verifica T minima possibile
- Carico termico diverso!
Installazione con scudi termici
Termocoppia
estremo A
Telaietto in
acciaio
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Termocoppia
estremo B
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9
Prove Sperimentali con il Mock-up
Dati sperimentali - Termocoppie
Termocoppia N°1 Testa fredda del cryocooler
300
250
200
150
100
50
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
Te mpo [Min]
Termocoppia N°2 Magnete
Temperatura [°K]
300
250
200
150
100
50
y = 282. 49e -0.0003 x
R 2 = 0. 9945
0
0
5000
10000
15000
20000
25000
Tempo [Min]
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10
Prove con il Magnete HTS
Circuito di raffreddamento con LN2
Entrata
discendenti di
corrente
- Diversa inerzia e carico termico
Cryocooler
- Temperatura minima non
sufficientemente bassa
Telaio di
sostegno
- Necessità di utilizzare Azoto liquido
Afflusso
N2 liquido
Saracinesca a
valvola pneumatica
Uscita
segnale
termocoppie
Discendenti
di corrente
Cavità
cilindrica
Discendenti
in rame
Discendenti
in HTS
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11
Prove con il Magnete HTS
- Verificate T < 40 [°K]
- Osservata Transizione di stato
- Rilevato “quench” del magnete
>> Causa: presenza "hot spots"
Punti di conduzione termica
Transizione in stato di superconduttività
Ohm [ ]
Hot Spots
Temperatura [°K]
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12
Modello termico del processo di raffreddamento
•
Utilizzo del software Thermal Synthesizer System-TSS, per risolvere problemi di:
• Irraggiamento termico nel vuoto
• Conduzione termica
•
Modelli CAD importati e suddivisi in nodi
Camera a vuoto
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Scudo termico
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Mock up
13
Modello termico del processo di raffreddamento
•
Utilizzo del software Thermal Synthesizer System-TSS, per risolvere problemi di:
• Irraggiamento termico
• Conduzione termica
•
•
•
Modelli CAD importati e suddivisi in nodi
Definizione dei materiali
Definizione carichi termici di tentativo, applicati:
• Dall’esterno sulla camera
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione di raffreddamento e correzione dei carichi termici
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13
Modello termico del processo di raffreddamento
•
Utilizzo del software Thermal Synthesizer System-TSS, per risolvere problemi di:
• Irraggiamento termico
• Conduzione termica
•
•
•
Modelli CAD importati e suddivisi in nodi
Definizione dei materiali
Definizione carichi termici di tentativo, applicati:
• Dall’esterno sulla camera
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione di raffreddamento e visualizzazione temperature a regime
Superficie
esterna
Coldfinger
Discendenti
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13
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
Magnete in rame
Magnete HTS
Magneti in
rame
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14
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico e carichi termici applicati:
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
Discendenti di
corrente in
HTS
Copertura esterna
in acciaio
inossidabile
Protezione
termica in
alluminio
Magnete HTS
Anelli
isolanti in
teflon
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Spessori isolanti
in teflon
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Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione del raffreddamento dei componenti: magnete sotto i 40°K
T °K
Tempo in sec*10^4
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
14
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione del raffreddamento dei componenti: magnete sotto i 40°K
T °K
Tempo in sec*10^4
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
14
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione del raffreddamento dei componenti: magnete sotto i 40°K
T °K
Tempo in sec*10^4
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
14
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione del raffreddamento dei componenti: magnete sotto i 40°K
T °K
Tempo in sec*10^4
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
14
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione del raffreddamento dei componenti: magnete sotto i 40°K
T °K
Tempo in sec*10^4
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
14
Simulazione del raffreddamento sul VX-10
•
In vista del futuro progetto del laboratorio:
• Sostituire i magneti convenzionali del VX-10 con magneti HTS
•
Creazione del modello termico
• Dall’esterno sulla copertura esterna
• Discendenti di corrente mantenuti a 80 °K dal circuito LN2
• Coldfinger proveniente dal cryocooler
•
Simulazione del raffreddamento dei componenti: magnete sotto i 40°K
T °K
Tempo in sec*10^4
A.A. 2003/2004
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14
Progettazione CAD delle attrezzature
- Laboratorio ASPL
- VASIMR VX-10 kW
- Camera a vuoto per magnete
Laboratorio ASPL
- Strumentazione del VX-10
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15
Modellazione CAD delle attrezzature
Esperimento
VASIMR VX-10
- Laboratorio ASPL
- VASIMR VX-10 kW
- Camera a vuoto per magnete
Laboratorio ASPL
- Strumentazione del VX-10
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
15
Modellazione CAD delle attrezzature
Camera a vuoto
per Magnete HTS
Esperimento
VASIMR VX-10
- Laboratorio ASPL
- VASIMR VX-10 kW
- Camera a vuoto, magnete
Laboratorio ASPL
- Strumentazione del VX-10
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
15
Modellazione CAD delle attrezzature
Camera a vuoto
per Magnete HTS
Esperimento
VASIMR VX-10
- Laboratorio ASPL
- VASIMR VX-10 kW
- Camera a vuoto per magnete
Laboratorio ASPL
- Strumentazione del VX-10
Sonda
Langmuir
Sonda
emissioni
ottiche
RPA
radiale
Flusso di
plasma
4 magneti
Tubo al
quarzo con
termocoppie
Sonda
Mach
Iniettore
di gas
Potenza
RF-ICRH
Turbo pompa
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Università degli Studi di Bologna
Potenza
RF-Helicon
RGA
in
camera
15
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
16
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
•
Installazione n°7 termocoppie lungo il tubo entro in cui scorre il gas/plasma
Tubo al quarzo
Tubo al quarzo
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
16
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
•
•
Installazione n°7 termocoppie lungo il tubo entro in cui scorre il gas/plasma
Riscaldamento dopo 6 minuti a Ping =3kW helicon: interpolazione dati lungo il tubo
700
Temperatura [°C]
600
500
400
300
200
100
y = 0,0034x 4 - 0,2881x 3 + 6,4905x 2 - 24,112x + 264,73
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Posizione assiale [pollici]
A.A. 2003/2004
Università degli Studi di Bologna
16
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
•
•
•
Installazione n°7 termocoppie lungo il tubo entro in cui scorre il gas/plasma
Riscaldamento dopo 6 minuti a Ping =3kW helicon: interpolazione dati lungo il tubo
Suddivisione in nodi ed importazione geometria in TSS
Nodo
n°
101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122
Temp.
253 253 253 283 314 355 395 434 473 511 550 588 626 550 457 363 285 239 198 149 106 71
[°C]
A.A. 2003/2004
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16
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
•
•
•
Installazione n°7 termocoppie lungo il tubo entro in cui scorre il gas/plasma
Riscaldamento dopo 6 minuti a Ping =3kW helicon: interpolazione dati lungo il tubo
Suddivisione in nodi ed importazione geometria in TSS
•
Dal confronto tra i grafici sperimentali e il modello in Fase di raffreddamento:
–
Correzione carico termico esterno e coefficienti di emissività di tentativo
Nodo
101
n°
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
0,95
0,95
0,95
0,7
0,7
0,7
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,4
0,5
0,4
0,6
0,6
0,6
0,6
0,5
0,5
0,5
0,6
•
Dal confronto in Fase di Riscaldamento:
–
Si ottengono i carichi termici su ogni nodo
Nodo
n°
101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122
Calore
[W]
25
22
33
A.A. 2003/2004
29
40
60
80
116 146 171 175 135 168 138 133
62
38
23 17,5 16 14,8
Università degli Studi di Bologna
4
16
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
•
•
•
Installazione n°7 termocoppie lungo il tubo entro in cui scorre il gas/plasma
Riscaldamento dopo 6 minuti a Ping =3kW helicon: interpolazione dati lungo il tubo
Suddivisione in nodi ed importazione geometria in TSS
•
Dal confronto tra i grafici sperimentali e il modello in Fase di raffreddamento:
–
•
Dal confronto in Fase di Riscaldamento:
–
•
Correzione carico termico esterno e coefficienti di emissività di tentativo
Si ottengono i carichi termici su ogni nodo
Nodo 113
Il modello approssima sufficientemente
i dati delle termocoppie
Temperatura max di circa
630°C raggiunta dopo 6 min di
riscaldamento
Gap di segnale dovuto
all’interferenza della antenna RF
= modello termico
= dati sperimentali
Tempo [secondi]
A.A. 2003/2004
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16
Prova sperimentale sul tubo al quarzo del VX-10
Quanta, della potenza fornita, è dissipata in calore ?
•
•
•
Installazione n°7 termocoppie lungo il tubo entro in cui scorre il gas/plasma
Riscaldamento dopo 6 minuti a Ping =3kW helicon: interpolazione dati lungo il tubo
Suddivisione in nodi ed importazione geometria in TSS
•
Dal confronto tra i grafici sperimentali e il modello in Fase di raffreddamento:
–
•
Correzione carico termico esterno e coefficienti di emissività di tentativo
Dal confronto in Fase di Riscaldamento:
–
Si ottengono i carichi termici su ogni nodo
•
Il modello approssima sufficientemente
i dati delle termocoppie
•
Sommando i contributi di calore irraggiato su ogni nodo, si ottiene il calore totale:
QTubo _ quarzo = 25 + 22 + 33 + 29 + 40 + 60 + 80 + 116 + 146 + 171 + 175 + 135 + 168 + 138 + 133 + 62 + 38 + 23 + 17,5 + 16 + 14,8 + 4
QTubo _ quarzo ; 1646 [W ]
A.A. 2003/2004
Ping
QTubo _ quarzo
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; 0, 54
Nel rendimento totale motore vanno
considerate anche altre dissipazioni
16
Modellazione CAD della versione volo
•
La prima versione volo sarà probabilmente una configurazione:
• 4 magneti
• 50 kW di potenza totale assorbita (PCU, RF, Sistemi ausiliari e raffreddamento)
•Requisiti:
• Impulso Specifico variabile tra
5.000 e 10.000 [sec]
• Spinta variabile tra 0,5 e 0,75 [N]
• Peso netto motore; 200 [kg]
•Caratteristiche:
• Funzionamento nel vuoto, senza
camere pressurizzate
• Grandi superfici radiative per
espellere il calore dissipato
• Controllo termico attivo e passivo
Iniezione gas
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Modellazione CAD della versione volo
•
La prima versione volo sarà probabilmente una configurazione VF-50:
• 4 magneti
• 50 kW di potenza totale assorbita (PCU, RF, Sistemi ausiliari e raffreddamento)
4 cryocooler
•Requisiti:
• Impulso Specifico variabile tra
5.000 e 10.000 [sec]
• Spinta variabile tra 0,5 e 0,75 [N]
• Peso netto motore; 200 [kg]
Scudo per magneti
Contenitori isolanti dei magneti sezionati
•Caratteristiche:
Plasma
• Funzionamento nel vuoto, senza
camere pressurizzate
• Grandi superfici radiative per
espellere il calore dissipato
• Controllo termico attivo e passivo
Circuito di
raffreddamento
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CONCLUSIONI
• Attività sperimentale:
– Installazione termocoppie e rilevazione dati
– Manipolazione magnete superconduttore
– Apertura e riassemblaggio del VX-10, per analisi del tubo al quarzo
• Modelli di simulazione
– Raffreddamento del magnete superconduttore
– Ipotetico raffreddamento del magnete installato sul VX-10
– Dissipazioni termiche sul tubo al quarzo
• Modellazione CAD
– Camera a vuoto per testare il magnete HTS
– Versione sperimentale del motore VX-10
– Prototipo della versione volo VF-50
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CONCLUSIONI
• Attività sperimentale:
Esperienza pratica nell’utilizzo di
termocoppie, magneti e camere a vuoto_
– Installazione termocoppie e rilevazione dati
– Manipolazione magnete superconduttore
– Apertura e riassemblaggio del VX-10, per analisi del tubo al quarzo
• Modelli di simulazione
– Raffreddamento del magnete superconduttore
– Ipotetico raffreddamento del magnete installato sul VX-10
– Dissipazioni termiche sul tubo al quarzo
• Modellazione CAD
– Camera a vuoto per testare il magnete HTS
– Versione sperimentale del motore VX-10
– Prototipo della versione volo VF-50
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18
CONCLUSIONI
• Attività sperimentale:
Esperienza pratica nell’utilizzo di
termocoppie, magneti e camere a vuoto_
– Installazione termocoppie e rilevazione dati
– Manipolazione magnete superconduttore
– Apertura e riassemblaggio del VX-10, per analisi del tubo al quarzo
• Modelli di simulazione
Visione più chiara delle problematiche
relative all’isolamento termico nel
vuoto_
– Raffreddamento del magnete superconduttore
– Ipotetico raffreddamento del magnete installato sul VX-10
– Dissipazioni termiche sul tubo al quarzo
• Modellazione CAD
– Camera a vuoto per testare il magnete HTS
– Versione sperimentale del motore VX-10
– Prototipo della versione volo VF-50
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CONCLUSIONI
• Attività sperimentale:
Esperienza pratica nell’utilizzo di
termocoppie, magneti e camere a vuoto_
– Installazione termocoppie e rilevazione dati
– Manipolazione magnete superconduttore
– Apertura e riassemblaggio del VX-10, per analisi del tubo al quarzo
• Modelli di simulazione
Visione più chiara delle problematiche
relative all’isolamento termico nel
vuoto_
– Raffreddamento del magnete superconduttore
– Ipotetico raffreddamento del magnete installato sul VX-10
– Dissipazioni termiche sul tubo al quarzo
• Modellazione CAD
– Camera a vuoto per testare il magnete HTS
– Versione sperimentale del motore VX-10
– Prototipo della versione volo VF-50
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Esperienza allo stesso tempo pesante e
gratificante, di grande utilità per
l’installazione futura di altri dispositivi_
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Laboratorio di Propulsione Spaziale Avanzata @ NASA-JSC
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Back-up slides
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PROPULSIONE ELETTRICA
• Componenti
–
–
–
–
–
Fonte di energia elettrica
Unità di condizionamento della potenza
Serbatoi e alimentazione propellente
Thruster
Radiatori
• Definizione di Impulso Specifico ottimale
- mp = massa del generatore di potenza
- m = propellente necessario
I sp _ ott =
Dove:
1
g0
2η∆t
α
= rendimento di spinta
= proporzionalità tra mp e P
T = tempo missione
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CONTESTO E OBIETTIVI DELLA TESI
• Contesto:
– Rilancio delle missioni umane interplanetarie
– Propulsione chimica vs Propulsione elettrica
– Necessità di maggior potenza (disponibilità e capacità di utilizzarla)
• Obiettivi:
– Contribuire alla ricerca sui propulsori aerospaziali
– Studio del motore VASIMR
– Progettazione di attrezzature e parti del motore:
• CAD……….……..….....Pro-E, Pro-Mechanica
• Analisi termica………..TSS, Sinda-Fluint
– Attività sperimentale in laboratorio
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