Space and astronautical engineering - Ingegneria spaziale e astronautica

ROCKET PROPULSION

Obiettivi formativi

Il corso di Rocket Propulsion fornisce la teoria di base e gli strumenti fisico-matematici necessari per l'analisi e la progettazione di endoreattori, presenta e discute i principali parametri di prestazione degli endoreattori ed introduce alle principali famiglie degli endoreattori chimici analizzandone i componenti caratteristici e la loro influenza su progetto, prestazioni, costo e impatto ambientale. Il corso fornisce inoltre allo studente una serie di esempi di calcolo mirati a fissare la teoria e a confrontarla con esempi tipici di endoreattori in uso nei lanciatori e nella propulsione spaziale. Al termine del corso gli studenti dovranno aver acquisito: - Conoscenza e capacità di applicazione della teoria ideale dei razzi con particolare riferimento alla stadiazione in tandem e parallela e all’impatto ambientale generato da inefficienze propulsive e strutturali - Conoscenza e capacità di applicazione della teoria dei flussi monodimensionali stazionari con riferimento alle applicazioni tipiche dei veicoli propulsi con endoreattori - Conoscenza e capacità di applicazione della teoria dell’ugello ideale con particolare riferimento ai principali parametri di prestazione e al funzionamento in condizioni non adattate - Conoscenza e capacità di applicazione della termochimica applicata alla propulsione chimica con particolare riferimento alle relazioni con i parametri di prestazione e ai limiti e possibilità della propulsione chimica - Conoscenza delle principali combinazioni di propellenti disponibili per la propulsione chimica e visione critica dei pro e dei contro di ciascuna di esse inclusa la tossicità di alcune combinazioni e le conseguenze in termini di produzione, possibilità di test e costi. - Conoscenza dei principali componenti che costituiscono un endoreattore chimico a propellente solido e capacità di applicazione della teoria della balistica interna zero-dimensionale. - Conoscenza dei principali componenti che costituiscono un endoreattore chimico a propellente liquido e capacità di stimarne le prestazioni in funzione delle proprietà dei propellenti - Conoscenza delle principali direzioni di sviluppo degli endoreattori per le applicazioni nel campo dei lanciatori e della propulsione spaziale con cenni al controllo della generazione di detriti spaziali da stadi superiori di lanciatori

Canale 1

FRANCESCO NASUTI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

• Aspetti generali della propulsione ad endoreazione – Introduzione e classificazione: propulsione a reazione; spinta e impulso specifico; classificazione degli endoreattori – Prestazioni degli endoreattori e caratterizzazione dei lanciatori: equazione del razzo; rapporti di massa; lanciatori; stadiazione • Endoreattori Termici – Richiami di termodinamica – Flussi 1D, Ugello ideale, Parametri di prestazione • Endoreattori chimici – Termodinamica chimica: Equilibrio chimico; Ugello reale; Modellistica flussi chimicamente reagenti: equazioni di governo • Endoreattori chimici a propellente solido – Propellenti; componenti; parametri caratteristici; velocità di combustione; balistica interna; geometria del grano propellente • Endoreattori chimici a propellente liquido – Propellenti, componenti, sistema di iniezione e ignizione, cicli di potenza • Cenno ad altri tipi di endoreattori (propulsori ibridi ed elettrici)

Prerequisiti

Conoscenze di matematica, fisica, termodinamica, chimica, scienza dei materiali, meccanica dei fluidi e dei solidi ed aspetti fondamentali della propulsione aerospaziale tipicamente acquisite nelle lauree in ingegneria aerospaziale

Testi di riferimento

Testo principale di riferimento: Stephen D. Heister, William E. Anderson, Timothée L. Pourpoint, R. Joseph Cassady, "Rocket Propulsion Elements", Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2019. https://doi.org/10.1017/9781108381376 Il materiale didattico è completato da appunti di studio messi a disposizione degli studenti sulla pagina del corso al sito https://elearning.uniroma1.it

Frequenza

La frequenza del corso è raccomandata sebbene non obbligatoria.

Modalità di esame

L’esame è costituito di 3 parti: PARTE 1 – Domande di ammissione (10 minuti) Quiz costituito di 10 domande semplici a risposta multipla. E’ necessario completarlo senza errori per poter proseguire l’esame. Alla consegna i quiz verranno rapidamente controllati e conseguentemente gli studenti saranno ammessi (o non ammessi) a continuare l’esame Le domande saranno prese da un insieme di un centinaio di domande che saranno rese disponibili agli studenti durante il corso. PARTE 2 – Prova scritta (circa due ore) Uno o più esercizi (in funzione delle difficoltà) sulle applicazioni di quanto è stato visto nel programma del corso Esercizi d’esame saranno forniti e svolti durante le esercitazioni PARTE 3 – Esame orale (circa 30 minuti) 2-3 domande sui contenuti del corso

Bibliografia

1. Ronald W. Humble, Gary N. Henry, Wiley J.Larson. “Space propulsion analysis and design” Space Technology Series, first edition revised, New York, The McGraw-Hill companies, 1995. 2. Sutton G.P., ``Rocket Propulsion Elements'', An Introduction to the Engineering of Rockets, Sixth Edition, John Wiley and Sons, Inc., 1992. 3. Hill P., Peterson C., ``Mechanics and Thermodynamics of Propulsion'', Addison Wesley Publishing Company, Second Edition, 1992.