Ottimizzazione aerodinamica di palette di turbina assiale subsonica per applicazioni spaziali = Aerodynamic optimization of axial subsonic turbine blades for space applications

L’attenzione posta nella riduzione delle emissioni inquinanti durante la fase di ascesa e nello sviluppo di tecnologia propulsive sempre più all’avanguardia, ha portato al finanziamento di un progetto innovativo volto alla produzione di un lanciatore altamente efficiente e performante, il cui primo stadio sia dotato di un motore alimentato da propellenti liquidi criogenici. L’attività di tesi, volta alla progettazione e ottimizzazione di pale di turbina applicate a turbopompe ad uso spaziale, ha visto inizialmente una fase di ricerca bibliografica per la comprensione del problema nello specifico campo di applicazione, con particolare attenzione ai vincoli e ai parametri di progetto. Sulla base dei dati di funzionamento nella condizione operativa nominale, `e stata quindi eseguita un’analisi di ottimizzazione tramite un codice di calcolo quasi- 2D, allo scopo di identificare i parametri di progetto che fornissero, sulla base di apposite correlazioni implementate sul software, l’efficienza massima all’interno di uno spazio dei parametri appositamente identificato. I risultati ottenuti sono stati utilizzati per determinare casi di studio per differenti solidità delle schiere, variando la corda assiale e il carico palare, con particolare attenzione al numero di pale, all’allungamento e all’ampiezza della gola. Ottenuti i dati geometrici e fluidodinamici da realizzare, `e stato possibile implementare il progetto sul codice di calcolo quasi-2D AXIAL TM di Concepts NREC®. In tal modo, `e stato valutato il comportamento delle pale a sezioni diverse da quella a raggio medio, valutando cos`ı la robustezza del progetto, anche in condizioni non nominali. Sono state inoltre eseguite analisi parametriche sulla geometria in modo da massimizzare l’efficienza e verificarne il funzionamento in varie condizioni operative. Infine, i dati ottenuti sono stati riportati sul software AxCent®, utilizzato per definire la forma tridimensionale delle pale e per valutarne le prestazioni effettuando calcoli in fluidodinamica computazionale 2D blade-to-blade. Una volta ottenuta la geometria di riferimento, sono state effettuate analisi parametriche allo scopo di identificare l’effetto della variazione dei parametri che definiscono la forma aerodinamica della pala, a livello geometrico e prestazionale, in modo da determinare la configurazione migliore.