Analisi numerica del controllo della separazione di flusso in ugelli sovraespansi = Numerical analysis of flow separation control in overexpanded nozzles

Analisi numerica del cNei sistemi di propulsione spaziale di lanciatori uno dei fenomeni più critici `e rappresentato dalla separazione del flusso all’interno degli ugelli. Nelle operazioni di accensione del sistema propulsivo può accadere, infatti, che la nascita di gradienti di pressione sfavorevoli causi la separazione del flusso da parete con la conseguente formazione di pericolosi carichi laterali, minando all’integrità strutturale dell’ugello e limitandone le prestazioni. Nel presente lavoro di tesi vengono proposte una serie di analisi numeriche CFD finalizzate a constatare la presenza, lo spostamento e il possibile controllo del fenomeno della separazione del flusso in ugelli sovraespansi nelle operazioni di accensione. Nella prima parte dell’elaborato viene mostrato come, effettuando una serie di simulazioni al crescere del NPR, si può registrare la posizione e lo spostamento del punto di separazione. Si riscontra che l’aumento del valore di pressione in camera di combustione durante l’accensione porta a uno spostamento del punto di separazione verso l’uscita. A completamento della ricerca, viene implementato un meccanismo di controllo della separazione basato sull’inserimento di un flusso secondario assialsimmetrico adattato. Una volta registrati i risultati ottenuti al variare del valore di NPR2, si giunge alla conclusione che il getto secondario ha la possibilità di mantenere il punto di separazione nei pressi dell’uscita già nelle fasi iniziali dell’accensione, in cui la pressione in di camera di combustione non ha ancora raggiunto valori considerevoli (NPR bassi). Ulteriori simulazioni dimostrano, inoltre, che non è possibile prevedere uno spegnimento del flusso ausiliario fino al momento del raggiungimento delle condizioni operative per cui vi è naturale assenza di separazione. Utilizzando un sistema di controllo secondario caratterizzato da una portata in massa dal valore più che accettabile, si può concludere che è possibile eliminare o quantomeno limitare la separazione del flusso e i carichi che ne conseguono all’interno di ugelli sovraespansi, aumentando le prestazioni del sistema propulsivo.