Analisi prestazionale di endoreattori con propellenti solidi realizzati in manifattura additiva = Performance analysis of endoreactors with solid propellants made using additive manufacturing.

Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare e definire le tecniche di produzione additiva più promettenti per la realizzazione di propellenti solidi, con l’obiettivo di esaminare le potenzialità e le limitazioni di tali processi nell’ambito della propulsione spaziale. Verranno comparate le tecniche innovative di manifattura additiva con quelle tradizionali, mettendo in luce i vantaggi e le eventuali criticità. Attualmente, la produzione di propellenti solidi si basa prevalentemente sul processo di colata, che, pur garantendo il rispetto dei requisiti di sicurezza e precisione, impone l’utilizzo di un mandrino per l’ottenimento della geometria desiderata. Tale restrizione limita significativamente le geometrie realizzabili, riducendo la possibilità di personalizzare il profilo di spinta. L’introduzione dei processi di manifattura additiva permetterebbe invece la realizzazione di geometrie complesse e la possibilità di variare alcune proprietà del propellente, con effetti diretti sul profilo di spinta. Il lavoro si concentra innanzitutto sulla definizione di un processo di produzione che metta in evidenza i principali aspetti tecnici della realizzazione dei propellenti solidi attraverso la manifattura additiva, esplorando anche nuove opportunità come la variazione della porosità e il conseguente incremento della velocità di combustione. A causa delle limitazioni associate al carico solido massimo ottenibile, verrà proposta una modifica del processo produttivo in modo da permettere il raggiungimento di valori nominali di tale parametro. Inoltre, verrà trattato il problema della tossicità degli isocianati, utilizzati per garantire il termoindurimento del propellente, proponendo un processo innovativo che impiega composti non tossici fotosensibili ai raggi UV, in grado di mantenere le proprietà meccaniche tradizionali grazie all’uso di resine ad alta energia. Per garantire un controllo ottimale delle proprietà del propellente a livello di ogni strato, sarà necessario introdurre un processo che permetta di variare sia la pressione di applicazione che il passo di deposizione del legante, al fine di ottenere una personalizzazione completa del grano. La tesi include anche simulazioni numeriche di configurazioni specifiche, sfruttando la possibilità di variare il coefficiente di temperatura ”a” e la porosità del propellente in funzione del raggio. Questo approccio consente una personalizzazione senza precedenti delle proprietà del propellente, con una conseguente modifica del profilo di spinta. Il lavoro evidenzia quindi la possibilità di realizzare propellenti solidi con geometrie innovative e proprietà meccaniche eccellenti attraverso l’utilizzo delle tecniche di manifattura additiva, proponendo una metodologia di calcolo per la progettazione di profili di spinta neutri a partire da geometrie cilindriche tubolari o stellari.