Studio del fenomeno di isteresi in un Dual-Bell mediante CFD

Negli ultimi decenni, la ricerca di ugelli innovativi ha portato allo sviluppo di configurazioni di tipo ACN (Adaptive Contour Nozzle), capaci di adattarsi alle variazioni delle condizioni di pressione in quota. Tra queste, il Dual-Bell nozzle, originariamente proposto da Foster and Cowles nel 1949, è una doppia campana capace di adattarsi a due quote diverse, in modo da avere un rapporto di espansione ottimale sia per basse che per alte altitudini. I primi test sperimentali su questa configurazione sono stati condotti da Fisher e Horn nel 1994, confermandone le potenzialità. L'adozione di questa configurazione risulta particolarmente vantaggiosa per i razzi a più stadi, dove l'ottimizzazione della spinta in diverse fasi dell'ascesa può migliorare significativamente l'efficienza complessiva. Rispetto agli ugelli convenzionali, la doppia campana offre una soluzione che non comporta un aggravio di costi e di complessità del sistema. In questa tesi, l'hysteresis behavior del Dual-Bell nozzle viene studiato attraverso la computational fluid dynamics (CFD) condotta con il software ANSYS Fluent, utilizzando i turbulence models: Spalart-Allmaras, SST K-omega e K-epsilon. L'analisi si concentra sulla valutazione dell'efficacia di tali modelli nella risoluzione di geometrie non classiche e sullo studio della transition e della retransition tra le due modalità operative. Un'accurata previsione di questi fenomeni è essenziale per studiare il comportamento isteretico e valutarne la sicurezza nel sea-level transitioning, garantendo che l'ugello funzioni in modo stabile ed efficiente durante il lancio e il volo attraverso diverse altitudini. In conclusione, uno dei modelli utilizzati si è rivelato particolarmente adatto a rappresentare il comportamento isteretico, mostrando una transition e una retransition ben definite.