Applicazioni della vettorizzazione fluidica ad un aerospike lineare. = Shock-Vector control method for linear aerospike nozzles.

Lo scopo di questa tesi è uno studio fluidodinamico computazionale di una tecnica di vettorizzazione della spinta (“Thrust Vectoring”) applicata ad un ugello aerospike lineare. Gli ugelli che si andranno ad analizzare sono due, entrambi ricavati a partire dalla stessa geometria, il primo troncato al 20% della lunghezza ideale dell’ugello, il secondo troncato al 75%. L’analisi numerica è stata eseguita mediante il codice CFD Ansys Fluent 2019 R2. La scelta del solutore per le RANS è caduta su un metodo density-based, implicito, stazionario con modello di turbolenza di Spalart-Allmaras. I risultati numerici sono stati validati con gli analoghi sperimentali riportati nella letteratura scientifica. Si sono analizzati due differenti metodi di vettorizzazione: il primo, andando a variare la pressione all'interno dei singoli motori, il secondo, immettendo una portata secondaria uscente da uno slot posto in una delle due pareti. In entrambi i casi si vuole modificare la distribuzione di pressione lungo una delle due pareti in modo che ne risulti una forza laterale, perpendicolare all’asse longitudinale dell’ugello. Nel primo caso, la dissimmetria nella distribuzione di pressione si ottiene variando la pressione totale in camera a parità di rapporto di espansione; si ottiene un diverso andamento tra le due pareti e di conseguenza una variazione nelle due forze laterali tale da ottenere una risultante non nulla. Nel secondo caso invece, la pressione in camera rimane costante e si immette una portata secondaria da uno slot lungo il plug; nasce un’onda d’urto obliqua che modifica il campo di moto e da questo ne scaturisce un diverso andamento della pressione sulle pareti, ottenendo sempre una forza laterale. Questa tecnica prende il nome di “Shock Vector Control”. Vengono studiati due casi di immissione secondaria, una con lo slot posto al 60% del plug, l’altro posto al 90%, ma entrambi con ampiezza pari ad 1mm. Infine, vengono confrontati i risultati dei tre metodi per determinare quale rappresenti la soluzione più efficace nell’ottenere una vettorizzazione fluidifica. Questa tesi mostra che la vettorizzazione della spinta è ottenibile con ciascuno dei metodi scelti, mentre i valori di spinta cambiano a seconda che si decida di variare la portata primaria o di immettere un flusso secondario; in particolar modo, si vedrà che l’efficienza aumenta andando a posizionare lo slot in zone dove la pendenza della geometria è minore, ovvero verso il fondo del plug.