Analisi parametrica dell’instabilità in camera di combustione per endoreattori a propellenti ibridi = Parametric analysis of combustion chamber instability for hybrid-propellant rockets

L'interesse attorno agli endoreattori a propellenti ibridi è aumentato nell'ultimo decennio grazie all'individuazione di una classe di propellenti a base di paraffina che, sfruttando il meccanismo dell'entrainment, permette la crescita del rateo di regressione. Gli endoreattori a propellenti ibridi, che presentano dei potenziali vantaggi rispetto sia agli endoreattori a propellenti solidi che liquidi, sono contraddistinti, tuttavia, dall'insorgenza di fenomeni di instabilità in camera di combustione; lo studio, la caratterizzazione e l'analisi di questi fenomeni vengono praticati all'interno di questa tesi attraverso un codice CFD sviluppato dal Politecnico di Torino e in linea con il lavoro prodotto da Toru Shimada e Goutham Karthikeyan. Si mostrano, inizialmente, i modelli e le principali equazioni necessarie per la comprensione del funzionamento del codice di calcolo e una particolare attenzione è riservata alla gestione del modello chimico. Si propongono, dunque, due metodologie di analisi dell'equilibrio chimico in camera attraverso l'utilizzo del software CEA sviluppato dalla NASA e attraverso l'utilizzo di una rete neurale. Sfruttando la soluzione stazionaria fornita dal codice di calcolo, il modello chimico ad 8 specie proposto da Shimada e Karthikeyan viene analizzato e messo in discussione. Un modello a 9 specie che veda l'inclusione del monossido di carbonio è scelto, pertanto, come maggiormente appropriato per l'approssimazione del meccanismo di combustione tra paraffina e ossigeno gassoso. Dopo aver introdotto un termine di ritardo all'interno della dinamica dello strato limite, si procede all'analisi dei fenomeni di instabilità in camera di combustione e si esegue il confronto con i risultati sperimentali ottenuti in una serie di test condotti con paraffina e ossigeno gassoso all’Hybrid Combustion Facility dell' Ames Research Center della NASA.