Validazione di un Modello a Bassa Fedeltà per Endoreattori a Propellenti Ibridi in Presenza di Iniezione con Swirl = Validation of a Low FIdelity Model for Hybrid Rocket Engines with Swirl Injection

Gli endoreattori a propellenti ibridi presentano caratteristiche operative e di sicurezza intrinseche che li rendono interessanti per un’ampia gamma di applicazioni. Il loro sviluppo non è stato però perseguito con la stessa intensità riservata agli endoreattori a propellenti liquidi o solidi. Questo principalmente a causa di limitazioni proprie di tali sistemi propulsivi, quali in particolare il ridotto rateo di regressione del grano solido. Negli ultimi anni, tuttavia, l’interesse per gli HRE è cresciuto in modo significativo, grazie allo sviluppo di tecniche che ne hanno permesso l’incremento delle prestazioni. L’utilizzo di iniezione con swirl e l’impiego di nuovi combustibili a base di paraffina permette infatti di incrementare notevolmente il rateo di regressione, rendendo questi sistemi più competitivi rispetto ad altre soluzioni propulsive. La presente tesi si concentra proprio su tale tipologia di iniezione e combustibile. Nello specifico, l’obiettivo principale è validare il modello proposto dal Politecnico di Torino, valutandone l’accuratezza per elevati numeri di swirl. Lo studio è stato condotto utilizzando un codice CFD quasi-1D sviluppato in-house ed utilizzato per simulare sia il caso di iniezione assiale sia il caso di iniezione con swirl. Inizialmente, viene presentata dunque l’architettura di tale codice, descrivendone i modelli fisici e matematici utilizzati. Successivamente, viene approfondita l’influenza dell’iniezione con swirl sul modello termico, in particolare sono introdotti dei fattori di correzione per il coefficiente di attrito e per il parametro di entrainment che dovranno essere opportunatamente calibrati. Infine, i risultati delle simulazioni, sia per la configurazione assiale che per quella con swirl, vengono confrontati con test sperimentali condotti presso il Technical Institute of Aeronautics di São José dos Campos, in Brasile. Questo confronto consente di valutare l’attendibilità del modello numerico e di identificare eventuali margini di miglioramento per future applicazioni.