Studio dell'interazione e della formazione di onde d'urto interne ed esterne in ugelli parabolici convergenti-divergenti = The study of the interaction and formation of internal and external shock waves in converging-diverging parabolic nozzles

L'industria spaziale ha subito un notevole incremento e sviluppo negli ultimi decenni. Un numero considerevole di configurazioni di ugelli di scarico sono state studiate al fine di capirne le problematiche e aumentarne le prestazioni. Oggetti chiave di queste problematiche sono la separazione del flusso in fase di espansione, in prossimità della parete, e la generazione di onde d'urto internamente al tratto divergente e a valle di esso. L'azione separata o congiunta di questi elementi può portare alla formazione di forze laterali, perpendicolari alla parete dell'ugello, dette "side load", le quali possono arrecare gravi danni, in alcuni casi anche rottura esplosiva, all'ugello stesso e/o ai vari componenti costituenti l'apparato di spinta del vettore. In questo elaborato di tesi si vuole studiare il modo in cui interagiscono l'urto interno (debole) e quello esterno (forte) sopra citati. Si sono presi in esame due differenti ugelli. Il primo è stato ripreso dal lavoro di R. Stark e G. Hagemann, "Current status of numerical flow prediction for separated nozzle flows", si è studiato il suo comportameto mediante l'utilizzo del software ANSYS FLUENT e si sono confrontati i dati ottenuti dalle simulazioni con quelli sperimentali al fine di individuare un corretto settaggio dei parametri del software per il lavoro successivo. Il secondo ugello preso in esame è quello dei motori del primo stadio riportati nell'esercitazione n°3 del corso di Endoreattori. In questo caso, si voleva studiare un transitorio di accensione del componente in questione. Per farlo si sono adattate le dimensioni, scalandole, per renderle confrontabili con quelle del primo ugello studiato. In seguito si è ridisegnata la parete del tratto divergente, mantenendo invariati gli angoli geometrici caratteristici, in modo da avere un numero di Mach in uscita quanto più simile a quello di progetto dell'esperimento considerato. Una volta che si è ottenuta la nuova geometria si è simulato il funzionamento variando l'angolo iniziale del tratto divergente, l'angolo finale dello stesso e il Nozzle Pressure Ratio (NPR).