Studio numerico della mitigazione acustica in configurazioni con e senza guide tube per getti supersonici sovraespansi = Numerical study of acoustic mitigation in configurations with and without guide tubes for overexpanded supersonic jets

Il lancio di un vettore spaziale è accompagnato dalla generazione di intense onde di pressione, originate dall’interazione tra il getto supersonico del motore e le strutture del launch pad. Tali fenomeni acustici possono generare carichi vibroacustici dannosi per il carico utile e per la struttura stessa del lanciatore, rendendo necessarie strategie di mitigazione. Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare, mediante simulazioni CFD, il comportamento di un getto supersonico sovraespanso in uscita da un ugello conico, in diverse configurazioni geometriche. Il lavoro si articola in due fasi principali. Nella prima viene analizzato un caso di riferimento, rappresentato da un getto supersonico in configurazione libera, al fine di studiare la formazione di onde d’urto, le strutture instabili e le componenti di pressione associate. A questo scopo, è stato realizzato un modello numerico bidimensionale, inviscido, in regime compressibile, implementato nel software ANSYS Fluent. Successivamente, viene introdotto un dispositivo di mitigazione passiva, denominato guide tube, con l’obiettivo di valutarne l’efficacia nella riduzione dei carichi acustici. Sono state considerate tre configurazioni geometriche, variando il raggio d’apertura del condotto. Per ciascuna configurazione sono stati analizzati: il campo medio di Mach, le visualizzazioni Schlieren, le fluttuazioni di pressione rilevate in punti significativi del dominio, e il contenuto spettrale del segnale acustico. È stata inoltre valutata la pressione media agente sulle pareti interne del guide tube, indicatore utile in ottica strutturale. A completamento dello studio, è stato introdotto un ulteriore caso, nel quale il getto impatta contro una parete solida posta alla stessa distanza del guide tube. Il lavoro si conclude con una riflessione sulle potenzialità offerte dai dispositivi di mitigazione passiva e con alcune proposte di sviluppi futuri.