Analisi prestazioni turbopompe per applicazioni spaziali = Turbopumps performance analysis for space applications

Lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione del comportamento fluidodinamico di una turbopompa centrifuga. Lo studio della risposta fluidodinamica di una macchina così complessa si rende necessario per testare la bontà del design, evidenziarne le potenzialità ed individuare eventuali limiti. Per raggiungere questo obiettivo, Avio S.p.a. ha condotto una approfondita analisi sperimentale, che, iniziata circa 15 anni fa ed ancora in corso, ha permesso di testare ogni aspetto della vita operativa della pompa. Questo lavoro nasce dalla volontà di sintetizzare, in un’unica espressione, il comportamento della macchina in condizioni standard e le cause principali che possono farla allontare da esse. Per far ciò, si è resa necessaria un’analisi dei dati sperimentali sopra citati. E’ possibile scindere la fluidodinamica della turbopompa in diverse parti, ognuna delle quali sarà analizzata nei prossimi capitoli. Spesso, nel corso della trattazione, si farà riferimento allo steady state, con cui si intendono le condizioni standard della macchina, ossia quelle che presentano un comportamento stabile, senza variazioni anomale. La causa principale della caduta delle prestazioni è la cavitazione, che rappresenta sicuramente la problematica maggiore in una turbopompa, nonchè la sfida più impegnativa nel suo design. Un altro fenomeno analizzato è la presenza di elio in fase gassosa, dunque le variazioni che il flusso bifase provoca sui parametri caratteristici della macchina. Infine, è stata valutata l’influenza della variazione di temperatura dell’ossigeno liquido, in particolare è stata valutata la risposta della pompa in seguito ad un aumento della temperatura operativa. Per ognuno di questi fenomeni è stata individuata un’equazione che va a modificare quella ottenuta per le condizioni stazionare, andando così a formare l’unica espressione obiettivo della tesi.