PROGETTAZIONE DI UN PROTOTIPO DI ENDOREATTORE AUTO PRESSURIZZATO A PEROSSIDO DI IDROGENO ED ETANO

Negli ultimi anni il costo associato alle varie operazioni a terra riguardanti propellenti non criogenici attualmente in uso come l’idrazina N2H4 ed i suoi derivati (MMH, UDMH) e il tetrossido di azoto (NTO) è aumentato notevolmente. La graduale presa di coscienza dell’elevata tossicità di tali propellenti ha prodotto negli anni una progressiva diminuzione dei limiti di esposizione previsti e quindi un conseguente aumento dei costi inerenti a tutte le procedure di manipolazione e stoccaggio e riguardanti la sicurezza e l’incolumità del personale che se ne occupa. Questo ha portato ad un aumento di interesse verso valide alternative che presentino una minore tossicità, specialmente per applicazioni su satelliti di piccole e medie dimensioni, dato il maggior peso dei costi a terra rispetto al costo dell’intera missione. Per tali applicazioni il perossido d’idrogeno (HP, H2O2) è uno dei più promettenti propellenti stoccabili “verdi” in virtù del suo costo contenuto. Ha un ridotto impatto ambientale ed è caratterizzato da una bassa tossicità e da una certa facilità nelle procedure di produzione, manipolazione e stoccaggio. Al momento Alta S.p.A. sta lavorando allo sviluppo di letti catalitici per la decomposizione del perossido d’idrogeno e alla loro applicazione in endoreattori monopropellenti. L’esperienza acquisita in questo settore dà la possibilità di analizzare le prestazioni propulsive di un innovativo motore bi- propellente auto-pressurizzato a perossido d’idrogeno ed etano (C2H6) secondo il concetto FVP (Fuel vapor Pressurization), nel quale si sfrutta l’alta pressione di vapore di un idrocarburo leggero per la pressurizzazione di entrambi i propellenti contenuti in un singolo serbatoio separati da un diaframma mobile (doppio serbatoio). Questo sistema di pressurizzazione promette una significativa riduzione dei costi, del numero degli elementi e della massa totale del sistema. La presente tesi tratta la progettazione di un prototipo di endoreattore da 50 N di spinta per la sperimentazione a terra del concetto FVP applicato a propellenti non tossici. Dopo una breve introduzione sulle prestazioni dei motori a perossido d’idrogeno, nel Capitolo 2 sono descritte le proprietà fisiche dei due propellenti. Nel capitolo 3 è illustrata l’analisi termodinamica del doppio serbatoio e la verifica dell’equivalenza ad una configurazione a serbatoi separati più adeguata per una sperimentazione a terra. Nel Capitolo 4 è affrontato il dimensionamento del propulsore comprendente camera di spinta (camera di combustione e ugello di spinta), camera di miscelamento dei propellenti, e letto catalitico. Il Capitolo 5 mostra il dimensionamento delle linee di alimentazione dei propellenti. Il Capitolo 6 tratta il sistema di raffreddamento della camera di spinta. Il lavoro di tesi si è svolto presso Alta S.p.A.,sotto la supervisione del Prof. Luca d’Agostino, e degli Ing. Lucio Torre, Angelo Pasini e Luca Romeo