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Progetto costruttivo definitivo di un impianto di prova in similitudine di turbopompe cavitanti

Informazioni tesi

  Autore: Angelo Cervone
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1999-00
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aerospaziale
  Relatore: Luca D'agostino
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 358

Lo sviluppo di un impianto di prova versatile, adatto alla misurazione delle forze rotodinamiche esercitate dal fluido di lavoro su diversi modelli di turbopompe, è un obiettivo di primaria importanza per il miglioramento delle tecnologie di realizzazione di questo tipo di macchine. A tale scopo, Centrospazio ha proposto la costruzione di un circuito di prova per modelli scalati di turbopompe, designato con la sigla CPRTF (Cavitating Pump Rotordynamic Test Facility). La CPRTF sarà un impianto versatile, con costi di realizzazione e mantenimento relativamente contenuti, che permetterà di svolgere prove su diversi tipi di turbopompe anche in presenza di cavitazione. Il circuito consentirà di effettuare gli esperimenti in condizioni di similitudine fluidodinamica, geometrica e termica, usando esclusivamente acqua come fluido di lavoro. Allo stato attuale delle cose, la CPRTF sarà il primo impianto con queste potenzialità in Europa, e rappresenterà perciò un elemento particolarmente innovativo nel contesto industriale italiano ed europeo.
Il presente lavoro di tesi si è posto lo scopo di revisionare e modificare il progetto preliminare della CPRTF, risalente all’anno 1995/96, in vista della realizzazione dell’impianto, prevista per la seconda metà dell’anno 2000. Le modifiche apportate al progetto preliminare hanno consentito di estendere notevolmente le potenzialità dell’impianto, variandone opportunamente l’inviluppo operativo, e di abbattere in maniera significativa i costi previsti per la sua realizzazione; inoltre il progetto è stato ampiamente semplificato, eliminando gli elementi che si sono rivelati superflui e modificando quelli per cui si prevedeva di avere un montaggio particolarmente difficoltoso.
Nella prima parte di questa tesi vengono richiamati i fondamenti teorici che sono alla base dello studio delle instabilità rotodinamiche e della cavitazione; in seguito sono descritte le specifiche di funzionamento e le caratteristiche principali dell’impianto. Viene infine illustrato il progetto definitivo della configurazione base del circuito, denominata CPTF, con la quale sarà possibile caratterizzare le prestazioni delle turbomacchine (anche in regime cavitante), ma non i fenomeni rotodinamici; sono comunque forniti alcuni cenni sulle modifiche da fare alla CPTF per giungere alla configurazione definitiva, la cui realizzazione avverrà nel corso del 2001.

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INTRODUZIONE 1.1 Generalità In campo spaziale, l’uso di turbomacchine assume particolare rilevanza nei motori a propulsione chimica: esse, infatti, rappresentano lo strumento attraverso cui viene effettuato il pompaggio di ossidante e combustibile dal serbatoio di stoccaggio alla camera di combustione. Uno degli obiettivi più importanti che si propone di raggiungere la tecnologia delle moderne turbomacchine, in particolare di quelle usate per applicazioni aerospaziali, è la disponibilità di densità di potenza sempre più elevate. La stessa ESA (Agenzia Spaziale Europea), nell'ambito del programma FESTIP (Future European Space Transportation Investigation Programme), ha promosso un'attività sperimentale per l'analisi delle tecnologie critiche, identificando la progettazione di turbopompe ad elevate prestazioni specifiche come uno dei principali obiettivi da raggiungere nello sviluppo dei sistemi di propulsione principale per i futuri lanciatori riutilizzabili. Per comprendere a fondo la rilevanza di tale aspetto, può essere utile ricordare che la potenza di pompaggio di una turbomacchina è proporzionale alla quinta potenza di una sua dimensione caratteristica (D), moltiplicata per la terza potenza della sua velocità di rotazione ( :): 53 PD : ϖ Ciò, in termini pratici, implica che per ridurre le dimensioni della macchina (esigenza, questa, di primaria importanza nel campo delle applicazioni spaziali, poiché ridurre le dimensioni della pompa significa anche ridurne il peso) è necessario aumentare la

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Parole chiave

cavitazione
ossigeno
pompe
propulsione
razzi
turbomacchine
turbopompe
forze rotodinamiche

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