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Modellizzazione dei fenomeni di ablazione superficiale di scudi termici per veicoli di rientro

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Politecnico di Torino – Facoltà di Ingegneria Aerospaziale ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Capitolo 1 – Introduzione 8 I risultati di tale ricerca furono pubblicati nel 1958. La teoria del corpo tozzo rese possibile il progetto degli scudi termici impiegati per le capsule nei programmi Mercury, Gemini e Apollo, garantendo agli astronauti la sopravvivenza durante il rientro atmosferico terrestre. In tale ottica, i materiali su cui le ricerche si sono maggiormente concentrate sono gli ablativi: si tratta di materiali impiegati per veicoli di tipo non riutilizzabile, destinati a un sempre maggiore utilizzo in seguito al ritiro dello Space Shuttle. 1.2 Protezione termica e i materiali ablativi Durante la fase di rientro atmosferico, un veicolo a velocità ipersonica induce la formazione di un’onda d’urto che porta ad un forte aumento di pressione e temperatura dei gas adiacenti alla superficie del veicolo e, di conseguenza, alla nascita di reazioni chimiche di dissociazione e ionizzazione delle specie chimiche gassose. L’accoppiamento d’incremento di pressione ed effetti viscosi genera resistenza ed una rapida decelerazione del veicolo, con un conseguente trasferimento di calore dallo strato limite al corpo. È compito del Thermal Protection System (TPS) minimizzare la quantità di calore che raggiunge la parte interna del veicolo di rientro. Un classico esempio di TPS è rappresentato dalle mattonelle ceramiche dello Space Shuttle, recentemente ritirato dalla NASA, che fornivano un isolamento ed erano riutilizzabili, sebbene con lunghe manutenzioni tra un volo e il successivo. Per un rientro di tipo balistico, invece, i veicoli sono soggetti a un gradiente termico più intenso ed è necessario usare un differente tipo di TPS, che utilizza, appunto, i materiali ablativi. L’utilizzo di materiali ablativi nella protezione termica di strutture e componenti rappresenta una soluzione efficiente e, in generale, economicamente vantaggiosa rispetto ai sistemi riutilizzabili. Gli ablativi sono materiali per mezzo dei quali il TPS (scudo termico) preserva la struttura sottostante alle elevate temperature che caratterizzano la fase di rientro atmosferico assorbendo e dissipando calore a seguito di decomposizione, fusione, sublimazione e/o erosione. La protezione ablativa viene quindi consumata durante l’uso e deve essere ripristinata per un eventuale ulteriore utilizzo del componente. Lo spessore del materiale protettivo ablativo deve essere opportunamente stimato in funzione del carico
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Modellizzazione dei fenomeni di ablazione superficiale di scudi termici per veicoli di rientro

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Informazioni tesi

  Autore: Edoardo Pizzorno
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2011-12
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria aerospaziale e astronautica
  Relatore: Giuseppe Ruscica
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 127

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Parole chiave

ablazione
scudi termici
heat shield
rientro atmosferico
termochimica
multicomponent

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