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Propulsione aerospaziale avanzata

01RXIMT

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/07 6 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2018/19
Il corso si propone di fornire all’allievo conoscenze relative a propulsori aerospaziali non convenzionali che permettano di effettuare una missione esistente (e.g. trasporto passeggeri subsonico) in modo più efficiente o di poter compiere missioni non convenzionali (e.g. volo ipersonico o missioni interstellari). In particolare, dopo una panoramica sulle possibili soluzioni nel trasporto subsonico, l’attenzione è rivolta a propulsori utilizzabili per volo ad alta velocità o per veicoli trans-atmosferici (che sperimentano condizioni di volo dal basso subsonico all’ipersonico) e alla propulsione spaziale avanzata, descrivendo l’architettura dei propulsori ed addentrandosi nell’analisi dei principali meccanismi fisici di interesse.
The course aims to provide the student with knowledge related to non-conventional aerospace propulsors that allow to carry out conventional missions (e.g. subsonic passenger transport) more efficiently or to perform unconventional missions (e.g. hypersonic flight or interstellar missions). In particular, after an overview of the possible solutions in subsonic transport, the focus is on propellers usable for high-speed flight or for trans-atmospheric vehicles (which experiment with subsonic hypersonic flight conditions) and advanced space propulsion , describing the architecture of the engines and going into the analysis of the main physical mechanisms of interest.
Obiettivo del corso è di approfondire la conoscenza di propulsori avanzati, sviluppando nell'allievo le abilità necessarie per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di propulsori aerospaziali non convenzionali, per il dimensionamento di massima e la stima delle potenziali prestazioni, tenendo conto dei limiti legati ai componenti più importanti. Al termine del corso l’allievo avrà acquisito la conoscenza dei principali propulsori di nuova concezione (proposti in passato o in fase di sviluppo) e dei principi fisici alla base del loro funzionamento. Sarà inoltre in grado di identificare i principali parametri di progetto, e di studiarne l'influenza dei sulle prestazioni e sulle dimensioni di massima.
The aim of the course is to deepen the knowledge of advanced engines, developing in the student the skills necessary for the understanding of the physical phenomena underlying unconventional aerospace propulsion systems for the preliminary sizing and performance evaluations, taking into account the constraints of the most important components. At the end of the course the student will have the knowledge of the most important concepts of advanced aerospace propulsion systems (proposed in the past or under development) and the physical principles at the base of their operation. It will also be able to identify the main design parameters, and to study their influence on performance and overall engine size.
Nozioni di base di meccanica dei fluidi, di termo-fluidodinamica, e di aerodinamica supersonica, nonché elementi e generalità sui propulsori, secondo quanto fornito nel corso di studi della laurea in ingegneria aerospaziale.
Fundamentals of fluid mechanics, thermo-fluid dynamics, and supersonic aerodynamics, as well as elements and generality on the engines, as provided in the course of study of the degree in aerospace engineering.
Introduzione al corso. Prospettive per il volo subsonico: architetture innovative, combustori e propellenti alternativi; propulsione turboelettrica/turboelettrica parziale. Wave rotor topping cycle. Propulsione per alte velocità: introduzione. Dal ramjet ai sistemi propulsivi compositi e combinati. Eiettore ed applicazione al Rocket Based Combined Cycle Engine. Propulsori a ciclo variabile. Elementi di combustione: deflagrazione e detonazione: Pulse detonation engine (PDE), Rotating detonation engine, Continuous detonation turbine engine, Oblique Detonation Wave Engine. Air-turborocket. Liquid Air Collection e LACE. Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE) (30 ore) Scramjet - Introduzione e cenni storici, cos’è un motore scramjet. Vantaggi e svantaggi nella propulsione ipersonica. I componenti e il ciclo termodinamico. Analisi aero-termodinamica dei componenti: presa d’aria, combustore e ugello di scarico. Prestazioni. I progressi recenti. (15 ore) Propulsione spaziale avanzata - Propulsione nucleare termica. Propulsione solare termica. Vele solari e vele magnetiche. Trasferimenti orbitali ed orbite non kepleriane con vele solari. Altri concetti di propulsione spaziale avanzata. (15 ore)
Introduction. Perspectives for subsonic flight: innovative architectures, combustors and alternative fuels; partial turbo-electric / turbo-electric propulsion. Wave rotor topping cycle. Propulsion for high speeds: introduction. From ramjet to composite and combined propulsion systems. Ejector and application to the Rocket Based Combined Cycle Engine. Variable cycle propellers. Combustion elements: deflagration and detonation: Pulse detonation engine (PDE), Rotating detonation engine, Continuous detonation turbine engine, Oblique Detonation Wave Engine. Air-turborocket. Liquid Air Collection and LACE. Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABER) (30 hours) Scramjet - Introduction and historical notes, what is a scramjet engine. Advantages and disadvantages in hypersonic propulsion. The components and the thermodynamic cycle. Aero-thermodynamic analysis of components: air intake, combustor and exhaust nozzle. Performance. Recent progress. (15 hours) Advanced space propulsion - Thermal nuclear propulsion. Thermal solar propulsion. Solar sails and magnetic sails. Orbital transfers and non-keplerian orbits with solar sails. Other concepts of advanced spatial propulsion. (15 hours)
Il corso è strutturato in lezioni ed esercitazioni. Le esercitazioni, di carattere numerico, sono finalizzate al dimensionamento preliminare e al calcolo delle prestazioni di alcuni dei propulsori descritti a lezione.
The course is structured in lessons and exercitations. The exercises, of a numerical nature, are aimed at the preliminary sizing and calculation of the performance of some of the engines described during lessons.
Appunti e materiale distribuito a lezione  Per ulteriori approfondimenti  W. H. Heiser, D. T. Pratt., Hypersonic Airbreathing Propulsion, AIAA Education Series, 1994 S.N.B. Murthy, E.T. Curran, Development in High-Speed-Vehicke Propulsion Systems, Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol 185, AIAA, 1996
Notes by the teacher W. H. Heiser, D. T. Pratt., Hypersonic Airbreathing Propulsion, AIAA Education Series, 1994 S.N.B. Murthy, E.T. Curran, Development in High-Speed-Vehicke Propulsion Systems, Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol 185, AIAA, 1996
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Esame costituito da un colloquio orale vertente sugli argomenti trattati nelle lezioni e sulla discussione delle esercitazioni svolte. Obiettivo dell’esame è verificare che l’allievo conosca le varie tipologie dei propulsori descritti e ne sappia valutare le prestazioni preliminari avendo le conoscenze necessarie dei meccanismi fisici su cui si basa il funzionamento del propulsore stesso.
Exam: Compulsory oral exam;
Examination consisting of an oral interview on the topics covered in the lessons and on the discussion of the exercises carried out. The objective of the examination is to verify that the student knows the various types of the described engines and knows how to evaluate the preliminary performances having the necessary knowledge of the physical mechanisms on which the operation of the propulsion system itself is based.


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