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) con alta efficienza e ridotto impatto ambientale, o di poter compiere missioni non convenzionali (e.g. volo ipersonico o missioni interstellari). In particolare, dopo una panoramica sulle futuribili soluzioni nel trasporto subsonico, l’attenzione è rivolta a propulsori di tipo Rocket-based o Turbine based, per il volo supersonico/ipersonico e per velivoli trans-atmosferici (che sperimentano condizioni di volo dal basso subsonico all’ipersonico). vengon infine trattati elementi di propulsione spaziale avanzata, descrivendo l’architettura di propulsori per missioni interstellari e addentrandosi nell’analisi dei principali meccanismi fisici di interesse.

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.

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.

Introduzione al corso. Prospettive per il volo subsonico: architetture innovative, combustori e propellenti alternativi; propulsione turboelettrica/turboelettrica parziale. Wave rotor topping cycle. Propulsione per il volo supersonico/ipersonico e trans-atmosferico: 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. Propulsione air-breathing Single-Stage-to-Orbit (SSTO) e Two-Stage-to-Orbit (TSTO) e Accesso allo Spazio. Air-turborocket. Liquid Air Collection e LACE. Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE) . Engine-Airframe integration. (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 - Linee di sviluppo della Propulsione spaziale. Propulsione nucleare termica. Altre linee di sviluppo della propulsione Nucleare. Propulsione solare termica. Altri concetti di propulsione spaziale avanzata. (15 ore)

Il corso è strutturato in lezioni ed esercitazioni. Le esercitazioni, di carattere analitico-numerico, sono finalizzate al dimensionamento preliminare e al calcolo delle prestazioni di alcuni dei propulsori descritti a lezione. Le esercitazioni sono svolte in gruppi di 4-5 studenti per stimolare il team-working e prevedono lo svilippo di proposte progettuali su obbiettivi di prestazioni motore scelte dal gruppo stesso.

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

Slides; Dispense;

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... Esame costituito da un colloquio orale vertente sugli argomenti trattati nelle lezioni e sulla discussione delle esercitazioni svolte. L'esame consiste in alcune domande poste ad ogni candidato, sviluppate attraverso la discussione di argomenti affrontati durante le lezioni e/o le esercitazioni e ha una durata di circa mezz'ora. Le esercitazioni svolte dal gruppo sono parte integrante della valutazione. Si terrà conto sia della loro qualità generale, sia del loro grado di assimilazione da parte dello studente. Le esercitazioni vanno depositate nella sezione ELABORATI del portale della didattica entro il giorno dell'appello.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.