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Anno Accademico 2009/10
01CCLFQ
Propulsori astronautici
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Casalino Lorenzo ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/07 42 14 0 0 7
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/07 5 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
Obiettivi dell'insegnamento
Nel loro insieme i corsi di Propulsione Aerospaziale, Endoreattori e Propulsori Astronautici intendono dare allo studente una formazione approfondita sulle modalitÓ di locomozione nello spazio, fornendo le nozioni di base della meccanica del volo spaziale, descrivendo le principali missioni spaziali e illustrando in dettaglio le caratteristiche dei propulsori necessari. In particolare, il corso di propulsori astronautici illustra i principali metodi per la propulsione spaziale in impieghi avanzati, con particolare riferimento alla propulsione elettrica. Vengono presentati i principali metodi per la generazione di spinta nello spazio mediante l'accelerazione elettrotermica, elettrostatica o elettromagnetica di un propellente e descritti i pi¨ importanti propulsori elettrici attualmente realizzati o in via di sviluppo.
Competenze attese
Conoscenza dei principi di funzionamento dei principali propulsori astronautici, delle loro caratteristiche costruttive, prestazioni e campi di impiego.
Prerequisiti
Termodinamica e meccanica di base. Fisica (Elettrologia). Propulsione aerospaziale.
Programma
Richiami di propulsione aerospaziale: spinta, impulso specifico, equazione del razzo. Classificazione dei propulsori elettrici. Richiami di elettromagnetismo: campi elettrici statici, corrente elettrica, campi magnetici, campi elettromagnetici dipendenti dal tempo, equazioni di Maxwell. Processi di ionizzazione di gas: gas monoatomici, equazione di Saha, gas biatomici, miscele di gas. ConducibilitÓ elettrica: collisioni tra particelle atomiche, conducibilitÓ in presenza ed assenza di urti, parametro di Hall. Accelerazione elettrotermica dei gas: entalpia di un gas ad alta temperatura, perdite per flusso congelato. ParticolaritÓ costruttive di resistogetti. Scarica elettrica in mezzo gassoso: arco elettrico, fenomeni di instabilitÓ e metodi di stabilizzazione, modelli di trasmissione del calore. Propellenti e particolaritÓ costruttive di arcogetti. Accelerazione elettrostatica: legge di Child. Produzione di ioni per bombardamento elettronico e radiofrequenza. Accelerazione di ioni e griglie acceleratrici. Neutralizzazione del fascio di ioni. Prestazioni e particolaritÓ costruttive di propulsori a ioni. Propulsori FEEP. Equazioni della magnetogasdinamica stazionara: flusso unidimensionale e fenomeni di choking, limitazioni pratiche ed effetti della geometria dei campi EM. Flussi a bassa densitÓ e conducibilitÓ tensoriale: propulsori a effetto Hall. Campi magnetici autoindotti. Ionizzazione. Propulsori magnetoplasmadinamici: modello magnetogasdinamico e altri modelli descrittivi, caratteristiche costruttive. Propulsori non stazionari a funzionamento pulsante: descrizione, caratteristica elettrica, modelli di accelerazione, efficienza. Prestazioni e descrizione di propulsori PPT (Pulsed Plasma Thrusters). Generatori di potenza. Vele solari. Propulsori avanzati.
Laboratori e/o esercitazioni
Esercitazioni di carattere numerico per la scelta del sistema propulsivo per diverse classi di missioni spaziali. Esercitazioni di carattere numerico per il calcolo di prestazioni di propulsori elettrotermici, di propulsori a ioni, e di propulsori elettromagnetici.
Bibliografia
a) Testo di riferimento per il corso:
R. G. Jahn, Physics of Electric Propulsion, Prima Edizione,
McGraw-Hill, New York, NY, 1968.
b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
Articoli tratti da riviste consigliati dal docente.
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Controlli dell'apprendimento / ModalitÓ d'esame
L'esame Ŕ orale. Consiste in due o tre domande, relative al programma del corso, poste ad ogni candidato e sviluppate attraverso la discussione o lo svolgimento di brevi calcoli con una durata complessiva di circa 30 minuti.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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