Il concetto di volo ipersonico ha recentemente dimostrato di possedere interessanti prospettive di sviluppo, con particolare riferimento allo sviluppo di vettori spaziali a singolo stadio (single stage to orbit SSTO): essi infatti sono un pre-requisito essenziale per un credibile sfruttamento dello spazio a fini commerciali, grazie al contenimento dei costi insiti in una tecnologia che permette di riutilizzare il vettore di lancio nella sua interezza. Molte sono le applicazioni dell'interazione MHD che potrebbero essere applicate in un veivolo supersonico: quelle da noi prese in considerazione per una analisi futura riguardano la possibilità di controllare i parametri fluidodinamica all'ingresso della bocca dello scramjet, il tipo di motore deputato alla propulsione di questo tipo di veivoli. Nel dettaglio ci si riferisce all' ipotesi di funzionamento proposta nel progetto AJAX, ove una doppia interazione MHD (magnetoidrodinamica) viene sfruttata per creare un by-pass di energia cinetica rallentando il gas alla bocca del propulsore per poi riaccelerarlo in uscita, al fine di ridurre la velocità del flusso nella camera di combustione a valori che permettano l'ottimizzazione di quest'ultima, indipendentemente dalla velocità del veivolo. Una immediata ricaduta di questo sfruttamento dell'interazione MHD sarebbe quella di poter controllare i fenomeni che avvengono nello strato limite a ridosso del veicolo, come ad esempio le propagazione delle onde d'urto o dei flussi di calore.
Nella nostra ricerca, è stato sviluppato un modello bidimensionale tempo
dipendente per l'analisi del regime magnetoplasmadinamico di un veicolo ipersonico.
Il modello è stato utilizzato per esplorare l'interazione MHD che si
sviluppa nello strato limite di un profilo alare in regime supersonico, con
l'obbiettivo di cercare di controllare i flussi al fine di ridurre lo stress
termico.
Le equazioni che descrivono la fluidodinamica provengono dall'equazione di continuità
di massa, momento ed energia, oltre che dall'equazione di stato dei gas. Per
quanto riguarda l'elettrodinamica, invece, il modello fisico è stato
ottenuto assumendo la condizione per la quale Rem <<1, sfruttando poi
le equazioni di Maxwell e la legge di Ohm generalizzata.
Una schematica rappresentazione
del problema si può vedere nella figura a fianco, dove una sezione
del profilo alare viaggia in un gas alla velocita u ipersonica.
Il campo magnetico B che genera l'interazione MHD viene creato
attraverso la corrente che fluisce in dei conduttori posizionati sotto
la superficie del profilo alare. |
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Utilizzando il codice su un generico profilo alare con il conduttore che genera
il campo posto in corrispondenza del bordo di attacco e facendo fluire attraverso
esso una corrente di 220 KA, mentre il tutto si muove a Mach 5, si può
osservare una distorsione del campo magnetoidrodinamico. Nel dettaglio, rispetto
al caso senza interazione MHD, i profili di temperatura, pressione e numero
di Mach mostrano una sensibile alterazione in corrispondenza della parte inferiore
del profilo alare.
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Isolinee del numero di Mach in assenza ed in presenza dell'interazione MHD
Parallelamente all' attività di simulazione numerica fino a quì condotta, una intensa attività sperimentale finanziata dall'ESA (Agenzia Spaziale Europea) e dall'ASI (Agenzia Spaziale Italiana) permette di indagare ulteriormente il fenomeno. Gli esperimenti hanno luogo presso i laboratori di Alta a Pisa, dove è stata approntata una galleria del vento ipersonica .
Vai alla galleria immagini dell' interazione MHD.