Analisi dei carichi aerodinamici agenti sul razzo sonda sperimentale del progetto THRUST

Il presente elaborato di tesi trae origine dalle attività del team studentesco THRUST dell’Università degli Studi di Padova, impegnato nello sviluppo e nel lancio di razzi sonda sperimentali secondo la filosofia SRAD. Il lavoro é stato sviluppato nell’ambito della missione SFR1, per la quale é previsto il lancio di un vettore nella categoria 3 km della competizione internazionale EuRoC. L’attività svolta si concentra sul calcolo dei carichi aerodinamici agenti sul vettore durante la fase di ascesa e sulla successiva determinazione delle principali azioni interne lungo la struttura. A partire dai modelli analitici individuati nella letteratura, é stato sviluppato in MATLAB un modello numerico in grado di suddividere il vettore nei suoi principali moduli e di calcolare, per ciascuna sezione, la distribuzione delle forze aerodinamiche lungo il razzo. Tale approccio permette di considerare separatamente i contributi dei diversi componenti, mantenendo la loro posizione lungo il vettore, e di ricostruire conseguentemente l’andamento degli sforzi durante l’ascesa. Lo sviluppo del modello nasce dalla necessità di ottenere una descrizione più dettagliata dei carichi rispetto a quella fornita dal precedente simulatore a 6 gradi di libertà utilizzato all’interno del team. Quest’ultimo applicava le forze aerodinamiche complessive nei centri di pressione e di massa globali del vettore, senza fornire una distribuzione spaziale dei carichi sui singoli moduli. Il nuovo modello consente invece di mantenere la distribuzione geometrica dei componenti e di analizzare le conseguenti azioni interne nelle diverse sezioni del vettore. La correttezza del modello aerodinamico é stata verificata attraverso un confronto con OpenRocket, ottenendo una differenza inferiore al 3% sugli integrali delle forze di drag e lift. Il modello é stato successivamente utilizzato per analizzare l’evoluzione temporale e spaziale delle azioni interne, con particolare attenzione alla condizione di massima pressione dinamica. I risultati mostrano come tale condizione non coincida necessariamente con quella di massimo carico strutturale durante il volo libero. In particolare, l’analisi del prodotto tra pressione dinamica e angolo d’attacco, qα, ha permesso di individuare, per il caso analizzato, la condizione corrispondente ai massimi valori di taglio e momento flettente durante il volo libero. Il lavoro fornisce pertanto uno strumento numerico per la valutazione dei carichi aerodinamici e delle azioni interne del vettore, utilizzabile come supporto alle successive attività di analisi e dimensionamento strutturale dei futuri razzi progettati dal team.