Studio aerodinamico e ottimizzazione multi-obiettivo degli ugelli di scarico ipersonici per la vettorializzazione della spinta propulsiva in motori scramjet

Thrust vectoring is the process of manipulating the direction of the thrust generated by a propulsion system to control the motion and maneuverability of a vehicle. By adjusting the direction of the exhaust gases, the vehicle changes its attitude, performs agile maneuvers, and improves its performance. Various techniques are used to actively control and manipulate the thrust vector of a propulsion system. An alternative solution for achieving thrust vectoring control is studied in this thesis work. In particular, the “compression ramp” device is analyzed. The first objective of this work is to find an optimal compression ramp architecture to maximize the aerodynamic moment. Then, this optimal architecture is used as a “baseline” configuration to perform a multi-objective optimization by using a genetic algorithm, which gives, as a result, a “smooth” version of the initial discontinuous geometry of the ramp. The final result of this work is an architecture that locally modifies the exhaust nozzle geometry to improve the thrust vectoring performance of a scramjet engine.

Con "thrust vectoring" si intende il processo di manipolazione della direzione della spinta generata da un sistema propulsivo per controllare il movimento e la manovrabilità di un velivolo. Regolando la direzione dei gas di scarico, il veicolo cambia il proprio assetto, esegue manovre agili e migliora le sue prestazioni. Diverse tecniche sono utilizzate per controllare e manipolare attivamente la direzione della spinta di un sistema propulsivo. In questo lavoro di tesi si studia una soluzione alternativa per la vettorializzazione della spinta. In particolare, viene analizzato il dispositivo "rampa di compressione". Il primo obiettivo di questo studio è quello di trovare un'architettura ottimale di rampa di compressione tale da massimizzare il momento aerodinamico. Dunque, questa architettura ottimale viene utilizzata come configurazione "baseline" per eseguire un'ottimizzazione multi-obiettivo utilizzando un algoritmo genetico, che fornisce, come risultato, una versione "smooth" dell'iniziale geometria discontinua della rampa. Il risultato finale di questo studio è un'architettura che modifica localmente la geometria dell'ugello di scarico per migliorare le prestazioni in termini di vettorializzazione della spinta di un propulsore scramjet.