Progettazione e caratterizzazione della sensoristica per un hybrid sounding rocket

The THRUST student project aims to launch a rocket, also known as a sounding rocket, to a pre-established altitude of 3 km. The rocket features a hybrid propulsion engine in which combustion is achieved using a liquid oxidizer and a solid fuel. The engine was designed by THRUST students: the system of tank, valves, fluidics and combustion chamber is complex and, since it involves combustion, it is not free from risks. The presence of sensors is therefore necessary to monitor the operation of the engine and to characterize its performance. In this thesis, pressure, temperature and thrust sensors are studied and characterized. The requirements that the sensors must satisfy are established, the different types of sensors are studied and following a comparison they are chosen, describing their operating ranges. The sensor data acquisition system is presented with notes on the conditioning circuits. The conversion formulas are obtained which transform the values measured by the microcontroller into the units of measurement corresponding to the physical quantity detected by the sensor. The method used for calibration is described, where necessary, and the uncertainty on the sensor measurement chain is calculated. To conclude, the graphs of the measurements carried out during some tests are presented.

Il progetto studentesco THRUST ambisce a lanciare un razzo, anche detto sounding rocket, ad una quota prestabilita di 3 km. Il razzo è caratterizzato da un motore a propulsione ibrida nella quale la combustione è realizzata tramite un ossidante liquido e un combustibile solido. Il motore è stato progettato dagli studenti di THRUST: il sistema di serbatoio, valvole, fluidica e camera di combustione è complesso e, trattandosi di combustione, non è esente da rischi. Si rende quindi necessaria la presenza di sensori per monitorare il funzionamento del motore e per caratterizzarne le prestazioni. In questa tesi vengono studiati e caratterizzati i sensori di pressione, di temperatura e di spinta. Vengono stabiliti i requisiti che i sensori devono soddisfare, si studiano le diverse tipologie di sensori e successivamente ad un confronto vengono scelti, descrivendo i loro range operativi. Viene presentato il sistema di acquisizione dati dei sensori con cenni sui circuiti di condizionamento. Si ricavano le formule di conversione che trasformano i valori misurati dal microcontrollore nelle unità di misura corrispondenti alla grandezza fisica rilevata dal sensore. Viene descritto il metodo utilizzato per la taratura, ove necessaria, e viene calcolata l’incertezza sulla catena di misura dei sensori. Per concludere vengono presentati i grafici delle misurazioni effettuate durante alcuni test.