Analisi di un motore a razzo basato su HTP con raffreddamento rigenerativo

The growing interest in the space sector toward small satellites and CubeSats is driving research and development toward increasingly advanced propulsion technologies. For such applications, chemical propulsion represents a valid alternative to non-conventional systems, with monopropellant and hybrid configurations being particularly attractive due to their performance, re-ignition, and the sustainability of certain propellants. One notable example is the use of high-test peroxide (HTP) as a substitute for hydrazine in monopropellant thrusters, or in combination with solid fuels such as high-density polyethylene (HDPE) in hybrid propulsion systems. This study aims to evaluate the performance of a small-scale hybrid rocket engine developed at the University of Naples Federico II, enhanced with integrated cooling channels and powered by HTP. CFD simulations were carried out using Ansys Fluent under various boundary conditions and physical models to assess the engine's cooling behavior. Finally, a thermofluid-dynamic analysis of the internal ballistics of the engine was conducted using the RPA (Rocket Propulsion Analysis) software.

L'esponenziale interesse, nel settore spaziale, sui piccoli satelliti-cubesat sposta la ricerca e lo sviluppo su tecnologie propulsive sempre più all'avanguardia. Per questo tipo di applicazioni, la propulsione chimica risulta una valida alternativa alle scelte non convenzionali, e, più nello specifico, risultano interessanti le configurazioni monopropellenti ed ibride per via delle performance, della riaccendibilitá, e la sostenibilità di alcuni propellenti. Un esempio è l'utilizzo di perossido di idrogeno ad alta concentrazione (HTP), utilizzabile come alternativa all'idrazina per gli endoreattori monopropellenti o in coppia con grani solidi tipo polietilene ad alta densità (HDPE) negli endoreattori ibridi. Questo studio mira a valutare le prestazioni di un motore ibrido di piccola scala dell'Universitá Federico II di Napoli, con l'aggiunta di canali per il raffreddamento del motore stesso, utilizzando HTP. Sono state quindi svolte simulazioni CFD con il software Ansys Fluent secondo diverse boundary conditions e diversi modelli fisici per studiare il raffreddamento del motore. Infine, viene poi effettuata un'analisi termofluidodinamica della ballistica interna del motore attraverso il software RPA (Rocket Propulsion Analysis).