Sviluppo di un codice per il design bidimensionale di una presa dinamica supersonica, con numero variabile di rampe.

This paper describes the development of a computational model for characterizing a multiple-ramjet intake of a SCRamjet engine, as well as analyzing the related performance indices. The developed model is based on a two-dimensional, steady-state flow characterization, in which viscous forces and gravitational forces are neglected and transformations along the intake are adiabatic. The model is based on the characterization of air as a calorically perfect gas. Under design conditions, all shock waves converge at the same point, corresponding to the upper leading edge of the SCRamjet isolator. Under the same undisturbed flow design conditions, a genetic algorithm was applied to the reference model. By varying the number and geometry of the ramps, the algorithm identified the configurations that maximize the IPR (Intake Pressure Recovery) index, which represents the intake efficiency. Among the various optimized intake configurations, the most significant ones were considered, characterizing the value and trend of the Mach number, pressure and stagnation pressure, temperature, density, and the corresponding T/s diagram. The intake configurations identified through this research will form the starting point for the development of more advanced models, which will consider the effects of fluid viscosity and systems, in off-design contexts, that contemplate the interaction of different non-convergent shock waves.

Il presente elaborato, descrive lo sviluppo di un modello di calcolo computazionale per la caratterizzazione di un intake a multiple rampe di un motore SCRamjet, nonché la valutazione dei relativi indici prestazionali. Il modello sviluppato si fonda su una caratterizzazione bidimensionale e stazionaria del flusso, in cui le azioni viscose e le forze di gravità sono trascurate e le trasformazioni lungo l’intake sono adiabatiche. Il modello si basa sulla caratterizzazione dell’aria come gas caloricamente perfetto. In condizioni di design, tutte le onde d’urto vengono fatte convergere nel medesimo punto, corrispondente al bordo d’attacco superiore dell’isolator dello SCRamjet. A parità di condizioni di Design della corrente indisturbata, al modello di riferimento è stato applicato un algoritmo genetico che, variando numero e geometria delle rampe, ha individuato le configurazioni che massimizzano l’indice IPR – Intake Pressure Recovery, rappresentativo dell’efficienza dell’intake. Tra le diverse configurazioni ottimizzate dell’intake, sono state valutate quelle più significative, caratterizzando il valore e l’andamento del numero di Mach, della pressione e della pressione di ristagno, della temperatura, della densità e del corrispondente diagramma T/s. Le configurazioni intake, individuate tramite questa ricerca, costituiranno l’insieme di partenza per lo sviluppo di modelli più evoluti, in cui verranno considerati gli effetti della viscosità del fluido e di sistemi, in contesti Off-Design, che contemplino l’interazione delle diverse onde d’urto non convergenti.