OFST: Open Fire Static Test

Il primo traguardo del progetto MHES

Propellenti: Ossigeno Gassoso + ABS
Obiettivi principali:
1) Accensione del motore e controllo del flusso di ossidante
2) Ri-accensione del grano di combustibile
3) Validazione del sistema di alimentazione dell’ossidante
Obiettivi secondari:
1) Validazione del sistema di spegnimento ad azoto
2) Validazione del design degli accenditori

Il primo test del progetto MHES è avvenuto il 13 Dicembre 2019 nel poligono di tiro privato Oklahoma Camp, presso Uboldo (VA).

Il test é denominato OFST in quanto è avvenuto a motore aperto senza ugello (OPEN) e senza misure di spinta (STATIC) . Gli obiettivi infatti erano quelli di validare i sottosistemi di alimentazione e controllo prima di procedere al test con le misurazioni.

Il nostro team ha raggiunto i tre obiettivi principali. Sono state effettuate due accensioni consecutive della durata di 12 s ciascuna, con ri-accensione del grano combustibile precedentemente bruciato. Il sistema di alimentazione e controllo dell’ossidante ha funzionato secondo i requisiti richiesti di affidabilità e velocità.

Purtroppo gli obiettivi secondari non sono stati raggiunti:

Il sistema di accensione pirotecnico non è stato affidabile, i quattro accenditori utilizzati non sono riusciti ad avviare la combustione nel motore. Il fallimento di questo sottosistema è stato attribuito alla non omogeneità della carica solida pirotecnica prodotta dal nostro team e alla difficoltà di integrarla nella struttura dell’accenditore e alla componente elettrica di questo. Dato il fallimento di questo sottosistema e le notevoli difficoltà riscontrate nella sua realizzazione, il team è ha deciso cambiare design e di implementare una nuova e diversa soluzione da utilizzare nei prossimi test.

Il sistema di spegnimento ad azoto, progettato per spegnere il motore nell’improbabile caso di una combustione incontrollata, non si è attivato quando richiesto. Alla fine della seconda accensione è stato deciso di testarlo per spegnere una fiamma rimasta all’interno del motore. Il segnale di apertura della valvola di controlla de flusso di azoto in camera di combustione è stato mandato ma questa si è bloccata in posizione chiusa. La fiamma si è spenta comunque dopo pochi secondi. La valvola si era già bloccata in laboratorio ed era stata smontata e lubrificata ed ha lavorato correttamente fino al test. Il team ha deciso ricontrollare la valvola e nel caso di sostituirla.

Iniettore sonico
L’iniettore è la componente che porta i gas all’interno della camera di combustione. Realizzato in acciaio inossidabile, consiste in un condotto con due ingressi, uno assiale per l’ossidante e uno laterale per l’azoto, e una uscita convergente che inietta l’ossidante in regime sonico. Questa soluzione impedisce ad eventuali perturbazioni in camera di combustione di risalire nell’impianto di alimentazione.
Flangia iniettore
Questa flangia in acciaio permette di collegare la camera di combustione con gli accenditori e l’iniettore. La tenuta in pressione è garantita da due Oring, tenuti in compressione da 8 bulloni M14.
Camera di combustione
È la componente del motore dove avviene la combustione del propellente. È costituita da un cilindro flangiato in acciaio, in grado di resistere a temperature e pressioni molto al di sopra di quelle di utilizzo. Al suo interno viene posto il combustibile solido in ABS e il materiale di isolamento termico. Questo componente inoltre è provvisto di due fori laterali che alloggiano i trasduttori di pressione per le misure in pre e post camera di combustione.
Grano solido in ABS
Il combustibile utilizzato è un grano solido di ABS stampato in 3-D. Il grano a sezione cilindrica cava è stato progettato in 3 sezioni diverse per facilitarne lo stampaggio, che sono state poi fuse tramite l’acetone . Il grano comprende anche due parti di fondamentale importanza in un motore ibrido, la pre-camera e la post-camera di combustione. La pre-camera consente all’ossidante di espandere e diffondersi uniformemente, la post-camera invece, permette alla miscela ossidante-combustibile di terminare il processo di combustione, garantendo quindi prestazioni più elevate. Per questo motivo la lunghezza della post-camera è un parametro critico nel design di un motore ibrido.
Ugello aperto
In questo test preliminare è stato utilizzato un inserto cilindrico di alluminio come ugello aperto.
Flangia Ugello
Questa flangia in acciaio permette di collegare tramite 8 bulloni M14 l’ugello con il corpo centrale del motore. La tenuta in pressione è garantita da due Oring.