1. UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NAPOLI
FEDERICO II
FACOLT DI INGEGNERIA
corso di laurea specialistica in
INGEGNERIA AEROSPAZIALE E ASTRONAUTICA
(Classe delle Lauree in Ingegneria Industriale n. 10)
PRESENTAZIONE FINALE
ANALISI TERMOGRAFICA DI PROVE IN GALLERIA IPERSONICA
SCIROCCO SU UNA CAPSULA DI RIENTRO DISPIEGABILE
RELATORE:
Ch.mo Prof.Ing. Raffaele Savino
CO-RELATORE:
Ing. Federico De Filippis
CANDIDATO:
Daniel Guariglia
matr. 335/258
Anno Accademico 2011/2012
2. IRENE: Italian Re-Entry NacellE
-Studio di fase 0 finanziato dallASI
- Realizzato dal consorzio di ricerca ALI
Problema
Ridurre lingombro dello scudo termico al lancio,
quando non serve.
Soluzione
Dispiegare lo scudo termico solo prima del rientro
in atmosfera
Come
Realizzando uno scudo termico che si apre come
un ombrello
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3. Profilo di missione
- Lancio con scudo termico chiuso
- Operazioni in orbita
- Apertura dellombrello
- Rientro
- Apertura del paracadute
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4. Il dimostratore
- Scala 1:4 della capsula IRENE
- Utilizzo di materiali economici e
facilmente lavorabili
- Nose in schiuma di silice
- Parte flessibile realizzata in tessuti
ceramico
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5. Struttura dello scudo termico
Ceramic
fabric
Flame
Stopping Dot
Paper
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6. Installazione del dimostratore in
Scirocco
- Punto di ristagno ricoperto da una speciale vernice per
diminuire la porosit superficiale
- Problemi di lettura della temperatura per i pirometri
single color gi incontrati durante esperimenti al DIAS sia
con il tessuto ceramico che con il materiale del nose
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7. 30/01/12 Seduta di Laurea Daniel Guariglia
Parametri del test
H0
[MJ/Kg]
P0
[bar]
mAir
[kg/s]
mArgon
[kg/s]
M To
[K]
PArc
[MW]
td
[s]
PTC
[mbar]
PExit
[mbar]
10.5
賊 1.62
2.49
賊 0.21
0.49
賊 0.03
0.025
賊 0.001
9.8 6370
10.69
賊 0.22
274
0.030
賊 0.001
0.070
賊 0.005
Free jet
0.110
賊 0.001
0.060
賊 0.005
Model
in
Posizionamento strumenti
- 2 pirometri single color
- 4 pirometri dual color
- 2 termocamere
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Posizionamento strumenti
Pirometri single color
- M67S, 600 1000 属C
- M67S, 400 800 属C
Pirometri dual color
- Impac IGAR 12-LO, 300 1000属C
- Impac Infratherm ISQ 5, 800 2500属C
- M77S, 1000 3000 属C
- M77S, 700 1400 属C
Termocamere
-Thermovision Agema 900, 250 1500 属C
-Thermovision Agema 900, 250 2000 属C
Mikron M77 dual color 700-1400 属C
Mikron M67 single color 600-1000 属
Impac IGAR dual color 300-1000 属C
Mikron M67 single color 400-800 属C
Impac Infratherm
ISQ5 dual color 800-
2500 属C
Mikron M77 dual
color 1000-3000 属C
Impac IGAR dual
color 300-1000 属C
Mikron M67 single
color 400-800 属C
Mikron M77 dual
color 700-1400 属C
Mikron M67 single
color 600-1000 属C
Impac Infratherm ISQ5 dual color 800-
2500 属C
Mikron M77 dual color 1000-3000 属C
Mikron M77S dual
color 1000-3000 属C
IMPAC IGAR dual color
300-1000 属C
Mikron M77S dual
color 700-1400 属C
IMPAC ISQ5 Infratherm
dual color 800-2500 属C
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Istanti iniziali e finali del test
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Dati dei pirometri
Pirometri che non hanno dato una lettura
- Impac IGAR 12-LO, 300 1000属C
- Impac Infratherm ISQ 5, 800 2500属C
Pirometri che hanno dato una lettura
- Mikron M77S, 1000 3000属C
- Mikron M77S, 700 1400属C
Mikron M77S dual
color 1000-3000 属C
IMPAC IGAR dual color
300-1000 属C
Mikron M77S dual
color 700-1400 属C
IMPAC ISQ5 Infratherm
dual color 800-2500 属C
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Confronto tra pirometro e termocamera sul
punto di ristagno
- I profili combaciano in fase iniziale.
- In fase finale la vernice si 竪 ossidata ed
ha aumentato la sua emissivit.
- Lemissivit 竪 bassa perch辿 lo specchio
assorbe nella banda del termografo.
竜 = 竜mat 留
- A causa dellassorbimento il dual color
ha iniziato a registrare in ritardo.
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Temperature prima della calibrazione
Lo specchio ha un
basso coefficiente di
riflessione
Calibrazione della
termocamera con lo
specchio
Trattamento dei dati
con la nuova curva di
calibrazione
Immagine termografica dallalto
allistante t = 0 s
Immagine termografica con lo
specchio allistante t = 0 s
13. 30/01/12 Seduta di Laurea Daniel Guariglia
Calibrazione della termocamera
)
OS
R
竜(F
B
T
ln
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Calibrazione in camera di prova fino a 1000属C
Setup sperimentale
- Corpo nero M315 nel punto dove si
trovava il dimostratore
- Acquisizione dellOS fino a 1000属C,
limite superiore di questo corpo nero.
termocamera
obl嘆
specchio
specchio
corpo nero
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Calibrazione fino a 1500 属C
Setup sperimentale
- Corpo nero M390 600 3000属C non posizionabile
in camera di prova
- Rilevazione angoli e distanze tramite programma
CAD
- Ricostruzione condizioni della camera di prova
16. 30/01/12 Seduta di Laurea Daniel Guariglia
Risultati della calibrazione
- Sono stati ottenuti i nuovi parametri R, B ed
F
- E stato ricavato che lo specchio ha un
fattore di assorbimento pari a circa:
留 = 0.24
Calcolo emissivit vernice sul nose
- Tramite le nuove costanti 竪 stata possibile
ricavare lemissivit della vernice sul punto
di ristagno del dimostratore.
- Emissivit iniziale:
竜 = 0.708
- La vernice si 竪 ossidata durante la prova ed
ha aumentato il suo valore emissivo fino a:
竜 = 0.733
17. Campo di vista
dallalto
III IV
II I
Campo di vista riflesso sullo
specchio
Tempi
caratteristici
t = 0 s t = 33 s t = 274 s
t = 284 s t = 291 s t = 324 s
Immagini della termocamera dallalto, 竜 = 0.87
- Sono visibili le stecche
di supporto sotto al
tessuto.
- Nellistante iniziale c竪
una differenza tra il
punto di ristagno
(verniciato) ed il resto
del nose.
- Negli istanti finali si
vede una differenza di
temperatura tra il
settore III e IV.
18. Profili di temperatura nel tempo, 竜 = 0.87
Punto 2
Punto 3
Punto 1
Punto 4
Punto 1
Punto 2
Punto 3
Punto 4
Punto 5
Punto 6
Punto 7
Punto 8
Punto 7Punto 6
Punto 5
Punto 8
Punto 9
Punto 10
Punto 11
Punto 12
30/01/12 Seduta di Laurea Daniel Guariglia
Punto 11
Punto 10
Punto 9
Punto 12
- Le temperature pi湛 alte sono nella
zona di tessuto a contatto con le
stecche (punti 1 e 4).
- I layers di tessuto sono pressati sulle
stecche. Tali zone, quindi, appaiono
pi湛 emissive.
- I punti nel settore IV (punti 3 e 4),
pi湛 spesso, hanno temperature pi湛
alte dei punti analoghi sul settore III
(punti 1 e 2), pi湛 sottile.
-Le temperature maggiori, ancora sono
sulle stecche (punti 5 e 8).
- Il punto 8, nella zona di tessuto pi湛
spesso, appare pi湛 caldo del suo
omologo nella zona pi湛 sottile (punto 5).
- I punti 6 e 7, posti nella zona di tessuto
libero, hanno andamenti coincidenti. Il
diverso spessore, del tessuto non incide
sulla temperatura
-Temperature maggiori in corrispondenza
delle stecche (punti 9 e 12).
- Il punto 12, nella zona di tessuto pi湛
spesso, appare pi湛 caldo del suo omologo
nella zona pi湛 sottile (punto 9)
- I punti 10 e 12, posti nella zona di
tessuto libero, hanno andamenti
coincidenti. Il diverso spessore, del
tessuto non incide sulla temperatura
19. - Temperature massime sulle linee
2 e 3 in corrispondenza del tessuto
sopra le stecche.
- Temperature minime sulle linee 1
e 2 nelle zone di tessuto libero.
- Massima differenza di
temperatura sulla stessa linea si ha
con la linea 2, tra zona libera e la
zona sopra le stecche (ca 200属C).
Profili di temperatura su linee caratteristiche a t = 33 s,
竜 = 0.87 . Massime temperature registrate
Linea 4
Linea 5
Linea 6
Linea 7
Linea 3
Linea 2
Linea 1
30/01/12 Seduta di Laurea Daniel Guariglia
- Temperature sulle stecche nettamente pi湛 alte
di quelle sul tessuto libero.
- Il settore pi湛 spesso, appare pi湛 caldo sulle
stecche (linea 7) del settore meno spesso (linea
4).
- Lievissime differenze di temperatura nelle
zone si tessuto libero (linee 5 e 6).
- Graduale aumento di temperatura della zona
di tessuto libero (linee 5 e 6) allavvicinarsi della
piastra di ancoraggio del tessuto. Per questo
motivo la linea 3 appare pi湛 calda della linea 2
20. - La linea 1, pi湛 vicina al nose,
rimane calda pi湛 a lungo.
- Si vede una differenza di
temperatura tra il settore pi湛 spesso
(a destra) e quello pi湛 sottile,
dellordine dei 30 属C.
- La linea 3 appare pi湛 calda per la
vicinanza alla piastra di ancoraggio
Profili di temperatura a t = 324 s, 竜 = 0.87
40 s dopo lo spegnimento
Linea 4
Linea 5
Linea 6
Linea 7
Linea 3
Linea 2
Linea 1
30/01/12 Seduta di Laurea Daniel Guariglia
- Sul nose rimangono temperature
elevate
- le linee sul tessuto pi湛 spesso (6 e 7)
appaiono pi湛 calde di quelle sulla zona
pi湛 sottile (linee 4 e 5), anche se di poco.
21. Immagini della termocamera dallalto, 竜 = 0.87
Campo di vista
dallalto
III IV
II I
Campo di vista riflesso sullo
specchio
II
I
IV
t = 0 s t = 33 s t = 274 s
t = 284 s t = 291 s t = 324 s
- Il punto di ristagno appare
pi湛 freddo perch辿 la vernice
ha una emissivit minore del
materiale non verniciato.
- In fase di raffreddamento il
punto di ristagno 竪
effettivamente pi湛 caldo del
resto del nose poich辿
emettendo di meno si
raffredda pi湛 lentamente
- Negli istanti finali si vede
una differenza di temperatura
tra il settore I (pi湛 spesso) ed i
settori II e IV (pi湛 sottili).
22. Conclusioni
-E stato trovata la configurazione ottimale dei pirometri attraverso un software CAD.
- E stata confermata la necessit di utilizzare una vernice per indagare con i pirometri il
materiale ceramico del nose, per via della elevata porosit superficiale, ed 竪 stato calcolato il
potere emissivo di tale vernice. Valore che, comunque, risulta essere pi湛 basso di quello del
materiale non verniciato, con conseguente ritardo nel raffreddamento.
- Inoltre si conferma limpossibilit di indagare il tessuto ceramico con i pirometri a causa sia
della bassa emissivit del materiale stesso sia della trama costituente il tessuto.
- E stato utilizzato uno specchio per la ripresa del punto di ristagno con una termocamera
ed un pirometro. Ci嘆 ha reso necessaria una calibrazione della termocamera con lo
specchio. Sono state, quindi, ricavate le nuove costanti e le curve di calibrazione con cui
post-processare i dati acquisiti dalla termocamera.
- Sono state analizzate criticamente le immagini termografiche e sono stati estratti i profili di
temperatura nel tempo su punti e su linee caratteristiche.
- Si evidenzia come il diverso spessore del tessuto ceramico non influisca sulla temperatura
superficiale se non in avanzata fase di raffreddamento con una differenza minima.
- Si registrano temperature pi湛 elevate in corrispondenza delle stecche di supporto a causa
del compattamento degli strati su queste. Ci嘆 causa un apparente aumento di emissivit del
materiale, e, verosimilmente, un aumento della trasmissione di calore verso le stecche
stesse.