Analisi e dimensionamento di un propulsore ad effetto Hall multicanale

Abstract

Il presente lavoro riguarda l’analisi ed il dimensionamento di un propulsore ad effetto Hall a canali coassiali. Questo tipo di propulsori ancora non è stato realizzato, ma con l’aumentare delle potenze richieste a bordo dei satelliti questa soluzione potrebbe rivelarsi una buona alternativa ai cluster di propulsori a singolo canale, grazie ad una notevole riduzione degli ingombri e dei pesi. Il punto di partenza di questa tesi era una configurazione iniziale creata in modo tale da soddisfare i requisiti fondamentali riguardanti la forma del campo magnetico; procedendo iterativamente si sono in primo luogo analizzati i materiali a disposizione per la realizzazione del dispositivo, poi si è proceduto con un’analisi magnetica più precisa ed uno studio termico considerando quattro possibili configurazioni di funzionamento; si sono approfondite le suddette analisi considerando i reali contatti tra i componenti; quindi si sono effettuate alcune analisi multifisiche: termo-magnetica e termo-strutturale, per verificare il corretto funzionamento a temperatura di lavoro. Si è poi svolto uno studio gasdinamico per ottimizzare il flusso del gas dai condotti alle camere di accelerazione. Con le informazioni raccolte si è fissata la configurazione finale, intraprendendo la strada verso una fase sperimentale: all’analisi magnetica si è aggiunto uno studio sulle possibili attivazioni dei canali e sugli effetti di variazioni di corrente sulle singole bobine; all’analisi termica si sono accostati uno studio sul transitorio termico ed uno studio sulle temperature raggiunte a seguito di accensioni parziali del dispositivo. Infine, attraverso una attenta valutazione di tutti i risultati ottenuti, si sono tratte le opportune conclusioni. The present work regards analysis and sizing of a Hall Effect Thruster with coaxial channels. This class of thrusters has not been yet realized, but with powers increase on board of satellites, it could become a good alternative to clusters of single channel thrusters in minimizing weights and spaces. The starting point of this thesis is a preliminary configuration previously created to satisfy the shape of magnetic field basic requirements; advancing iteratively we have firstly analyzed available materials to build up this device, secondly we have proceeded with a more accurate magnetic analysis and a thermal analysis considering four possible working configurations; we have improved these results by considering real contacts between components’ surfaces; then we have done some multiphysic analysis, thermo-magnetic and thermo-structural, to verify the correct functioning at working temperatures. Then we have done a preliminary gasdinamic analysis to optimize gas flow from the ducts to the acceleration channels. With collected informations we fixed the final configuration, approaching the experimental phase: we added to the magnetic analysis a study about the possible activations of the channels and about the effects of any current variation; we added to the thermal analysis a study about the thermal transitory and a study about the temperatures reached in case of partial activation of this device. Finally considering all results found in this work, we arrived to the conclusions