La tesi si è concentra sulla ricerca e lo sviluppo di adeguate metodologie di calcolo aero-termo-dinamiche e aero-elastiche non-lineari al fine di indagare nuove configurazioni strutturali e tecnologie per lo studio di capsule dispiegabili per il rientro atmosferico e l'esplorazione planetaria in configurazione “umbrella-like”.
A tal fine, sono state prese in considerazione diverse configurazioni di capsule dispiegabili e diverse condizioni d'ingresso supersoniche / ipersoniche, al fine di dimostrare la bontà di una configurazione flessibile del tipo "umbrella-like" per essere utilizzata come Thermal Protection System (TPS), invece delle attuali capsule per il rientro atmosferico che montano uno schermo termico fisso.
Nel lavoro di tesi sono presentati studi su software commerciali (strutturali e fluido dinamici) e lo sviluppo di strumenti analitici aeroelastici.
Lo studio preliminare sulla traiettoria di immissione in atmosfera marziana su diversi landers del passato dimostrano che i carichi termici e dinamici agenti sullo scudo termico su una configurazione dispiegabile rispetto una configurazione con scudo fisso, possono essere ridotti da 2,5 a 3 volte.
Uno studio aero-termico basato sull'interazione dei software commerciali più avanzati CFD e agli elementi finiti ha dimostrato che un approccio completamente accoppiato, fornisce i risultati più accurati in termini di previsione della temperatura attraverso lo spessore del TPS.
Inoltre, è stato sviluppato e validato un modello analitico non lineare aero-elastico in grado di derivare le equazioni del moto usando un codice numerico basato sui modi naturali della struttura di un TPS utilizzando i risultati sperimentali e un modello agli elementi finiti. Tale modello ha dimostrato che questo semplice, ma abbastanza preciso, modello può indagare diverse configurazioni strutturali in un breve lasso di tempo. Ciò può ridurre notevolmente i costi di progettazione, dando la possibilità di studiare una vasta gamma di configurazioni strutturali e condizioni prima delle prove sperimentali.
Anche se interessanti risultati sono stati raggiunti grazie alla ricerca e lo sviluppo di metodologie di calcolo di tali configurazioni, questo lavoro ha aperto la strada a nuovi studi e domande sul comportamento aero-termo-elastico del TPS in flusso ipersonico
