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roma esercizio del propulsore (endoreattore) che deve generare la massima spinta, sia per la prossimità del terreno che riflette le onde sonore incidenti. Con il crescere del peso del vettore spaziale dovrà aumentare la spinta propulsiva e di conseguenza il rumore emesso. Nel caso di carichi paganti onerosi (es. Ariane, Space Shuttle) la pressione sonora è assai elevata e può raggiungere i 170 dB (OSPL – overall sound pressure level[4]). Il primo passo della progettazione acustica di un vettore spaziale è quindi costituito dall’analisi del rumore generato alla partenza. In seguito viene effettuato un dimensionamento strutturale, finalizzato alla riduzione del rumore trasmesso, delle parti costituenti i supporti del vettore spaziale; dei condotti per il convogliamento ed il trattamento dei gas incandescenti emessi dagli ugelli dei motori a combustibile solido o liquido. Spesso lo studio acustico al decollo viene condotto per mezzo di modelli in scala che presentano un comportamento acustico in similitudine con il caso reale. Nel corso di questa trattazione ed in analogia con la reale procedura progettuale ci si soffermerà sulla fase di dimensionamento con l’impiego dei gruppi adimensionali di controllo del propulsore in scala ridotta, finalizzata all’individuazione di un prototipo con proprietà fisiche ed acustiche riconducibili al modello reale.

Descrizione di massima di una base di lancio e delle sue parti costituenti Le basi spaziali adibite al lancio di missili a decollo verticale sono costituite da due principali aree poste a notevole distanza tra loro. La prima è utilizzata per il lancio del vettore spaziale mentre la seconda è essenzialmente la zona uffici. Nella seconda area gli ambienti che ospitano i laboratori di calcolo, con annessa sala di controllo, sono costituiti da locali sotterranei realizzati con spesse mura in cemento armato che consentono di ottenere al loro interno un’elevata attenuazione acustica, agevolata anche dalla notevole distanza esistente tra i locali ed il vettore. Vicino alla piattaforma di lancio è presente un fabbricato industriale dove tipicamente viene assemblato il vettore. La regione adibita prettamente al lancio è costituita da un basamento in calcestruzzo armato sul quale gravita il missile, e nella stessa sono ricavati dei condotti per il deflusso dei gas combusti emessi dai motori. Su tale basamento è ancorata anche la struttura verticale (Must) dedicata a sorreggere e alimentare il veicolo in fase di preparazione (gas, luce, acqua, rampe di carico ecc.). In prossimità è posto anche un serbatoio d’acqua con capacità di decine di migliaia di litri.

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Figura 2: Lancio del Vega del 2013, nella fase di spinta del propulsore a solido (P80) (www.esa.int)

Valutazione del rumore per mezzo di un prototipo in scala ridotta In un sistema di lancio per missioni interplanetarie, il principale requisito acustico richiesto consiste nel livello di pressione sonora ammissibile nella regione che ospita il carico “pagante”. Tale carico può essere costituito da un satellite o da una navicella, che a sua volta dovrà formare l’ambiente abitativo e operativo del personale navigante. Nel caso dell’Ariane 5[1] e dello Space Shuttle[7][8] il livello di pressione sonora ammissibile è rispettivamente pari a 140 e 145 dB. Per ottenere questo risultato i ricercatori e progettisti lavorano per fasi successive. In primo luogo, come è stato già accennato, viene effettuata una prova sperimentale con un prototipo in scala (ad esempio con rapporto 1/20[2]), per una valutazione diretta del rumore generato, con e senza sistemi di riduzione ed attenuazione del rumore stesso. In un secondo tempo si effettua un test in scala reale. Una volta confrontati con successo il caso reale con una condizione di esercizio in scala, sarà possibile dimensionare il prototipo ed estendere tutte le altre prove in scala alle reali condizioni operative, con una estrapolazione del corrispondente rumore. Per individuare le dimensioni e le caratteristiche termico/fisiche del modello in scala, i ricercatori impongono dei valori di spinta e di velocità che, una volta inseriti nei fattori dei gruppi adimensionali di governo (minimo numero di parametri che consente di descrivere un fenomeno), consentano di ottenere gli stessi risultati ottenuti con il caso reale. I principali gruppi adimensionali[3] utilizzati per le verifiche fluidodinamiche ed acustiche da eseguire con provini sono: il Mach (M); il Reynolds (Re) o, in alternativa, lo Strouhal (Sr); il Nusselt (Nu).

Descrizione dei gruppi adimensionali di governo Mach: Nel settore aerospaziale viene spesso calcolato il valore del numero di Mach (M) per

ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI ROMA


Quaderno IOroma II-2016