BANDO PRIN 2022D. D. N. 104 DEL 2 FEBBRAIO 2022
TITOLO DEL PROGETTO: HERMES - Hypersonic vehicles Enhancement via Robust Multi-fidelity optimization for the Exploitation of Space
CODICE CUP D53D23004350001
Budget: € 86.536
Responsabile U.R. Francesco Bonelli
Altre Unità di Ricerca: Politecnico di Milano
Breve descrizione del progetto
Il progetto si colloca nell’ambito delle tecnologie per il volo ipersonico e l’accesso allo spazio, con particolare riferimento al rientro atmosferico di veicoli spaziali, ai lanciatori riutilizzabili e ai veicoli suborbitali. Il volo ipersonico rappresenta oggi un settore di grande interesse scientifico e industriale, in quanto coinvolge applicazioni legate alla ricerca, all’esplorazione spaziale, al trasporto ad alta velocità e al turismo suborbitale. La progettazione di questi veicoli richiede strumenti in grado di descrivere fenomeni fisici complessi, quali effetti aerotermodinamici, non equilibrio termochimico, tenendo conto anche delle incertezze legate alle condizioni operative e ai modelli numerici. Il progetto ha riguardato lo sviluppo di metodologie multifedeltà per la progettazione robusta e l’ottimizzazione aerodinamica di veicoli ipersonici.
Particolare attenzione è stata dedicata alla modellazione dei processi termochimici in aria neutra e presenza di specie ablate utilizzando sia modelli Stato a Stato che modelli a più temperature interne derivati in maniera autoconsistente dall’approccio Stato a Stato.
Finalità
Il progetto è stato finalizzato allo sviluppo di strumenti numerici e metodologie di progettazione robusta per veicoli ipersonici, capaci di integrare modelli e dati con diverso livello di accuratezza e costo computazionale. L’obiettivo è stato migliorare la capacità predittiva delle simulazioni, includendo una descrizione più accurata dei processi termochimici per aria neutra in presenza di specie ablate.
Una finalità centrale è stata la riduzione del costo computazionale dell’approccio Stato a Stato risolto vibrazionalmente attraverso l’implementazione di un approccio basato su più temperature interne, nel quale i livelli vibrazionali sono raggruppati in insiemi caratterizzati da distribuzioni di Boltzmann a temperature differenti.
Risultati attesi
I risultati attesi riguardavano la definizione di un approccio multifedeltà per ridurre il costo computazionale delle procedure di progettazione e ottimizzazione, mantenendo un’elevata accuratezza nella previsione delle prestazioni aerodinamiche.
In particolare, erano attesi il miglioramento dei modelli di cinetica chimica Stato a Stato per aria neutra in presenza di specie ablate e lo sviluppo di modelli a più temperature interne per ridurre il costo computazionale nell’ambito di un contesto multifedeltà.
Risultati raggiunti
Il progetto ha consentito di sviluppare e consolidare metodologie numeriche per la progettazione robusta di veicoli ipersonici, basate sull’integrazione di modelli multifedeltà e tecniche di quantificazione dell’incertezza. In particolare, sono state definite procedure utili all’ottimizzazione aerodinamica robusta di veicoli che viaggiano a velocità ipersoniche. Sono stati migliorati i modelli Stato a Stato per la descrizione dei fenomeni termochimici per aria neutra in presenza di specie ablate ed è stato derivato un modello a più temperature interne per la riduzione del costo computazionale. Nel complesso, le attività svolte hanno contribuito allo sviluppo di strumenti più efficienti e predittivi per la progettazione di veicoli ipersonici, con potenziali ricadute sulla riduzione dei costi di lancio e sull’accesso allo spazio.