1. UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI
“FEDERICO II”
FACOLTÀ 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 dall’ASI
- Realizzato dal consorzio di ricerca ALI
Problema
Ridurre l’ingombro 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
30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia

3. Profilo di missione
- Lancio con scudo termico chiuso
- Operazioni in orbita
- Apertura dell’ombrello
- 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 porosità superficiale
- Problemi di lettura della temperatura per i pirometri
single color già 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
± 1.62
2.49
± 0.21
0.49
± 0.03
0.025
± 0.001
9.8 6370
10.69
± 0.22
274
0.030
± 0.001
0.070
± 0.005
Free jet
0.110
± 0.001
0.060
± 0.005
Model
in
Posizionamento strumenti
- 2 pirometri single color
- 4 pirometri dual color
- 2 termocamere

8. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Posizionamento strumenti
Pirometri single color
- M67S, 600 – 1000 °C
- M67S, 400 – 800 °C
Pirometri dual color
- Impac IGAR 12-LO, 300 – 1000°C
- Impac Infratherm ISQ 5, 800 – 2500°C
- M77S, 1000 – 3000 °C
- M77S, 700 – 1400 °C
Termocamere
-Thermovision Agema 900, 250 – 1500 °C
-Thermovision Agema 900, 250 – 2000 °C
Mikron M77 dual color 700-1400 °C
Mikron M67 single color 600-1000 °
Impac IGAR dual color 300-1000 °C
Mikron M67 single color 400-800 °C
Impac Infratherm
ISQ5 dual color 800-
2500 °C
Mikron M77 dual
color 1000-3000 °C
Impac IGAR dual
color 300-1000 °C
Mikron M67 single
color 400-800 °C
Mikron M77 dual
color 700-1400 °C
Mikron M67 single
color 600-1000 °C
Impac Infratherm ISQ5 dual color 800-
2500 °C
Mikron M77 dual color 1000-3000 °C
Mikron M77S dual
color 1000-3000 °C
IMPAC IGAR dual color
300-1000 °C
Mikron M77S dual
color 700-1400 °C
IMPAC ISQ5 Infratherm
dual color 800-2500 °C

9. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Istanti iniziali e finali del test

10. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Dati dei pirometri
Pirometri che non hanno dato una lettura
- Impac IGAR 12-LO, 300 – 1000°C
- Impac Infratherm ISQ 5, 800 – 2500°C
Pirometri che hanno dato una lettura
- Mikron M77S, 1000 – 3000°C
- Mikron M77S, 700 – 1400°C
Mikron M77S dual
color 1000-3000 °C
IMPAC IGAR dual color
300-1000 °C
Mikron M77S dual
color 700-1400 °C
IMPAC ISQ5 Infratherm
dual color 800-2500 °C

11. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Confronto tra pirometro e termocamera sul
punto di ristagno
- I profili combaciano in fase iniziale.
- In fase finale la vernice si è ossidata ed
ha aumentato la sua emissività.
- L’emissività è bassa perché lo specchio
assorbe nella banda del termografo.
ε = εmat ∙ α
- A causa dell’assorbimento il dual color
ha iniziato a registrare in ritardo.

12. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
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 dall’alto
all’istante t = 0 s
Immagine termografica con lo
specchio all’istante t = 0 s

13. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Calibrazione della termocamera
)
OS
R
ε(F
B
T


ln

14. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Calibrazione in camera di prova fino a 1000°C
Setup sperimentale
- Corpo nero M315 nel punto dove si
trovava il dimostratore
- Acquisizione dell’OS fino a 1000°C,
limite superiore di questo corpo nero.
termocamera
oblò
specchio
specchio
corpo nero

15. 30/01/12 Seduta di Laurea – Daniel Guariglia
Calibrazione fino a 1500 °C
Setup sperimentale
- Corpo nero M390 600 – 3000°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:
α = 0.24
Calcolo emissività vernice sul nose
- Tramite le nuove costanti è stata possibile
ricavare l’emissività della vernice sul punto
di ristagno del dimostratore.
- Emissività iniziale:
ε = 0.708
- La vernice si è ossidata durante la prova ed
ha aumentato il suo valore emissivo fino a:
ε = 0.733

17. Campo di vista
dall’alto
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 dall’alto, ε = 0.87
- Sono visibili le stecche
di supporto sotto al
tessuto.
- Nell’istante iniziale c’è
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, ε = 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 più 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
più emissive.
- I punti nel settore IV (punti 3 e 4),
più spesso, hanno temperature più
alte dei punti analoghi sul settore III
(punti 1 e 2), più sottile.
-Le temperature maggiori, ancora sono
sulle stecche (punti 5 e 8).
- Il punto 8, nella zona di tessuto più
spesso, appare più caldo del suo
omologo nella zona più 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 più
spesso, appare più caldo del suo omologo
nella zona più 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°C).
Profili di temperatura su linee caratteristiche a t = 33 s,
ε = 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 più alte
di quelle sul tessuto libero.
- Il settore più spesso, appare più 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) all’avvicinarsi della
piastra di ancoraggio del tessuto. Per questo
motivo la linea 3 appare più calda della linea 2

20. - La linea 1, più vicina al nose,
rimane calda più a lungo.
- Si vede una differenza di
temperatura tra il settore più spesso
(a destra) e quello più sottile,
dell’ordine dei 30 °C.
- La linea 3 appare più calda per la
vicinanza alla piastra di ancoraggio
Profili di temperatura a t = 324 s, ε = 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 più spesso (6 e 7)
appaiono più calde di quelle sulla zona
più sottile (linee 4 e 5), anche se di poco.

21. Immagini della termocamera dall’alto, ε = 0.87
Campo di vista
dall’alto
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
più freddo perché la vernice
ha una emissività minore del
materiale non verniciato.
- In fase di raffreddamento il
punto di ristagno è
effettivamente più caldo del
resto del nose poiché
emettendo di meno si
raffredda più lentamente
- Negli istanti finali si vede
una differenza di temperatura
tra il settore I (più spesso) ed i
settori II e IV (più sottili).

22. Conclusioni
-E’ stato trovata la configurazione ottimale dei pirometri attraverso un software CAD.
- E’ stata confermata la necessità di utilizzare una vernice per indagare con i pirometri il
materiale ceramico del nose, per via della elevata porosità superficiale, ed è stato calcolato il
potere emissivo di tale vernice. Valore che, comunque, risulta essere più basso di quello del
materiale non verniciato, con conseguente ritardo nel raffreddamento.
- Inoltre si conferma l’impossibilità di indagare il tessuto ceramico con i pirometri a causa sia
della bassa emissività 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. Ciò 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 più elevate in corrispondenza delle stecche di supporto a causa
del compattamento degli strati su queste. Ciò causa un apparente aumento di emissività del
materiale, e, verosimilmente, un aumento della trasmissione di calore verso le stecche
stesse.