Джеф Безос: Компютърни симулации ще намалят "тест-Fail-Fix Loop" за BE-4 двигател

Главата на Blue Origin Джеф Безос предложи актуална информация за развитието на аерокосмическата компания на своя ракетен двигател BE-4, който в крайна сметка ще елиминира зависимостта на Америка от руските двигатели, които в момента използва.

В електронно писмо тази сутрин на членовете на листата на Blue Origin, Безос обяви, че симулациите на изгарянето на BE-4, в които неизгорял кислород се въвежда в газовия поток, за да предпази нещата от прегряване, напредват добре. За да запазите всичко хубаво и стабилно, Bezos & co. използват 3D изчислителна динамика на флуидите, скорошно развитие на химическата физика. Според Безос, CFD предсказва поведението или горенето на течния кислород чрез уравненията на Навие-Стокс - описващи взаимовръзките на скоростта, налягането, температурата и плътността на течността.

„Възможността за извършване на изгаряне на CFD симулации не елиминира необходимостта от строги тестове, но значително ще съкрати веригата на тест-отказ на тестовия стенд”, пише Безос.

BE-4, предназначен за използване в ракетите на Blue Origin до 2019 г., ще захранва ракетата на Vulcan, разработвана от United Launch Alliance. ULA се конкурира с SpaceX, за да носи частни и правителствени товари като сателити и доставки към Международната космическа станция.

Blue Origin има сделка с ULA, в която двете страни съвместно финансират развитието на BE-4.

„Досега сме завършили няколко милиона ядрени часа на CFD моделиране на горивни процеси BE-4“, пише Безос в актуалната актуализация. „Моделирането на предварителния уред показва добро смесване и равномерност на температурата преди турбината. Данните за горенето и температурата, които сме събрали в нашето изследване за субкале, корелират с нашите прогнози за CFD и показват, че конструкцията на нашия предновен размер и инжекционен елемент отговарят на проектните изисквания. Възможността за изгаряне на CFD симулации не елиминира необходимостта от строги тестове, но значително ще съкрати веригата за изпитване на неизправност на изпитвателния стенд. Ще ви държим в течение."

BE-4 е всъщност преврата за Безос по отношение на ограничаването на зависимостта ни от руската технология за захранване на ракети; повечето от нашите двигатели идват от там, включително технологията, която ULA понастоящем използва. След като BE-4 завърши, Безос и Blue Origin ще имат още едно предимство в неговата вечна битка с SpaceX и неговия изпълнителен директор, съперникът Елон Муск.

Ето пълния текст на имейла на Безос:

В пред-регулатора на BE-4 много малка част от горивото на втечнения природен газ (LNG) на двигателя смесва и изгаря с целия течен кислород на двигателя, за да произведе горещ газообразен кислород, който се използва за задвижване на турбината и въртене на турбопомпите. Кислородът и LNG горят стехиометрично над 6 000 градуса по Фаренхайт и са необходими температури от около 3 000 градуса по Фаренхайт или повече, за да се възпламени и поддържа реакцията. Никакви практически турбинни материали не биха оцелели при тази температура, особено при повторно използване. За да се реши това, BE-4 предбавка смесва несгорелия кислород в изгорялия газов поток, за да разрежда газовете от горенето и да понижава общата температура до около 700 градуса по Фаренхайт. Ако този процес на смесване не е щателно проектиран, горещите точки могат да се задържат в потока и да ограничат живота на турбината.

За да проектираме предбавка за осигуряване на еднаква температура, ние използваме 3-D Computational Fluid Dynamics (CFD), за да моделираме процеса на изгаряне на втечнен природен газ и течен кислород. CFD прогнозира поведението на течности чрез решаване на уравненията на Навие-Стокс, за да опише как скоростта, налягането, температурата и плътността на движещата се течност се отнасят. CFD на реагиращите потоци, особено тези, които включват и фазова промяна, е много, много по-трудно, защото трябва да решава и химията заедно с уравненията на състоянието. Изгарянето на CFD става практично само с последните постижения в моделите на химическата физика и изчислителната мощ.

Към днешна дата сме завършили няколко милиона основни часа CFD моделиране на процесите на изгаряне на BE-4. Моделирането на предварителния уред показва добро смесване и равномерност на температурата преди турбината. Данните за горенето и температурата, които сме събрали в нашето изследване за субкале, корелират с нашите прогнози за CFD и показват, че конструкцията на нашия предновен размер и инжекционен елемент отговарят на проектните изисквания. Възможността за изгаряне на CFD симулации не елиминира необходимостта от строги тестове, но значително ще съкрати веригата за изпитване на неизправност на изпитвателния стенд. Ще ви държим в течение.

Gradatim Ferociter!

Джеф Безос