Джефф Безос: Компьютерное моделирование уменьшит цикл «Test-Fail-Fix» для двигателя BE-4

Шеф Blue Origin Джефф Безос представил сегодня обновленную информацию о разработке аэрокосмической компанией своего ракетного двигателя внутреннего сгорания BE-4, что в конечном итоге устранит зависимость Америки от двигателей российского производства, которые она использует в настоящее время.

Этим утром в электронном письме членам списка рассылки Blue Origin Безос объявил, что моделирование процесса сгорания BE-4, в котором несгоревший кислород вводится в газовый поток для предотвращения перегрева, идет хорошо. Чтобы все было хорошо и стабильно, Bezos & co. используют 3D Computational Fluid Dynamics, недавнюю разработку для химической физики. Согласно Безосу, CFD предсказывает поведение или сгорание жидкого кислорода, используя уравнения Навье-Стокса - описывающие взаимосвязи скорости жидкости, давления, температуры и плотности.

«Возможность сгорать при моделировании CFD не устраняет необходимость в строгом тестировании, но значительно сократит цикл« тест-сбой-исправление »на стенде», - пишет Безос.

BE-4, намеченный для использования в ракетах Blue Origin к 2019 году, будет приводить в действие ракету Vulcan United Launch Alliance, находящуюся в разработке. ULA конкурирует с SpaceX для доставки частных и государственных полезных грузов, таких как спутники и материалы, на Международную космическую станцию.

Blue Origin имеет соглашение с ULA, в рамках которого обе стороны совместно финансируют разработку BE-4.

«На сегодняшний день мы завершили несколько миллионов основных часов моделирования CFD процессов сгорания BE-4», - пишет Безос в своем сегодняшнем обновлении. «Моделирование форсажной камеры показывает хорошее перемешивание и однородность температуры перед турбиной. Данные о сгорании и температуре, которые мы собрали в ходе наших испытаний на подшкалах, коррелируют с нашими прогнозами CFD и показывают, что наши размеры дожигателя и конструкция форсунок соответствуют проектным требованиям. Возможность сгорать при моделировании CFD не устраняет необходимость в тщательном тестировании, но значительно сокращает цикл испытаний-исправлений на испытательном стенде. Мы будем держать вас в курсе.

BE-4 - это настоящий переворот для Безоса с точки зрения ограничения нашей зависимости от российских технологий для ракетных двигателей; большинство наших двигателей пришло оттуда, включая технологию, используемую в настоящее время ULA. Как только BE-4 будет завершен, Безос и Blue Origin получат еще одно преимущество в своей бесконечной битве с SpaceX и его генеральным директором, конкурентом Элоном Маском.

Вот полный текст электронного письма Безоса:

В форсажной камере BE-4 очень небольшая часть топлива, работающего на сжиженном природном газе (СПГ), смешивается и сжигается со всем жидким кислородом двигателя, образуя горячий газообразный кислород, который используется для привода турбины и вращения турбонасосов. Кислород и СПГ сгорают стехиометрически выше 6000 градусов по Фаренгейту, и для надежного зажигания и поддержания реакции необходимы температуры около 3000 градусов по Фаренгейту или более. Никакие практические материалы турбины не выжили бы при этой температуре, особенно в многоразовом применении. Чтобы решить эту проблему, дожигатель BE-4 смешивает несгоревший кислород с потоком сгоревшего газа, чтобы разбавить газообразные продукты сгорания и снизить общую температуру примерно до 700 градусов по Фаренгейту. Если этот процесс смешивания не разработан тщательно, горячие точки могут сохраняться в потоке и ограничивать срок службы турбины.

Чтобы спроектировать форсаж для обеспечения равномерной температуры, мы используем 3-D Computational Fluid Dynamics (CFD) для моделирования процесса сжигания сжиженного природного газа и жидкого кислорода. CFD предсказывает поведение жидкости, решая уравнения Навье-Стокса, чтобы описать взаимосвязь скорости, давления, температуры и плотности движущейся жидкости. CFD реагирующих потоков, особенно тех, которые также связаны с изменением фазы, намного, намного сложнее, потому что он должен также решать химию наряду с уравнениями состояния. Сжигание CFD стало практичным только с недавними достижениями в моделях химической физики и вычислительной мощности.

На сегодняшний день мы отработали несколько миллионов основных часов CFD-моделирования процессов сгорания BE-4. Моделирование форсажной камеры показывает хорошее перемешивание и однородность температуры перед турбиной. Данные о сгорании и температуре, которые мы собрали в ходе наших испытаний на подшкалах, коррелируют с нашими прогнозами CFD и показывают, что наши размеры дожигателя и конструкция форсунок соответствуют проектным требованиям. Возможность сгорать при моделировании CFD не устраняет необходимость в тщательном тестировании, но значительно сокращает цикл испытаний-исправлений на испытательном стенде. Мы будем держать вас в курсе.

Градатим Фероцитер!

Джефф Безос