Jeff Bezos: Simulacions per ordinador reduiran el "bucle de prova de fallada" per al motor BE-4

El cap de Blue Origin, Jeff Bezos, va oferir una actualització avui sobre el desenvolupament de la companyia aeroespacial del seu motor de coets de combustió BE-4, que finalment eliminarà la confiança dels Estats Units en els motors fabricats en rus que actualment utilitza.

En un correu electrònic aquest matí a membres del servei de llistat Blue Origin, Bezos va anunciar que les simulacions de combustió BE-4 en les quals s'introdueix oxigen sense combustió en el corrent de gasos per evitar que es sobrecaliente vagin progressant bé. Per mantenir tot allò agradable i estable, Bezos & co. està utilitzant 3D Dynamics fluids computacionals, un desenvolupament recent per a la física química. Segons Bezos, el CFD prediu el comportament o la combustió d’oxigen líquid mitjançant les equacions de Navier-Stokes: es descriuen les interrelacions de la velocitat, la pressió, la temperatura i la densitat del fluid.

"La capacitat de fer simulacions de CFD de combustió no elimina la necessitat de proves rigoroses, però reduirà significativament el bucle de fixació de proves al suport de proves", escriu Bezos.

El BE-4, que s’utilitzarà als coets de Blue Origin l’any 2019, alimentarà el coet Vulcan de desenvolupament de la United Launch Alliance. La ULA competeix amb SpaceX per transportar càrregues útils privades i governamentals, com ara satèl·lits i subministraments a l'Estació Espacial Internacional.

Blue Origin té un acord amb la ULA en què les dues parts financen conjuntament el desenvolupament del BE-4.

"Fins ara, hem completat diversos milions d’hores bàsiques de modelització de CFD dels processos de combustió de BE-4", escriu Bezos en la seva actualització actual. “La modelització del preburner mostra una bona uniformitat de barreja i temperatura amunt de la turbina. Les dades de combustió i temperatura que hem recopilat a les nostres proves de subescala es correlacionen amb les nostres prediccions de CFD i mostren que el nostre disseny de dimensionament i injector de preburners compleix els requisits de disseny. La capacitat de fer simulacions de CFD que no cremen no elimina la necessitat de proves rigoroses, però reduirà significativament el bucle de fixació de proves al peu de prova. Us mantindrem actualitzats."

BE-4 és tot un cop d'estat per a Bezos quant a limitar la nostra dependència de la tecnologia russa als coets de poder; la majoria dels nostres motors vénen d’aquí, incloent la tecnologia que l’ULA utilitza actualment. Un cop finalitzat el BE-4, Bezos i Blue Origin tindran un altre avantatge en la seva batalla perpètua amb SpaceX i el seu director general, el rival de Elon Musk.

Aquí trobareu el text complet del correu electrònic de Bezos:

En el preburner BE-4, una petita part del combustible de gas natural liquat (GNL) del motor es barreja i es crema amb tot l’oxigen líquid del motor per produir oxigen gasós calent, que s’utilitza per conduir la turbina i girar els turbobomba. L'oxigen i el GNL cremen estequiomètricament per sobre dels 6.000 graus Fahrenheit, i es necessiten temperatures aproximades de 3.000 graus Fahrenheit o més per encendre i mantenir la reacció de manera fiable. No s’haurien de mantenir materials pràctics de turbines a aquesta temperatura, especialment en una aplicació reutilitzable. Per solucionar-ho, el preburner BE-4 barreja oxigen sense combustió a la corrent de gasos cremats per diluir els gasos de combustió i reduir la temperatura general a uns 700 graus Fahrenheit. Si aquest procés de barreja no està dissenyat meticulosament, els punts calents poden persistir a la riera i limitar la vida de la turbina.

Per dissenyar el preburner per proporcionar una temperatura uniforme, utilitzem la dinàmica de fluids computacional (CFD) 3D per modelar el procés de combustió de GNL i d'oxigen líquid. El CFD prediu el comportament fluid mitjançant la resolució de les equacions de Navier-Stokes per descriure com es relacionen la velocitat, la pressió, la temperatura i la densitat d'un fluid en moviment. El CFD de fluxos de reacció, especialment aquells que també impliquen un canvi de fase, és molt, molt més difícil, ja que també ha de resoldre la química juntament amb les equacions d'estat. La combustió de CFD només s'ha convertit en pràctica amb avenços recents en models de física química i potència de càlcul.

Fins ara, hem completat diversos milions d’hores bàsiques de modelització de CFD dels processos de combustió de BE-4. La modelització del preburner mostra una bona uniformitat de barreja i temperatura amunt de la turbina. Les dades de combustió i temperatura que hem recopilat a les nostres proves de subescala es correlacionen amb les nostres prediccions de CFD i mostren que el nostre disseny de dimensionament i injector de preburners compleix els requisits de disseny. La capacitat de fer simulacions de CFD que no cremen no elimina la necessitat de proves rigoroses, però reduirà significativament el bucle de fixació de proves al peu de prova. Us mantenirem actualitzats.

Gradatim Ferociter!

Jeff Bezos