Jeff Bezos: Computersimuleringer vil reducere "Test-Fail-Fix Loop" til BE-4 Engine

Blue Origin-chef Jeff Bezos tilbød i dag en opdatering om luftfartsselskabets udvikling af sin BE-4-forbrændingsraketmotor, som i sidste ende vil eliminere USAs afhængighed af de russisk fremstillede motorer, som den i øjeblikket bruger.

I en mail til formiddag til medlemmer af Blue Origin-listservicen meddelte Bezos, at BE-4-forbrændingssimuleringer, hvor ubrændt ilt indføres i gasstrømmen for at holde tingene fra overophedning fremskredet godt. For at holde alt godt og stabilt, Bezos & co. bruger 3D Computational Fluid Dynamics, en ny udvikling for kemisk fysik. Ifølge Bezos forudsiger CFD opførsel eller flydende oxygenforbrænding ved brug af Navier-Stokes-ligninger - der beskriver sammenhængen mellem væskens hastighed, tryk, temperatur og densitet.

"Muligheden for at forbrænde CFD-simuleringer eliminerer ikke behovet for streng testning, men det vil betydeligt forkorte test-fail-fix-sløjfen på teststanden," skriver Bezos.

BE-4, slated til brug i Blue Origins raketter inden 2019, vil drive United Launch Alliance's udviklings Vulcan-raket. ULA konkurrerer med SpaceX for at bære private og offentlige nyttelast som satellitter og forsyninger til den internationale rumstation.

Blue Origin har en aftale med ULA, hvor begge parter i fællesskab finansierer udvikling af BE-4.

"Til dato har vi gennemført flere millioner kernetimer med CFD-modellering af BE-4-forbrændingsprocesser," skriver Bezos i dagens opdatering. "Modellering af forbrænderen viser god blanding og temperatur ensartethed opstrøms for turbinen. De forbrændings- og temperaturdata, vi har samlet i vores abonnentprøvning, er i overensstemmelse med vores CFD-forudsigelser og viser, at vores forbrændingsstørrelses- og injektionselementdesign opfylder designkrav. Evnen til at gøre combing CFD-simuleringer eliminerer ikke behovet for streng testning, men det vil betydeligt forkorte test-fail-fix-sløjfen på teststanden. Vi holder dig opdateret."

BE-4 er ganske kup for Bezos med hensyn til at begrænse vores afhængighed af russisk teknologi til magtradietter; de fleste af vores motorer kommer derfra, herunder teknologien ULA bruger i øjeblikket. Når BE-4 er færdig, vil Bezos og Blue Origin endnu have en anden kant i hans evige kamp med SpaceX og dets administrerende direktør, rival Elon Musk.

Her er den fulde tekst af Bezos email:

I BE-4-forbrænderen blandes en meget lille del af motorens flydende naturgas (LNG) brændstof og brænder med hele motorens flydende ilt for at producere varmt gasformigt ilt, som bruges til at drive turbinen og dreje turbopumperne. Oxygen og LNG brænder støkiometrisk over 6000 grader Fahrenheit, og temperaturer på ca. 3000 grader Fahrenheit eller mere er nødvendige for at antændes og opretholder reaktionen pålideligt. Ingen praktiske turbinematerialer ville overleve ved denne temperatur, især i en genanvendelig applikation. For at løse dette blander BE-4-forbrænderen uforbrændt ilt ind i den brændte gasstrøm for at fortynde forbrændingsgasserne og reducere den samlede temperatur til ca. 700 grader Fahrenheit. Hvis denne blandingsproces ikke er omhyggeligt udformet, kan hot spots vedblive i strømmen og begrænse turbine livet.

For at designe forbrænderen til at give ensartet temperatur bruger vi 3-D Computational Fluid Dynamics (CFD) til at modellere LNG- og flydende oxygenforbrændingsprocessen. CFD forudsiger væskeadfærd ved at løse Navier-Stokes-ligningerne for at beskrive, hvordan hastigheden, trykket, temperaturen og densiteten af ​​en bevægende væske vedrører. CFD af reaktionsstrømme, især dem, der også involverer en faseændring, er meget, meget hårdere, fordi det også skal løse kemi sammen med statlige ligninger. Kombinerende CFD er kun blevet praktisk med de seneste fremskridt inden for kemiske fysik modeller og computerkraft.

Til dato har vi gennemført flere millioner kernetimer med CFD modellering af BE-4 forbrændingsprocesser. Modellering af forbrænderen viser god blanding og temperatur ensartethed opstrøms for turbinen. De forbrændings- og temperaturdata, vi har samlet i vores abonnentprøvning, er i overensstemmelse med vores CFD-forudsigelser og viser, at vores forbrændingsstørrelses- og injektionselementdesign opfylder designkrav. Evnen til at gøre combing CFD-simuleringer eliminerer ikke behovet for streng testning, men det vil betydeligt forkorte test-fail-fix-sløjfen på teststanden. Vi holder dig opdateret.

Gradatim Ferociter!

Jeff Bezos