Jeff Bezos: Computer Simulations vil redusere "Test-Fail-Fix Loop" for BE-4 Engine

Blue Origin-sjef Jeff Bezos tilbød en oppdatering i dag om luftfartsselskapets utvikling av sin BE-4 forbrennings rakettmotor, noe som til slutt vil eliminere USAs avhengighet av de russisk produserte motorer den bruker i dag.

I en e-postmelding til medlemmer av Blue Origin listserv, annonserte Bezos at BE-4 forbrenningssimuleringer der ubrent oksygen blir introdusert i gasstrømmen for å hindre at overoppheting utviklet seg bra. For å holde alt godt og jevnt, Bezos & co. bruker 3D Computational Fluid Dynamics, en nylig utvikling for kjemisk fysikk. Ifølge Bezos forutsetter CFD atferden eller flytende oksygenforbrenning ved bruk av Navier-Stokes-ligninger - som beskriver sammenhenger mellom væskens hastighet, trykk, temperatur og tetthet.

"Muligheten til å forbrenne CFD-simuleringer eliminerer ikke behovet for streng testing, men det vil betydelig forkorte test-fail-fix-sløyfen på teststativet," skriver Bezos.

BE-4, slated for bruk i Blue Origins raketter innen 2019, vil drive United Launch Alliance's utviklings Vulcan-rakett. ULA konkurrerer med SpaceX for å bære private og offentlige nyttelast som satellitter og forsyninger til den internasjonale romstasjonen.

Blue Origin har en avtale med ULA der begge parter i fellesskap finansierer utviklingen av BE-4.

"Til dags dato har vi fullført flere millioner kjerne timer med CFD-modellering av BE-4-forbrenningsprosesser," skriver Bezos i dagens oppdatering. "Modellering av forbrenneren viser god blanding og temperatur uniformitet oppstrøms turbinen. Forbrennings- og temperaturdataene vi har samlet i vår abonnentesting, er i samsvar med våre CFD-spådommer, og viser at vår forbrenningsstørrelses- og sprøyteelementdesign oppfyller designkrav. Muligheten til å forbrenne CFD-simuleringer eliminerer ikke behovet for streng testing, men det vil betydelig forkorte testfeil-fikseringssløyfen på teststativet. Vi holder deg oppdatert."

BE-4 er ganske kupp for Bezos når det gjelder å begrense vår avhengighet av russisk teknologi for å drive raketter; De fleste av våre motorer kommer derfra, inkludert teknologien ULA bruker for tiden. Når BE-4 er ferdig, vil Bezos og Blue Origin ha enda en kant i hans evige kamp med SpaceX og dets administrerende direktør, rival Elon Musk.

Her er den fulle teksten til Bezos e-post:

I BE-4-forbrenningen blandes en meget liten del av motorens flytende naturgass (LNG) brennstoff og brenner med hele motorens flytende oksygen for å produsere varmt gassformig oksygen, som brukes til å drive turbinen og spinne turbopumpene. Oksygen og LNG brenner støkiometrisk over 6000 grader Fahrenheit, og temperaturer på ca. 3000 grader Fahrenheit eller mer er nødvendig for å antennen og opprettholde reaksjonen på en pålitelig måte. Ingen praktiske turbinematerialer ville overleve ved den temperaturen, spesielt i en gjenbrukbar applikasjon. For å løse dette, blander BE-4 forbrenneren ubrent oksygen inn i den brente gasstrømmen for å fortynne forbrenningsgassene og redusere den totale temperaturen til omtrent 700 grader Fahrenheit. Hvis denne blandingsprosessen ikke er omhyggelig utformet, kan det oppstå varme flekker i strømmen og begrense turbine livet.

For å designe forbrenderen for å gi jevn temperatur bruker vi 3-D Computational Fluid Dynamics (CFD) til å modellere LNG- og flytende oksygenforbrenningsprosessen. CFD forutsetter væskeadferdighet ved å løse Navier-Stokes-ligningene for å beskrive hvordan hastigheten, trykket, temperaturen og tettheten til et bevegelig fluid vedrører. CFD av reagerende strømmer, spesielt de som også involverer en faseendring, er mye, mye vanskeligere fordi det må også løse kjemi sammen med statlige ligninger. Kombinasjon av CFD har bare blitt praktisk med nyere fremskritt i kjemiske fysikkmodeller og databehandlingskraft.

Hittil har vi fullført flere millioner kjernetimer med CFD-modellering av BE-4-forbrenningsprosesser. Modellering av forbrenneren viser god blanding og temperatur uniformitet oppstrøms turbinen. Forbrennings- og temperaturdataene vi har samlet i vår abonnentesting, er i samsvar med våre CFD-spådommer, og viser at vår forbrenningsstørrelses- og sprøyteelementdesign oppfyller designkrav. Muligheten til å forbrenne CFD-simuleringer eliminerer ikke behovet for streng testing, men det vil betydelig forkorte testfeil-fikseringssløyfen på teststativet. Vi holder deg oppdatert.

Gradatim Ferociter!

Jeff Bezos