Jeff Bezos: Datorsimuleringar kommer att minska "Test-Fail-Fix Loop" för BE-4 Engine

Blue Originers chef Jeff Bezos erbjöd idag en uppdatering om flygindustrins utveckling av sin rakmotorer för BE-4-förbränning, vilket i slutändan kommer att eliminera USA: s förtroende för de ryskgjorda motorer som den idag använder.

I ett mail till förmiddagen till medlemmar av Blue Origin listserv, meddelade Bezos att BE-4 förbränningssimuleringar där obränt syre införs i gasflödet för att hålla saker från överhettning utvecklades bra. För att hålla allt gott och stabilt, Bezos & co. använder 3D Computational Fluid Dynamics, en nyutveckling för kemisk fysik. Enligt Bezos förutspår CFD beteende eller flytande syreförbränning med användning av Navier-Stokes-ekvationer - som beskriver förhållandena mellan vätskans hastighet, tryck, temperatur och densitet.

"Möjligheten att göra förbränning av CFD-simuleringar eliminerar inte behovet av noggrann testning, men det kommer avsevärt att förkorta testfel-fix-slingan på teststället", skriver Bezos.

BE-4, slated för användning i Blue Origins raketer fram till 2019, kommer att driva United Launch Alliance i utveckling Vulcan raket. ULA konkurrerar med SpaceX för att bära privata och statliga nyttolast som satelliter och leveranser till den internationella rymdstationen.

Blue Origin har en affär med ULA där båda parter gemensamt finansierar utvecklingen av BE-4.

"Hittills har vi genomfört flera miljoner kärntimmar för CFD-modellering av BE-4-förbränningsprocesser, säger Bezos i dagens uppdatering. "Modellering av förbrännaren visar god blandning och temperaturenhetlighet uppströms turbinen. Förbrännings- och temperaturdata som vi samlat i vår prenumerationstestning stämmer överens med våra CFD-förutsägelser och visar att vår förbrännings-dimensionering och injektionselementdesign uppfyller designkraven. Förmågan att göra krossning av CFD-simuleringar eliminerar inte behovet av noggrann testning, men det kommer avsevärt att förkorta testfel-fix-slingan på teststället. Vi håller dig uppdaterad."

BE-4 är ganska kupen för Bezos när det gäller att begränsa vårt beroende av rysk teknik för att driva raketer. De flesta av våra motorer kommer därifrån, inklusive den teknik ULA använder för närvarande. När BE-4 är klar kommer Bezos och Blue Origin att ha ännu en kant i hans eviga strid med SpaceX och dess vd, rivalen Elon Musk.

Här är den fullständiga texten till Bezos email:

I förbränningen BE-4 blandar och delar en mycket liten del av motorns flytande naturgas (LNG) bränsle med all motorens flytande syre för att producera hett gasformigt syre, som används för att driva turbinen och rotera turbopumparna. Syre och LNG bränner stökiometriskt över 6000 grader Fahrenheit, och temperaturer på cirka 3000 grader Fahrenheit eller mer behövs för att på ett tillförlitligt sätt antända och bibehålla reaktionen. Inga praktiska turbinmaterial skulle överleva vid den temperaturen, speciellt i en återanvändbar applikation. För att lösa detta blandar BE-4-förbrännaren obränt syre i den brända gasströmmen för att späda förbränningsgaserna och minska den totala temperaturen till ca 700 grader Fahrenheit. Om denna blandningsprocess inte är noggrant utformad kan hotspots kvarstå i strömmen och begränsa turbinlivet.

För att utforma förbrännaren för att ge enhetlig temperatur använder vi 3-D Computational Fluid Dynamics (CFD) för att modellera LNG- och flytande syreförbränningsprocessen. CFD förutspår vätskebeteende genom att lösa Navier-Stokes-ekvationerna för att beskriva hur hastigheten, trycket, temperaturen och densiteten hos en rörlig vätska hänför sig. CFD av reaktionsflöden, särskilt de som också involverar en fasförändring, är mycket, mycket svårare eftersom det också måste lösa kemi tillsammans med tillståndsekvationer. Kombinerande CFD har bara blivit praktisk med de senaste framstegen inom kemiska fysikmodeller och datorkraft.

Hittills har vi genomfört flera miljoner kärntimmar för CFD-modellering av BE-4 förbränningsprocesser. Modellering av förbrännaren visar god blandning och temperaturenhetlighet uppströms turbinen. Förbrännings- och temperaturdata som vi samlat i vår prenumerationstestning stämmer överens med våra CFD-förutsägelser och visar att vår förbrännings-dimensionering och injektionselementdesign uppfyller designkraven. Förmågan att göra krossning av CFD-simuleringar eliminerar inte behovet av noggrann testning, men det kommer avsevärt att förkorta testfel-fix-slingan på teststället. Vi håller dig uppdaterad.

Gradatim Ferociter!

Jeff Bezos