Jeff Bezos: le simulazioni al computer ridurranno il "test-fall-fix-loop" per il motore BE-4

Il capo della Blue Origin Jeff Bezos ha offerto un aggiornamento oggi sullo sviluppo della società aerospaziale del suo motore a razzo a combustione BE-4, che alla fine eliminerà la dipendenza dell'America dai motori di fabbricazione russa attualmente utilizzati.

In una e-mail questa mattina ai membri della lista Blue Origin, Bezos ha annunciato che le simulazioni di combustione BE-4 in cui l'ossigeno incombusto viene introdotto nel flusso di gas per impedire il surriscaldamento delle cose procedono bene. Per mantenere tutto bello e costante, Bezos & co. stanno usando il 3D Computational Fluid Dynamics, un recente sviluppo per la fisica delle sostanze chimiche. Secondo Bezos, CFD predice il comportamento o la combustione di ossigeno liquido utilizzando le equazioni di Navier-Stokes - descrivendo le interrelazioni tra velocità, pressione, temperatura e densità del fluido.

"La possibilità di eseguire simulazioni CFD di combustione non elimina la necessità di test rigorosi, ma abbrevierà significativamente il ciclo test-fail-fix sul banco di prova", scrive Bezos.

Il BE-4, previsto per l'uso nei razzi di Blue Origin entro il 2019, alimenterà il razzo Vulcan in fase di sviluppo della United Launch Alliance. ULA è in concorrenza con SpaceX per trasportare payload privati ​​e governativi come i satelliti e le forniture alla Stazione Spaziale Internazionale.

Blue Origin ha stipulato un accordo con l'ULA in cui entrambe le parti finanziano congiuntamente lo sviluppo del BE-4.

"Fino ad oggi, abbiamo completato diverse milioni di ore core di modellazione CFD dei processi di combustione BE-4", scrive Bezos nell'aggiornamento di oggi. "La modellazione del pre-bruciatore mostra una buona miscelazione e uniformità della temperatura a monte della turbina. I dati relativi alla combustione e alla temperatura che abbiamo raccolto nei nostri test sulla sottoscala sono correlati alle nostre previsioni CFD e mostrano che il nostro dimensionamento del pre-bruciatore e il design dell'elemento iniettore soddisfano i requisiti di progettazione. La possibilità di eseguire simulazioni CFD di combustione non elimina la necessità di test rigorosi, ma abbrevierà significativamente il ciclo test-fail-fix sul banco di prova. Ti terremo aggiornato."

BE-4 è piuttosto il colpo di stato per Bezos in termini di limitare la nostra dipendenza dalla tecnologia russa per potenziare i razzi; la maggior parte dei nostri motori viene da lì, inclusa la tecnologia attualmente utilizzata dall'ULA. Una volta completato il BE-4, Bezos e Blue Origin avranno un altro vantaggio nella sua battaglia perpetua con SpaceX e il suo CEO, rivale Elon Musk.

Ecco il testo completo dell'email di Bezos:

Nel pre-bruciatore BE-4, una piccola parte del gas naturale liquefatto (LNG) del motore si mescola e brucia con tutto l'ossigeno liquido del motore per produrre ossigeno gassoso caldo, che viene utilizzato per guidare la turbina e far girare le turbine. L'ossigeno e il GNL bruciano stechiometricamente sopra i 6.000 gradi Fahrenheit e sono necessarie temperature di circa 3.000 gradi Fahrenheit o più per accendere e sostenere la reazione in modo affidabile. Nessun materiale pratico della turbina sopravviverebbe a quella temperatura, specialmente in un'applicazione riutilizzabile. Per risolvere questo problema, il pre-bruciatore BE-4 miscela l'ossigeno incombusto nella corrente di gas bruciato per diluire i gas di combustione e ridurre la temperatura generale a circa 700 gradi Fahrenheit. Se questo processo di miscelazione non è progettato meticolosamente, i punti caldi possono persistere nel flusso e limitare la durata della turbina.

Per progettare il pre-bruciatore per fornire una temperatura uniforme, utilizziamo la fluidodinamica computazionale tridimensionale (CFD) per modellare il processo di combustione dell'LNG e dell'ossigeno liquido. La CFD predice il comportamento del fluido risolvendo le equazioni di Navier-Stokes per descrivere come si riferiscono la velocità, la pressione, la temperatura e la densità di un fluido in movimento. Il CFD dei flussi reattivi, specialmente quelli che implicano anche un cambio di fase, è molto, molto più difficile perché deve anche risolvere la chimica insieme alle equazioni di stato. Combattere il CFD è diventato pratico solo con i recenti progressi nei modelli di fisica chimica e potenza di calcolo.

Ad oggi, abbiamo completato diverse milioni di ore core di modellazione CFD dei processi di combustione BE-4. La modellazione del pre-bruciatore mostra una buona miscelazione e uniformità della temperatura a monte della turbina. I dati relativi alla combustione e alla temperatura che abbiamo raccolto nei nostri test sulla sottoscala sono correlati alle nostre previsioni CFD e mostrano che il nostro dimensionamento del pre-bruciatore e il design dell'elemento iniettore soddisfano i requisiti di progettazione. La possibilità di eseguire simulazioni CFD di combustione non elimina la necessità di test rigorosi, ma abbrevierà significativamente il ciclo test-fail-fix sul banco di prova. Ti terremo aggiornato.

Gradatim Ferociter!

Jeff Bezos