Jeff Bezos: Simulasi Komputer Akan Mengurangi "Test-Fail-Fix Loop" untuk Mesin BE-4

Kepala Blue Origin, Jeff Bezos menawarkan pembaruan hari ini tentang pengembangan mesin roket BE-4 perusahaan dirgantara, yang pada akhirnya akan menghilangkan ketergantungan Amerika pada mesin buatan Rusia yang saat ini digunakannya.

Dalam sebuah email pagi ini kepada anggota listserv Blue Origin, Bezos mengumumkan bahwa simulasi pembakaran BE-4 di mana oksigen yang tidak terbakar dimasukkan ke dalam aliran gas untuk menjaga hal-hal dari overheating berjalan dengan baik. Agar semuanya tetap baik dan stabil, Bezos & co. menggunakan 3D Computational Fluid Dynamics, pengembangan terbaru untuk fisika kimia. Menurut Bezos, CFD memprediksi perilaku atau pembakaran oksigen cair menggunakan persamaan Navier-Stokes - menggambarkan keterkaitan kecepatan, tekanan, suhu, dan kepadatan cairan fluida.

“Kemampuan untuk melakukan simulasi CFD pembakaran tidak menghilangkan kebutuhan untuk pengujian yang ketat, tetapi itu akan secara signifikan mempersingkat loop uji-gagal-perbaiki pada dudukan uji,” tulis Bezos.

BE-4, yang dijadwalkan untuk digunakan dalam roket Blue Origin pada tahun 2019, akan memberi daya pada roket Vulcan yang dikembangkan oleh Aliansi Peluncuran United Alliance. ULA bersaing dengan SpaceX untuk membawa muatan swasta dan pemerintah seperti satelit dan pasokan ke Stasiun Luar Angkasa Internasional.

Blue Origin memiliki kesepakatan dengan ULA di mana kedua belah pihak bersama-sama mendanai pengembangan BE-4.

"Sampai saat ini, kami telah menyelesaikan beberapa juta jam inti pemodelan CFD dari proses pembakaran BE-4," tulis Bezos dalam pembaruan hari ini. “Pemodelan preburner menunjukkan pencampuran yang baik dan keseragaman suhu hulu turbin. Data pembakaran dan suhu yang kami kumpulkan dalam pengujian skala kami berkorelasi dengan prediksi CFD kami dan menunjukkan bahwa ukuran elemen preburner kami dan desain elemen injektor memenuhi persyaratan desain. Kemampuan untuk melakukan simulasi CFD pembakaran tidak menghilangkan kebutuhan untuk pengujian yang ketat, tetapi itu akan secara signifikan mempersingkat loop uji-gagal-perbaiki pada dudukan uji. Kami akan terus memberi Anda informasi terbaru."

BE-4 adalah kudeta bagi Bezos dalam hal membatasi ketergantungan kita pada teknologi Rusia ke roket listrik; sebagian besar mesin kami berasal dari sana, termasuk teknologi yang saat ini digunakan ULA. Setelah BE-4 selesai, Bezos dan Blue Origin akan memiliki keunggulan lain dalam pertempuran abadi dengan SpaceX dan CEO-nya, saingannya Elon Musk.

Ini teks lengkap email Bezos:

Dalam preburner BE-4, sebagian kecil dari bahan bakar gas alam cair (LNG) engine bercampur dan terbakar dengan semua oksigen cair engine untuk menghasilkan oksigen gas panas, yang digunakan untuk menggerakkan turbin dan memutar turbopumps. Oksigen dan LNG terbakar secara stoikiometrik di atas 6.000 derajat Fahrenheit, dan suhu sekitar 3.000 derajat Fahrenheit atau lebih diperlukan untuk menyalakan dan mempertahankan reaksi secara andal. Tidak ada material turbin praktis yang dapat bertahan pada suhu itu, terutama dalam aplikasi yang dapat digunakan kembali. Untuk mengatasi ini, preburner BE-4 mencampur oksigen yang tidak terbakar ke dalam aliran gas yang terbakar untuk mengencerkan gas pembakaran dan mengurangi suhu keseluruhan menjadi sekitar 700 derajat Fahrenheit. Jika proses pencampuran ini tidak dirancang dengan cermat, hot spot dapat bertahan dalam aliran dan membatasi masa turbin.

Untuk mendesain preburner untuk menghasilkan suhu yang seragam, kami menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) 3-D untuk memodelkan proses pembakaran LNG dan oksigen cair. CFD memprediksi perilaku fluida dengan menyelesaikan persamaan Navier-Stokes untuk menggambarkan bagaimana kecepatan, tekanan, suhu, dan kepadatan fluida bergerak berhubungan. CFD dari aliran reaksi, terutama yang juga melibatkan perubahan fase, jauh lebih sulit karena juga harus menyelesaikan kimia bersama dengan persamaan keadaan. Combusting CFD hanya menjadi praktis dengan kemajuan terbaru dalam model fisika kimia dan daya komputasi.

Sampai saat ini, kami telah menyelesaikan beberapa juta jam inti pemodelan CFD dari proses pembakaran BE-4. Pemodelan preburner menunjukkan pencampuran yang baik dan keseragaman suhu hulu turbin. Data pembakaran dan suhu yang kami kumpulkan dalam pengujian skala kami berkorelasi dengan prediksi CFD kami dan menunjukkan bahwa ukuran elemen preburner kami dan desain elemen injektor memenuhi persyaratan desain. Kemampuan untuk melakukan simulasi CFD pembakaran tidak menghilangkan kebutuhan untuk pengujian yang ketat, tetapi itu akan secara signifikan mempersingkat loop uji-gagal-perbaiki pada dudukan uji. Kami akan terus memberi Anda informasi terbaru.

Gradatim Ferociter!

Jeff Bezos