Reduzieren moderne CFD-Codes die Anzahl der Testzündungen in einem Motorprogramm?

Angesichts der Komplexität der Entwicklung von Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken frage ich mich, ob (und wie viel) moderne Computational Fluid Dynamics (CFD)-Codes dazu beitragen, die Gesamtentwicklungskosten zu senken. Reduzieren sie tatsächlich die Anzahl der Testschüsse?

Wäre schön, wenn die Antworten die Anzahl der Zündungen und die Brenndauer in Motorprogrammen mit und ohne CFD-Modellierung hervorheben würden.

Vorläufige Bibliographie für potenzielle Poster:

Ich denke, das größte Problem bei der Beantwortung dieser Frage wird darin bestehen, den Einfluss größerer Erfahrung in der Motorenkonstruktion von dem Einfluss fortgeschrittenerer CFD-Fähigkeiten zu unterscheiden.
@Rikki-Tikki-Tavi - Erfahrung ist quantifizierbar, obwohl es viel mehr Zeit und Glück braucht, um die Daten zu erhalten.
Ich erinnere mich an eine kürzlich erschienene Abhandlung, in der Entwicklungsprogramme für Hochleistungsmotoren der oberen Stufe auf der ganzen Welt verglichen wurden. Wenn überhaupt, werden die Laufzeiten der Entwicklungsprogramme länger, nicht kürzer, in Kalenderzeit. 7-10 Jahre, geben oder nehmen Sie ein paar.
@kert - wäre für eine Antwort dankbar. Ja, „Schneller, besser, billiger“ ist eine gute Beschreibung dessen, was vor sich geht :(, ich frage mich, wie viel davon auf a) Defunding, b) die Eliminierung von „Low Hanging Fruits“ zurückzuführen ist – Ideen, die leicht zu bekommen sind und zu implementieren, c) andere Faktoren, einschließlich CFD-Codes.

Antworten (1)

Ich kann Ihnen keine quantitative Antwort auf Ihre Frage geben, aber ich werde versuchen, Ihnen ein Gefühl dafür zu vermitteln, wie CFD die Entwicklung von Motoren beeinflusst hat. Ich werde damit beginnen, luftatmende Motoren als Stellvertreter für Raketentriebwerke zu diskutieren.

Ich bin Aero-/Astro-Ingenieur und mein Vater war es auch (der an mehreren luftatmenden Motorprogrammen gearbeitet hat). In der Ära meines Vaters (Zeitrahmen J79 -> F110) "entwarfen" Ingenieure einen Motor, bauten ihn zusammen und starteten dann ein Testprogramm, um seine Leistung zu bestimmen. Oft funktionierten die Motoren nicht so gut.

Ob der Motor gut funktionierte oder nicht, war eine Kunst, die über der Wissenschaft lag, die verwendet wurde, um ihn zusammenzubauen. Sobald sich herausstellte, dass ein Triebwerk gut funktionierte, verwendeten die Ingenieure mehr oder weniger denselben Triebwerkskern wieder, verwendeten jedoch verschiedene Lüfter und AB-Abschnitte, um Triebwerke für andere Zwecke zu entwickeln (z. B. J79).

Als ich Ende der 80er / Anfang der 90er mit der Arbeit anfing, war noch einiges davon im Gange (F101 -> F110 durch Wiederverwendung des Kerns, aber Austausch der Lüfter). Große Motorenhersteller sind jedoch weniger darauf angewiesen, alte Kerne für neue Motorenfamilien wiederzuverwenden.

Versteh mich nicht falsch. Motorenhersteller stellen immer noch neue Motoren aus bewährten Kernen her, aber die neuen Motoren, die sie entwerfen, funktionieren im Durchschnitt weitaus besser als die, die sie in früheren Jahrzehnten entwickelt haben.

Ob CFD das Testen tatsächlich reduziert, kann ich nicht sagen. Aber es ermöglicht Motorenherstellern eine viel größere Chance, Hochleistungsmotoren zu entwickeln.

Und um den Kreis zu schließen, war die Wiederverwendung von Raketentriebwerken in früheren Jahrzehnten üblich. Die russischen Sojus-RD-107-Raketentriebwerke sind direkte Nachkommen der V2-Raketentriebwerke. Sogar die USA verwenden immer noch die Nachkommen des jetzt über 55 Jahre alten RL10-Motors aus dem gleichen Grund, aus dem die Motorenhersteller luftatmende Motorkonstruktionen wiederverwendeten.

Aber mit CFD sind Unternehmen wie SpaceX jetzt in der Lage, neue Motoren von Grund auf neu zu entwickeln. Diese haben sich bisher gut bewährt.

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