אתגר ההנדסה של מערכות Reusable Thrust

פיתוח מערכות דחף עבור רכיבי חלל הניתנים לחזרה מייצג את אחד מהמהנדסים המשפיעים ביותר בתחום התעופה המודרנית, שלא כמו מחזורים ממושכים, שבו מנוע משמש פעם ודיסקלק, עיצובים הניתנים להחלפה חייבים לשרוד מספר רב של שיגור, כניסה מחדש, ומחזורי נחיתה תוך שמירה על ביצועים כמעט חד-זהירים של מערכת אחסון לא-זהירטיבית, כלומר, כל שינוי מאפקטים חד-פעמיים לחדשנות חד-פענוח, מונע על ידי הכלכלה כדי להוריד את עלויות נמוכות יותר ל-אווירה, כמו גם על ידי חשיפה מהירה של חומרת-פעמית-פעמית ואפקטים דרמטית-פעמיים, כמו עיצוב חלל.

עדיפויות עיצוב בסיסיות עבור אחריות

כאשר מערכת דחף נועדה להיות משוחזר, סדרי העדיפויות של ההנדסה משתנה מביצועים טהורים (יחס ספציפי למשקל) למשולש מאוזן: FLT:0durability ShiftFLT:1, FLT:2maintainability to-to-משקל) ועד להפחתה חוזרת של כל ההשפעות על אופניים, ו-FLT:4cost-יעילות של טיפול חוזר על אופניים, חייב להיות מסוגל להחליף את כל התכונות המהירות של טיפול בשרירים, או לתקן את התכונות של ציוד ניקוי מהיר.

חיי אופניים ושומן

מערכות דחף ניתנות לחוויית transients תרמיות קיצוניות.מנוע טילים נוזלי טיפוסי פועל עם טמפרטורות של מעל 3,000 מעלות C (5400 ° F), בעוד המבנים הסובבים עשויים לראות טמפרטורות דחף מפוצות כמו -18 °C. על פני טיסות מרובות, אלה גורמים מחזורים תרמיים במרכיבים קריטיים כגון פרצופים injector, הרחבות ללא תשלום, ודיור turbopump.

מטענים מבניים ו-Vbration

במהלך ההשקה, מערכות דחף חייבות לעמוד ברטטים אקוסטיים ומכניים עזים מחדירה, תנודות הזרימה דחף, ואווירדינמיים מזנון. חומרה ניתנת לעצירה חייב לשרוד את העומסים האלה ללא פיתוח סדקים או מפרקים רציפים מרגיעים.מהנדסים משתמשים בעומסים חזקים, מעכבים את דפוסי ההחלמה של מערכת העצבים, ומכוונן את הרטטים עצמם - את המשתנים לנטרים של כלי רכב יציבים - כדי לזהות מחדש של כלי רכב יציבים אחרים.

בחירת איכות חיים מורחבת

הבחירה של חומרים עושה או שובר מערכת דחף שניתן להשתמש בה.מנועי שימוש בודדים יכולים לנצל חומרים שמצמצמצמים בחסד במשך כמה דקות, אבל גרסאות ניתנות להחלפה דורשות סגסוגת ורכיבים ששומרים על כוח לאחר מאות מחזורים תרמיים.חומרים העיקריים בשימוש כיום כוללים מרכיבים המבוססים על ניקל (למשל, Inconel 718), ⁇ טיטניום, ⁇ נחושת עבור קובוסים ותאים קיצוניים (מפרקים) כמו רכיבי קרמיקה (C) ללא מטבוליות מורכבות).

Superalloys ו-Stinless Steels

Inconel 718 הוא סוס העבודה של מנועי טילים הניתנים לחזרה, בשימוש נרחב במנוע מעבורת החלל הראשי והמשיך בעיצובים מודרניים כמו Raptor.It שומרת על חוזק גבוה עד 700 מעלות צלזיוס ומתנגד לחמצן ולקורוזיון.עם זאת, זה כבד, כך מהנדסים משתמשים בו רק כאשר התנאים דורשים טמפרטורה גבוהה והתנגדות.

קופר אלוי עבור Combustion Chambers

התא של התלקחות ישירות מגע גז חם, לעתים קרובות להגיע לטמפרטורות מעל 3000 מעלות צלזיוס כדי לשרוד, הדינר מיוצר מסגסוגת נחושת גבוהה כמו NARloy-Z (סגסוגת כסף zirconium-copper) או גלן-Cop (סגסוגת נחושת-ניקל) חומרים אלה פועלים חום ביעילות לתוך ערוצי קירור רגנרטיביים, שמירה על הקיר בתוך גבולות בטוחים, כגון קירור של צינורות קירור של קירור, קירור של פחמן, כמו מחזורים מתקדמים, קירור של חומר קירור 1.

Ceramic Matrix Composites

עבור האזורים בעלי מזג אוויר גבוה - כגון הרחבה נושל או אזור הגרון - CMCs כמו סיבים סיליקון עמידים כוח-reinforced סיליקון (SiC / SiC) מציעים יציבות תרמית יוצאת דופן ומשקל אור. הם יכולים לעמוד בטמפרטורות > 1500 מעלות צלזיוס עם קירור פעיל או > C עם קירור רדיואקטיבי. עם מערכות CMCs הם קשים כדי להצטרף למבנים מתכתיים, אבל עדיין יש צורך במנועי מתכתי לחץ חזק יותר, אבל יש צורך לחץ חזק יותר, אבל יש צורך במנועי לחץ חזק יותר, אבל זהיר (R) אבל זהיר, אבל זהיר, אבל זהיר, אבל זה עדיין לחץ חזק יותר מאשר תכונות מכניים יותר מאשר כדי להפחית את זהיר (R) עם קירור CR) עם קירור פעיל קירור CR) עם קירור יעיל יותר מאשר כדי לשפר את רכיבי לחץ חזק יותר מאשר CR.

אפשרויות ל-Fertance and Engine Cycle

פיזור יעיל של הבעירה הוא חיוני למקסימום את יכולת המטענים של כל רכב שיגור, אבל עבור מחזורים ניתנים לחזרה, יעילות גם להפחית עומסים תרמיים וללבוש.מחזור המנוע - בין אם פתוח (מארגן גז) או סגורה (בקיצור של או מרחיב) - באופן ישיר משפיע על הסביבה התרמית ודרישות תחזוקה.

Regenerative Cooling and Film Cooling

מנועי Reusable מסתמכים מאוד על קירור מחדש, שבו אחד המדחף (דלק רטיפי) זורם דרך ערוצים בתא ו nozzle לפני הזריקה.זה מקרר את הקירות תוך חימום הדחף, שיפור יעילות הבעירה.גיאומטריה הקירור חייב להיות מותאם כדי למנוע כתמים חמים ולשמור על טמפרטורה אחידה קיר.

חידושים טכנולוגיים מחזקים את יכולת הישוש

כמה מגמות טכנולוגיות מפתח הפכו מערכות דחף ניתנות להחלפה מעשית:0 (הייצור התוספתי (3D הדפסה)FLT:1 היה שינוי משחק, צמצום ספירות חלק מאלפים לעשרות ומאפשרות Geometries פנימיים מורכבים שלא ניתן היה ללבוש באופן קונבנציונלי, לדוגמה, מנוע Aerojet Rocketdyne RL10 עכשיו משתמש 3D מודפס בראשים ו- 3Dected על ידי הסרת מגבלות של תאים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 קיבולת קיבולת שטף, 000 קיבולת קיבולת גבוהה יותר מאשר שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 קיבולת שטף, 000 קיבולת שטף, 000 שטף, 000 קיבולת גבוהה יותר מטווח קצר על ידי קיבולת קיבולת קיבולת שטף, 000 שטף, 000 שטף, 000 שטף,

אבחון אוטונומי ובדיקת בריאות

אחת החידושים המשפיעים ביותר היא שילוב של מערכות ניטור בריאות:0autonomous ניטור מערכות sertFLT:1 . מנועי שידור מודרניים מצוידים במאות חיישנים מדידת טמפרטורה, לחץ, רטט וזן במקומות קריטיים. אלגוריתמים למידת מכונות לנתח נתונים אלה בתקופות של זמן קצר כדי לזהות נורמה - כגון סדקים, עונדים, או חוסר יציבות - הם מאפשרים החלפתם של רכיבי ניהול חיים רבים אחרים של כלי רכב בטווח הקצר (HX).

בדיקה ואישור לשימוש

(הופנה מהדף ⁇ ) אין מערכת דחף ניתנת לחזרה (ללא בדיקות ממצה) הדרך להסמכת כוללת את מחזורי הבטיחות:0component-level TestingFLT:1 (valves, turbopumps, injectors) תחת טמפרטורה ומחזורי לחץ כי הרבה יותר מעל עומסי טיסה צפויים.

חידוש ושיקום

לאחר כל טיסה, מנועי Reusable נבדקים, מנוקים, ולעתים קרובות מקובצים להערכה לא הרסנית (NDE) טכניקות כמו X-ray קידוד, בדיקות קוליות, ו-ddy הנוכחי סריקה. רכיבים קריטיים עם גבולות חיים ידועים - כגון רצועות טורבינות ועמודי תאימות - מוחלפים בלוח זמנים הנגזר מניתוח סטטיסטי של נתונים אחרים נבדקים ומאשרים מחדשים כל תהליך של תחזוקה.

כיוונים עתידיים ואתגרים

(במבט קדימה, הגבול הבא הוא FLT:0) במנועי על-השלב העליון ניתן לשחזר מספר פעמים באפס-ג ולפעול ברמות ביצועים גבוהות יותר.זה דורש עיצובים קלים, עמידים שיכולים לשרוד הן את ה-Ascent והן - באופן בלתי אפשרי - חומרים ניהוליים פשוטים יותר (Rential Reductions) ו-RRAFLT:2 ננוקלאר תרמיים 3, אך ורק למושגים חמורים יותר (NTP) למניעהספקיות גבוהה יותר, אפילו יותר, כמו גם כן, אך ורק למניעה של כוח-D) יש צורך ב-RVal) יותר מאשר ב-RValdancedancedancedancedancedancedancedancedancedancedancedanceerancedancedancedancedanceerancedancedancedanceer (R.

אתגר מפתח נוסף הוא (FLT:0) שוויון עם מערכות ממושכות של מערכות גלקסיות: 1 בעוד מנועי מילואים ניתן לטוס שוב ושוב, העלות של שיפוץ לטיסה חייבת להיות חלק מהעלות של מנוע חדש עבור הכלכלה לעבוד.חברות כמו Relativity Space משתמשים ב- 3D כדי להפחית את עלויות הייצור ולפשט תיקונים תעשייתיים, כגון FLT2 שבועות אמין, ללא ספק, כדי להפוך את נהלים מסחריים חדשים, ללא תשלום מהיר, ללא תשלום עבור שבועות של זמן מסחר יעיל, ופתרונות מסחריים יעילים, כדי להפחית את האפשרות למנועי רכב מסחרי, ופתרונות מסחריים יעילים, ופתרונות מסחריים, כדי להפחית את האפשרות למנועי רכב זמין, ללא תשלום עבור זמן נסיעה יעילה, כדי להפחית את יעילות גבוהה יותר, כדי להפחית את עלויות ייצור ולהפחית את עלויות ייצור ולהפחית את עלויות ייצור ולהפחית את עלויות ייצור ולהפחית את עלויות תפעול יעיל של 3D בעתיד.

מסקנה

(העיצוב מערכות לרכיבי חלל הניתנים לחזרה הוא מאמץ רב תחומי הדורש חדשנות על פני מדע החומרי, תרמודינמיקה, מכניקה מבנית וניתוח נתונים.המעבר מלהיות מפז למנועי השקה כבר חתך את עלויות ההשקה באופן דרמטי, אך שיפורים נוספים בעמידות ותחזוקת יפתחו עוד יותר משימות שאפתניות - החל מפריסת לוויין תכופה ועד למשימות מאדים מתקדמות, על ידי התמקדות בבחירה חומרית ויעילה, ניצול, ומהנדסי מעקב משולב, כמו גם כן, ומהנדסים של פתרונות אבטחה וטכנולוגיות אבטחה של מנועים של מנועיים ו-F2, אך ורק כדי לשרוד את המציאות הפעלה אלחוטית של מנועים ו-XF2, אך ורק כדי לשרוד את האפשרות של מנועים יותר, כדי לשרוד את תהליכי פיתוח אוויריים מתקדמים יותר, אך ורק כדי לשרוד את תהליכי פיתוח אוויריים של מנועים מתקדמים, אך ורק עבור פיתוח אוויריים של מנועי חיפוש אווירי אווירי אווירי כוח אדם.