ArianeGroup:Vulcain 火箭发动机液氢涡轮泵的优化
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ArianeGroup 是世界领先的火箭发射器设计商和制造商,由空中客车公司和赛峰集团均资的合资企业。他们的活动涵盖太空发射器的整个生命周期:设计、开发、生产、运营和商业服务——后者通过其子公司 Arianespace 开展。他们建造并运行了当今商业市场上最可靠的发射器阿丽亚娜 5,并正在开发下一代阿丽亚娜 6 发射器,他们是该发射器的设计权威。
20 多年来,ArianeGroup 一直信赖 NUMECA 的软件工具来设计、分析和优化 Vulcain® 火箭发动机及其后续产品的液氢涡轮分子泵。我们的咨询部门 NUMFLO 一直在为阿丽亚娜运载火箭的开发提供流体、热和航空机械仿真方面的咨询服务和专业知识。
“在进行昂贵的测试活动之前,多物理场仿真对于评估火箭发动机开发不同阶段的流体动力学性能至关重要。NUMECA 的软件解决方案是 ArianeGroup 设计和验证我们机器的标准的一部分。” – Ariane Deneuve,ArianeGroup 涡轮机械功能设计 JOLE33 负责人。
火神引擎
Vulcain 是一种以液态氢和液态氧为燃料的低温火箭发动机。这些推进剂在非常低的温度下储存在两个独立的罐中,因此是“低温的”。液态氢处于-250°C,液态氧处于-180°C。推进剂通过两个独立的涡轮泵在高压下输送到 Vulcain® 发动机,提供非常令人印象深刻的性能。氢涡轮泵更强大。它产生大约 14 兆瓦的功率,几乎是 TGV 高速列车功率的两倍,但集中在一个几乎可以放在汽车引擎盖下的空间。Vulcain®2 发动机的热输出相当于核电站的热输出(约 3,000 兆瓦),可提供 130 吨推力 7 分钟。
通过模拟优化
像这样优化太空火箭发动机的流体力学性能需要对许多物理学进行详细计算,从热力学到流体-结构相互作用、蒸发和空化。鉴于几何细节的复杂性和组件之间相互作用的影响,这是一项具有挑战性的任务,必须在可接受的计算时间内精确建模。
ArianeGroup 将 NUMECA 的求解器 OMNIS/Turbo 和 OMNIS/Open-DBS 与带有 OMNIS/Autogrid 和 OMNIS/Hexpress的 Openlabs的强大组合 用于网格生成。
传统的 FINE 求解器(现为 OMNIS)是市场上最快的 CFD 求解器。使用 CPUBooster 模块,典型的收敛时间低于 1CPUh/Mpoints/core。对于像这样必须执行许多运行的复杂优化案例,这是一个关键优势。
ArianeGroup 对下一版本发动机(Vulcain®2.1 的后续版本)的主要目标是在保持 iso 性能的同时将涡轮机的成本降低 50%。他们计划主要通过使用 OMNIS/Turbo 解算器优化叶轮的液压脉络以及通过更深入地了解机器的物理特性来实现这一目标,这样我们就可以限制试验次数。
NUMECA 和 NUMFLO 已准备好进入下一个阶段,支持 ArianeGroup 以更少的能源消耗更快地进入太空!