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>LE-9エンジンに採用したエキスパンダーブリードサイクルが大型化に向かない事による問題という根本的な設計ミスに起因するようなので、
というが、
前回の延期 [science.srad.jp]の直接要因は、
燃焼試験でタービンにひびが見つかったことが理由とされている。LE-9エンジンでは2018年の燃焼試験で共振による破損が起きていたが、1号機は共振領域外で運転し、2号機以降で改修する方針を示していた
というもの。燃料を送るポンプを駆動するタービンを持つのは、二段燃焼サイクル [wikipedia.org]もエキスパンダーブリードサイクル [wikipedia.org]も同じ。エキスパンダーブリードサイクルの方がタービン翼が壊れやすい要因という物があるのだろうか。
自己レスだけど、よく読みなおしてみたら、前回の延期の要因は2つあって [newswitch.jp]、
打ち上げ延期の原因であるエンジンの燃焼室内の開口は、燃焼室を冷やす水素が通る冷却溝付近で14カ所見つかった。燃焼室内壁を高温作動条件で試験すると、設計値よりも燃焼室内壁が高温になることが分かった。
定常時の局所的な熱の流入と、起動と停止過渡時の一時的な冷却不足が原因と推定された。冷却の強化や起動と停止パターンの見直し、燃焼室内壁の温度低減を試みる。エンジン燃焼試験で技術データを取得し効果を検証する。
ってのもあったのね。これは
副燃焼室を持たないエンジンは、本来、大推力化が難しい。 [tel.co.jp]そのため、これまで第1段の大型エンジンで採用された例はなかったが、LE-Xは燃焼室における吸熱効率を高め、少量の排気ガスでタービンを回せるようにしたことで、大推力エンジンへの道を開いた。これは、大きな燃焼室の内壁に微細な溝を作る、最新の製造技術によって可能になったという。
という、大型化するほどたくさんの燃料を燃焼ノズル壁で熱交換させなきゃならなくて、そのために燃料が通る管を細く、管壁を薄く作ったら、溶けちゃいましたって話かぁ。うーむ、こっちの方の要因だと、これは確かに大型化に伴う問題に見える。
その辺がタレコミの「大型化に向かない」ってところの一つだね。大型化すればするほど、燃焼室の容積に対する表面積の割合は減ってしまう。
単なるタービンの良くあるトラブルですねテストして駄目なら作り直して再テストして目論見どうりにトラブル解消されるまでは、先の話は出来ないそれがマスコミ的には不具合の修正の目処たたずという表現になる
有料記事なので1ページ目しか読んでないけど、エキスパンダーブリードサイクルの方はその構造上、大型化するのに軽量化が避けられなくて、そこが問題になったっぽい。
限界設計に落とし穴、H3ロケット打ち上げ再延期の可能性は？ [nikkei.com]
この物理的な壁を乗り越えて、大推力のエキスパンダー・ブリード・サイクルエンジンを実現するには2つの方法がある。1つは燃焼室壁面からの吸熱の効率を上げる。もう1つは、ターボポンプで熱エネルギーを軸回転エネルギーに変換する効率を上げることだ。燃焼室壁面から少しでも多くの熱エネルギーを得て無駄を最小限にとどめて、ターボポンプ軸の回転エネルギーに変換する手法だ。「効率を上げる」と簡単に書いたが、これは燃焼室壁面の耐熱温度や厚さ、ターボポンプの振動などで限界に近い設計を行うことを意味する。つまりLE-9は、推力1471kN（約150tf）もの大型エンジンを、エキスパンダー・ブリード・サイクルで実現すると決断した段階で、「問題が出るとすれば、限界に近い設計が求められる燃焼室の冷却とターボポンプを駆動するガスの加熱回り及び、ターボポンプのタービン翼回りだ」とあらかじめ分かっていたのだ。
この物理的な壁を乗り越えて、大推力のエキスパンダー・ブリード・サイクルエンジンを実現するには2つの方法がある。1つは燃焼室壁面からの吸熱の効率を上げる。もう1つは、ターボポンプで熱エネルギーを軸回転エネルギーに変換する効率を上げることだ。燃焼室壁面から少しでも多くの熱エネルギーを得て無駄を最小限にとどめて、ターボポンプ軸の回転エネルギーに変換する手法だ。
「効率を上げる」と簡単に書いたが、これは燃焼室壁面の耐熱温度や厚さ、ターボポンプの振動などで限界に近い設計を行うことを意味する。つまりLE-9は、推力1471kN（約150tf）もの大型エンジンを、エキスパンダー・ブリード・サイクルで実現すると決断した段階で、「問題が出るとすれば、限界に近い設計が求められる燃焼室の冷却とターボポンプを駆動するガスの加熱回り及び、ターボポンプのタービン翼回りだ」とあらかじめ分かっていたのだ。
もう何回も言われてるけど、軽量化ではなく吸熱の効率を限界まで上げるための燃焼室の薄肉化だよ
燃料を送るポンプを駆動するタービンを持つのは、 二段燃焼サイクル [wikipedia.org]もエキスパンダーブリードサイクル [wikipedia.org]も同じ。エキスパンダーブリードサイクルの方がタービン翼が壊れやすい要因という物があるのだろうか。
二段燃焼サイクルは高温
それでは今回の話とは逆の方向の説明になってしまうと思うが。
設計者の目論見はこうだったけど、実際に作ってみたら水素ガスのせいで脆性破壊しちゃったってオチでは？知らんけど。
理論上は比較的簡単だけど十億円のものと一億円のものを比べて十倍安いと言ったところで手元に一億円が無ければやっぱり買えないみたいな話でしょ
てか新規設計のターボポンプなんか必ず共振かキャビテーションで破損するしそういうもん
> 燃焼ガスには水分が含まれてて
ではなく、液酸液水を燃焼させるのだから燃焼ガスはほぼすべて水蒸気。
> 水分が含まれててタービンを侵す。難しい。> 水分は含まれない。かんたん。
水蒸気より水素分子の方が化学的活性が高いし、水素ガスには水素脆性という金属を侵す性質がある。エキスパンダーブリードの方が壊れにくい要因って温度と圧力の低さくらいじゃない？この２つが低いというのは影響大きいと思うけど「水分含むかどうかが違い」というのはどこから出てきた話なのか気になる。
エキスパンダーブリードサイクルのタービンは燃焼してない水素ガスで回すので水分は含まれてないです。
二段燃焼サイクルだと水分を含んでるのでエンジン試験するたびに水分がタービン内に残っちゃって乾かさないといけない。
https://www.kenkai.jaxa.jp/publication/radio/contrast/pdf/radio_16.pdf [kenkai.jaxa.jp]「タービン駆動ガスがLE-7Aでは水を含む燃焼ガスであるのに対し、LE-Xでは水素ガスであるため、確認試験ごとの水分除去のためのパージ時間を短縮することが可能」
他のコメントを読んでもよく分からなかったんですが、なるほど、"エキスパンダーブリードサイクル"というのは、単にエンジンのクーリングジャケットを通って温まったクーラント液の圧力でターボポンプを回すものだから、燃焼ガスが発生するとかタービンに当たるという問題はないわけですね。そのクーラント液が液体水素だという問題はさておき。
車のエンジンでも、不用意に高温のラジエータ液系統を開放するとクーラントが吹き出すから気を付けるようにとか言われますが、ターボチャージャーの排気側がエンジン排気の代わりにその吹き出しているクーラントで回っているようなイメージなのかな。
・冷却に使った液体水素は熱を吸収して水素ガスになるためけっこうな圧力を持っている・とはいえ副燃焼室で燃やした場合と比較すると圧力や温度は低い・燃焼後の排気ガス(水蒸気)と水素ガスだと後者の方が質量が小さいため、同温同圧でも水素の方がタービンを回す力は弱い
エンジンが大型化するとたくさんの燃料を送れるようにタービンも大きくする必要があるため「エキスパンダーブリードでは力不足じゃない？」と言われていてH3では「熱吸収力を高めることで燃焼しなくても必要な圧力は得られる&冷却に使うだけで燃やさずに捨てる水素の量も減らせる」としていたのが、その冷却性能を得るために微細化した配管が振動で壊れてしまうみたいですね。おそらく壊れないように対策すると吸熱力が落ちることになり「エキスパンダーブリードサイクルでタービンを回すのに必要な圧力が得られるのか」となってしまうため、根本的な設計見直しをしないと解決できないのかもしれません。
それって事前テストで手を抜くために本番動作に難があるシステムを採用したってこと？本末転倒ですね。
本気でそう思ってんの…?一つ聞いたらそれがすべて!とか思いこんじゃうタイプ?
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長期的な見通しやビジョンはあえて持たないようにしてる -- Linus Torvalds
よくわからんが (スコア:0)
>LE-9エンジンに採用したエキスパンダーブリードサイクルが大型化に向かない事による問題という根本的な設計ミスに起因するようなので、
というが、
前回の延期 [science.srad.jp]の直接要因は、
燃焼試験でタービンにひびが見つかったことが理由とされている。
LE-9エンジンでは2018年の燃焼試験で共振による破損が起きていたが、1号機は共振領域外で運転し、
2号機以降で改修する方針を示していた
というもの。
燃料を送るポンプを駆動するタービンを持つのは、二段燃焼サイクル [wikipedia.org]もエキスパンダーブリードサイクル [wikipedia.org]も同じ。
エキスパンダーブリードサイクルの方がタービン翼が壊れやすい要因という物があるのだろうか。
Re:よくわからんが (スコア:2, 参考になる)
自己レスだけど、よく読みなおしてみたら、前回の延期の要因は2つあって [newswitch.jp]、
打ち上げ延期の原因であるエンジンの燃焼室内の開口は、燃焼室を冷やす水素が通る冷却溝付近で14カ所見つかった。
燃焼室内壁を高温作動条件で試験すると、設計値よりも燃焼室内壁が高温になることが分かった。
定常時の局所的な熱の流入と、起動と停止過渡時の一時的な冷却不足が原因と推定された。
冷却の強化や起動と停止パターンの見直し、燃焼室内壁の温度低減を試みる。
エンジン燃焼試験で技術データを取得し効果を検証する。
ってのもあったのね。これは
副燃焼室を持たないエンジンは、本来、大推力化が難しい。 [tel.co.jp]
そのため、これまで第1段の大型エンジンで採用された例はなかったが、LE-Xは燃焼室における吸熱効率を高め、
少量の排気ガスでタービンを回せるようにしたことで、大推力エンジンへの道を開いた。
これは、大きな燃焼室の内壁に微細な溝を作る、最新の製造技術によって可能になったという。
という、大型化するほどたくさんの燃料を燃焼ノズル壁で熱交換させなきゃならなくて、
そのために燃料が通る管を細く、管壁を薄く作ったら、溶けちゃいましたって話かぁ。
うーむ、こっちの方の要因だと、これは確かに大型化に伴う問題に見える。
Re: (スコア:0)
その辺がタレコミの「大型化に向かない」ってところの一つだね。
大型化すればするほど、燃焼室の容積に対する表面積の割合は減ってしまう。
Re:よくわからんが (スコア:1)
単なるタービンの良くあるトラブルですね
テストして駄目なら作り直して再テストして目論見どうりにトラブル解消されるまでは、先の話は出来ない
それがマスコミ的には不具合の修正の目処たたずという表現になる
エキスパンダーブリードサイクルは軽量化が避けられない？ (スコア:1)
有料記事なので1ページ目しか読んでないけど、エキスパンダーブリードサイクルの方はその構造上、大型化するのに軽量化が避けられなくて、そこが問題になったっぽい。
限界設計に落とし穴、H3ロケット打ち上げ再延期の可能性は？ [nikkei.com]
Re: (スコア:0)
もう何回も言われてるけど、軽量化ではなく吸熱の効率を限界まで上げるための燃焼室の薄肉化だよ
Re: (スコア:0)
燃料を送るポンプを駆動するタービンを持つのは、 二段燃焼サイクル [wikipedia.org]もエキスパンダーブリードサイクル [wikipedia.org]も同じ。
エキスパンダーブリードサイクルの方がタービン翼が壊れやすい要因という物があるのだろうか。
二段燃焼サイクルは高温
Re: (スコア:0)
それでは今回の話とは逆の方向の説明になってしまうと思うが。
Re: (スコア:0)
設計者の目論見はこうだったけど、実際に作ってみたら水素ガスのせいで脆性破壊しちゃったってオチでは？知らんけど。
Re: (スコア:0)
理論上は比較的簡単だけど
十億円のものと一億円のものを比べて十倍安いと言ったところで
手元に一億円が無ければやっぱり買えないみたいな話でしょ
てか新規設計のターボポンプなんか必ず共振かキャビテーションで破損するし
そういうもん
Re: (スコア:0)
> 燃焼ガスには水分が含まれてて
ではなく、液酸液水を燃焼させるのだから燃焼ガスはほぼすべて水蒸気。
> 水分が含まれててタービンを侵す。難しい。
> 水分は含まれない。かんたん。
水蒸気より水素分子の方が化学的活性が高いし、水素ガスには水素脆性という金属を侵す性質がある。
エキスパンダーブリードの方が壊れにくい要因って温度と圧力の低さくらいじゃない？この２つが低いというのは影響大きいと思うけど「水分含むかどうかが違い」というのはどこから出てきた話なのか気になる。
Re: (スコア:0)
エキスパンダーブリードサイクルのタービンは燃焼してない水素ガスで回すので水分は含まれてないです。
二段燃焼サイクルだと水分を含んでるのでエンジン試験するたびに水分がタービン内に残っちゃって乾かさないといけない。
https://www.kenkai.jaxa.jp/publication/radio/contrast/pdf/radio_16.pdf [kenkai.jaxa.jp]
「タービン駆動ガスがLE-7Aでは水を含む燃焼ガスであるのに対し、LE-Xでは
水素ガスであるため、確認試験ごとの水分除去のためのパージ時間を短縮す
ることが可能」
Re:よくわからんが (スコア:2)
他のコメントを読んでもよく分からなかったんですが、なるほど、"エキスパンダーブリードサイクル"というのは、単にエンジンのクーリングジャケットを通って温まったクーラント液の圧力でターボポンプを回すものだから、燃焼ガスが発生するとかタービンに当たるという問題はないわけですね。そのクーラント液が液体水素だという問題はさておき。
車のエンジンでも、不用意に高温のラジエータ液系統を開放するとクーラントが吹き出すから気を付けるようにとか言われますが、ターボチャージャーの排気側がエンジン排気の代わりにその吹き出しているクーラントで回っているようなイメージなのかな。
Re:よくわからんが (スコア:1)
・冷却に使った液体水素は熱を吸収して水素ガスになるためけっこうな圧力を持っている
・とはいえ副燃焼室で燃やした場合と比較すると圧力や温度は低い
・燃焼後の排気ガス(水蒸気)と水素ガスだと後者の方が質量が小さいため、同温同圧でも水素の方がタービンを回す力は弱い
エンジンが大型化するとたくさんの燃料を送れるようにタービンも大きくする必要があるため「エキスパンダーブリードでは力不足じゃない？」と言われていて
H3では「熱吸収力を高めることで燃焼しなくても必要な圧力は得られる&冷却に使うだけで燃やさずに捨てる水素の量も減らせる」としていたのが、その冷却性能を得るために微細化した配管が振動で壊れてしまうみたいですね。
おそらく壊れないように対策すると吸熱力が落ちることになり「エキスパンダーブリードサイクルでタービンを回すのに必要な圧力が得られるのか」となってしまうため、根本的な設計見直しをしないと解決できないのかもしれません。
うじゃうじゃ
Re: (スコア:0)
それって事前テストで手を抜くために本番動作に難があるシステムを採用したってこと？
本末転倒ですね。
Re: (スコア:0)
本気でそう思ってんの…?
一つ聞いたらそれがすべて!とか思いこんじゃうタイプ?