Turbopompele ARCA, proiect de import?

Motorul Executor asamblat complet - Sursa: ARCA

Motorul Executor asamblat complet – Sursa: ARCA

Performantele motoarelor racheta depind in mod direct de presiunea din camera de ardere iar in cazul motoarelor avansate cu combustibili lichizi componenta critica in circuitul de alimentare este turbopompa. Conditiile de functionare cerute sint extreme, pe langa presiunea inalta fiind vorba de viteze de rotatie foarte mari si temperaturi ridicate, fara a mai mentiona fiabilitatea in conditii de vibratii severe.
Majoritatea producatorilor de astfel de motoare prefera colaborarea cu firme specializate in proiectarea si fabricarea turbopompelor, reducand astfel costurile cu dezvoltarea de la zero a unor  astfel de componente complexe.

In privinta asta ARCA este un caz foarte interesant, ei lasand sa se inteleaga ca proiectarea si fabricatia acestor componente vor fi facute tot de ei.

 

 

 

 

Pentru a ne face o idee asupra complexitatii si duratei necesare cercetarii si dezvoltarii unor  componente similare, putem lua ca exemplu proiectul DevPump, derulat de COMOTI in cooperare cu SNECMA, care are ca obiectiv planul de realizare al turbopompelor viitoarelor motoare racheta ale lansatoarelor Ariane. Desi este doar o etapa din intreg ciclul de dezvoltare, DevPump este estimat sa dureze 21 de luni si asta in conditiile in care partenerii romani (COMOTI, STRAERO si ICSI) au o experienta semnificativa in domeniile lor. Sansele ca ARCA sa detina expertiza necesara realizarii unui proiect similar intr-o perioada de timp rezonabila sint microscopice.

Dezvoltarea integrala a turbopompelor de catre ARCA ar fi considerata pe buna dreptate un mare success si un motiv de mandrie insa doar un singur desen publicat pana acum a indicat ca s-ar desfasura activitati de cercetare in domeniu, echipa trecand imediat la executia efectiva. Desenul respectiv prezinta componentele interne ale unei turbopompe cu o arhitectura foarte simplificata, cu ambele pompe (LOX si RP-1) montate pe acelasi ax si o turbina cu o singura treapta.

Desen CAD turbopompa - Sursa: ARCA

Desen CAD turbopompa – Sursa: ARCA

 

In ciuda putinelor detalii care pot fi distinse, se poate observa totusi conceptia similara cu turbopompa furnizata de producatorul american Barber-Nichols pentru motorul Fastrac  dezvoltat de NASA, care urma sa fie folosit de avionul-racheta X-34.

Turbopompa Barber-Nichols destinata Fastrac - Sursa: NASA.gov

Turbopompa Barber-Nichols destinata Fastrac – Sursa: NASA.gov

 

Turbopompa Fastrac - Sursa: hellotrade.com

Turbopompa Fastrac – Sursa: hellotrade.com

 

Proiectul Fastrac (redenumit ulterior MC-1) a inceput in anul 1996 si isi propunea ca obiectiv pastrarea expertizei NASA in ceea ce priveste constructia de motoare racheta iar ca rezultat final realizarea unui motor racheta cu cost cat mai scazut. In acest scop s-au eliminat procesele tehnologice specializate, s-au folosit componente COTS si s-a cautat reducerea numarului de componente interne. (Sursa)

Astfel camera de ardere facea corp comun cu ajutajul, racit ablativ, materialul interior fiind un compozit din fibre de silice si  rasina fenolica cu un strat exterior  compozit din fibra de carbon si rasina epoxidica. Turbopompa, fabricata prin turnare prin doua metode alternative (forme de nisip si modele usor fuzibile), avea cele doua pompe montate pe acelasi ax si o turbina cu o singura treapta, fabricata din aliaj Inconel 718.

Pana aici suna cunoscut?

Pretul total initial al unui motor Fastrac era de USD1,2mil, turbopompa contribuind cu USD300k dar odata intrat in productia de serie pretul motorului ar fi scazut la USD350k din care USD90k ar fi costat turbopompa. O particularitate a proiectului Fastrac a constat in drepturile de proprietate care erau detinute de NASA, ca agentie guvernamentala si nu de o companie privata. Acest lucru a facut ca proiectul sa fie deschis pentru industria si universitatile din SUA fara restrictii.  Desi Fastrac/MC-1 a ajuns in faza testelor pe care le-a executat cu succes, proiectul a fost oprit odata cu anularea programului X-34.

Furnizorul turbopompei, Barber-Nichols, a capitalizat insa experienta acumulata cu Fastrac si a oferit un proiect evoluat (mai ales la nivelul carcasei exterioare) pentru motoarele Merlin ale lansatoarelor Falcon dezvoltate de o companie privata, Space Exploration Technologies (SpaceX). Oarecum nesurprinzator si Merlin 1A/B era initial tot un motor LOX/RP-1, cu camera de ardere si ajutaj intr-un corp comun fabricat din compozit de carbon si racire ablativa. Incepand cu Merlin 1C, proiectul a fost modificat prin folosirea unui sistem de racire clasic, regenerativ. Interesant de mentionat ar fi ca Merlin a urmat exact dezvoltarea Fastrac care a avut si o varianta cu sistem de racire clasic.

Daca e sa comparam pozele turbopompei  si ale motorului Merlin cu cele ale motorului Executor prezentate initial de ARCA, se poate observa din nou asemanarea:

 

Turbopompa Barber-Nichols pentru Merlin

Turbopompa Barber-Nichols pentru Merlin – Sursa: barber-nichols.com

 

Turbopompa Merlin asamblata - Sursa: spaceref.com

Turbopompa Merlin asamblata – Sursa: spaceref.com

 

SpaceX Merlin - Sursa: spaceflight101.com

SpaceX Merlin – Sursa: spaceflight101.com

 

Executor - Sursa: ARCA

Executor – Sursa: ARCA

 

Cert este ca ARCA a reusit sa treaca foarte rapid la faza fabricarii efective a turbopompei.

Pompa LOX - Sursa: ARCA

Pompa LOX – Sursa: ARCA

 

Matrite pompa LOX - Sursa: ARCA

Matrite pompa LOX – Sursa: ARCA

 

Matrite turbopompa - Sursa: ARCA

Matrite turbopompa – Sursa: ARCA

 

Carcasa pompa LOX - Sursa: ARCA

Carcasa pompa LOX – Sursa: ARCA

 

Matrite carcasa pompa RP-1 - Sursa: ARCA

Matrite carcasa pompa RP-1 – Sursa: ARCA

 

Matrite turbopompa asamblate - Sursa: ARCA

Matrite turbopompa asamblate – Sursa: ARCA

 

Pe masura ce ansamblul era completat, a devenit insa evident ca rezultatul diferea substantial fata de desenul turbopompei si imaginile generate ale motorului Executor (sau SpaceX Merlin), cele doua pompe fiind montate acum la extremitatile turbinei.

 

 

Turbopompa asamblata - Sursa: ARCA

Turbopompa asamblata – Sursa: ARCA

 

Desi rezultatul este diferit de varianta prezentata initial de ARCA, este din nou asemanator cu un alt produs al aceleiasi Barber-Nichols, turbopompa folosita in cadrul unui alt proiect NASA: Bantam.
Bantam era parte a Low Cost Technologies Project, la randul lui o componenta a Advanced Space Transportation Program si isi propunea realizarea unui lansator care sa plaseze pe orbita o sarcina utila de 400lb (aprox 180kg) la un cost de USD1,5mil. Desi proiectul NASA a fost, din nou, anulat, motorul Bantam (RS-88) este acum folosit de Boeing pentru CST-100 (Crew Space Transportation) ca parte a sistemului de salvare.

Merita insa de studiat cu atentie turbopompa folosita de Bantam/RS-88:

Turbopompa Barber-Nichols pentru Bantam - Sursa: barber-nichols.com

Turbopompa Barber-Nichols pentru Bantam – Sursa: barber-nichols.com

 

Prea multe coincidente si asemanari indica provenienta de import a turbopompelor ARCA, fie ca un proiect complet furnizat de Barber-Nichols fie ca o copie chinezeasca, executata “la ochi”. Cheia ar putea sta in niste elemente esentiale care insa lipsesc cu desavarsire din pozele publicate de ARCA: rotoarele pompelor si discul turbinei.

Proba definitiva va fi insa incercarea motorului pe standul de teste cand vom afla si care din variantele de mai sus e cea corecta.

In viitor va fi interesant de vazut si daca Executor va urma aceeasi cale de dezvoltare a Fastrac/MC-1 si Merlin, inlocuind racirea ablativa cu sistemul regenerativ.

 

 

Both comments and pings are currently closed.

8 Responses to “Turbopompele ARCA, proiect de import?”

  1. vlad says:

    omule, tu scrii frumos asa, dar ai auzit de mockupuri?
    ce mama ma sii de treaba, sunt niste escroci imputiti care fac bani de pe urma romanilor care cred ca mai exista speranta si ca romanii sunt cum erau descrisi in cartile de istorie de pe vremea lui Ceausescu, viteji, descurcareti, geniali. Pana si Coanda, futu l in aripa (admin: am schimbat eu, np :)) ca doar am crezut de mic ca romanii au motor cu reactie, a mintit ca i s a ridicat avionul de la sol si a luat foc, lucru care a fost dezmintit si ridiculizat de toti istoricii aviatiei moderne. oricum, frumos blog, un pic cam estompata critica, mai ales acolo unde e evident o gogomanie

    • admin says:

      Multumesc, intr-adevar, nu m-am gandit si la ipoteza ca ar fi o copie “iraniana”, macar daca ar fi “chinezeasca” ar avea sanse sa functioneze oarecum.
      Mai devreme sau mai tarziu vor trebui sa demonstreze si niste teste, chiar si nereusite, sau macar sa explice amanarea lor. Eventual pot sa le amane pana dupa testul ExoMars din toamna dar dupa aia?

      Interesant e ca exact acum un an anuntasera ca vorbesc cu cei de la Capu Midia pentru testele de motoare dupa care s-au apucat sa-si faca propria instalatie de teste. Pana acum Armata a girat cu imaginea sa chestia asta…

      • vlad says:

        si eu m am gandit la fel, dar asta confirma ca armata a devenit mai mult sau mai putin o gluma. pacat

        • admin says:

          Armata are inca profesionisti si e greu de crezut ca pot fi inselati, mai ales in domeniul asta. Arca a fost sprijinita financiar de la inceput de catre Stat, de fapt de catre MApN, prin doua contracte de cercetare cu dedicatie (btw se mai stie ceva de racheta aia tinta, monopropelant, de care “avea nevoie” Armata? Mai este sau a fost folosita vreodata?) iar apoi asocierea in diferite proiecte cu Armata a facut foarte mult pentru credibilitatea Arca. E totusi un semnal. Vom vedea daca se va continua la fel si pe mai departe.

      • vlad says:

        si inca ceva, iti dai seama ce tehnologie babană e intr o pala de turbopompa? n-au cum sa faca asta cu surubul de la masina de tocat, si by the way uite la finisaj, arata cum aratau greutatile de plumb pe care le turnam in cartofi cu bunicul meu inainte sa ne ducem la pescuit. tigani lingurari. iar tanti de la PR se contrazice tot timpul in comentarii pe facebook. e pe sistemul totul dar nimic asa

        • admin says:

          Pe langa acele componente care nu au fost prezentate pe nicaieri, mai lipseste ceva: nu am vazut inca nici un singur test al turbopompei. Pentru asta nu e nevoie de un intreg stand de testare al motorului, se poate face pe un banc de dimensiuni reduse. Cum am spus si mai sus, “simplul” fapt ca turbopompa ar functiona ar fi o mare realizare si Arca ar avea tot interesul sa faca publice rezultatele si imagini din timpul testelor, daca au fost facute. Asta daca nu cumva au sarit peste faza asta si se asteapta ca motorul si toate componentele sa functioneze din prima, fara nici o testare prealabila a fiecarei componente majore.

      • vlad says:

        http://www.enginehistory.org/SSME/SSME1.pdf stiu ca ssme e closed cycle si e mai complicat dar aici pe engine history e o placere sa citesti RD facut la ssme si sa iti dai seama de fapt ce inseamna RD, dupa ce citesti toate documentele alea o sa te miri ca au reusit sa l facă; cavitatii, explozii de banc, oxidizer rich wrong mixture, desincronizari soft si hard e ireal si im po si bil de facut la strung în beci si turnat in cartofi. niste escroci, eu chiar sunt curios daca ii poate ataca cineva in instanta. ce fac pt esa e ok si e exact ce stiu mai bine, sa toarne fibra (ceea ce pot sa fac si eu acasa pe aeromodelele mele) la scara de mockup si sa testeze un balon cu o parasuta. perfect ok, subscriu, asta ca sa nu crezi ca am ceva personal cu arca :) e clar ce pot si ce nu pot face

  2. vlad says:

    ah de fapt am vrut sa zic “futu l in aripa” pe Coanda ^_^ si inca ceva despre arca, vezi ca daca le pui la indoiala mizeriile de proiecte iti dau ban pe facebook, deci cum ziceam, PR stunt si prostie cu nemiluita, nu stie nimeni ce inseamna R&D in aviatie