Prezentare detaliata

Industria spatiala internationala, precum si industria spatiala europeana continua sa se dezvolte in domenii precum explorarea spatiului, observarea Pamantului, stiinta si telecomunicatii. Pentru a asigura aceasta dezoltare sunt necesare sisteme de transport moderne (rachete) care la randul lor trebuie propulsate cu motoare cu performante ridicate.
Tendinta actuala este de a minimiza volumul rezervoarelor de combustibilii din interirorul  rachetelor pentru a asigura un raport putere/greutate cat mai mare pentru intreaga racheta, acest lucru se concretizeaza printr-o sarcina utila mai mare. Motoarele racheta ce folosesc combustibili lichizi asigura un impuls specific mai mare fata de motoarele cu combustibili solizi sau cele hibride, prezinta inalta eficienta in ceea ce priveste stocarea combustibililor, precum si capabilitatea de oprire si repornire in timpul misiunii.

Performantele motoarelor racheta propulsate cu combustibili lichizi depind intr-o mare masura de ansambul turbopompa. Costurile de mentenanta si timpii de realizare ale motoarelor racheta propulsate cu combustibil lichid sunt determinati, pe scara larga, de perfromantele tehnologiilor utilizate in ansamblul turbopompa.

Nivelul de complexitate si fiabilitate ale ansamblelor turbopompelor au un impact major asupra performantelor motorului.

Turbopompa este cea mai solicitata componenta a motorului fiind un ansamblu cu un numar mare de elemente interconectate. Geometriile complexe, turatiile ridicate si dependenta dintre conditiile de operare ale turbopompei si procesele ce au loc in motor sunt motivele pentru care defectele ce apar in ansamblul turbopompa reprezinta cea mai mare proportie a defectiunii motoarelor in timpul exploatarii. Dificultatea eliminarii defectelor ce apar in timpul exploatarii motorului sunt cauzate de procesele tranzitorii ce apar in interiorul turbopompei.

Tendinta de dezvoltare a tehnologiei de realizare a unei turbopompe din acest proiect este bazata pe metode si principii avansate de optimizare a intregului ciclului de dezvoltare privind proiectarea si fabricarea acestui subansamblu complex si vital pentru un motor racheta propulsat cu combustibili lichizi. Rezultatele proiectului pot fi extrapolate si folosite la cresterea eficientei si reducerea costurilor privind realizarea unei turbopompe din punct de vedere al materialelor, furnizorilor, tehnologiilor, upgradarea softurilor existente, precum si cresterea eficientei procesului de prelucrare.

Planul pe termen lung in ceea ce priveste misiunile spatiale stiintifice realizat de Agentia Spatiala Europeana (ESA) se numeste Cosmic Vision 2015 – 2025. Aceasta inseamna douazeci de ani de acum incolo in care o succesiune de noi nave spatiale, inteligente, trebuie sa zboare in conformitate cu Programul Stiintific realizat de ESA sub numele de Cosmic Vision.
Noile navete statiale vor avea nevoie de un nou sistem de propulsie cu combustibil lichid, ceea ce implica proiectarea si realizarea unei  turbopompe pentru noul motor. In cadrul proiectului DevPump se va realiza un plan de realizare pentru o noua turbopompa pentru racheta Europeana Ariane si inceperea colaborarii cu SNECMA Franta, furnizorul principal de motoare pentru racheta Ariane si al doilea producator din lume de sisteme de propulsie cu combustibil lichid pentru rachete.
Aceasta colaborare este in concordanta cu Planul European de Cooperare intre State (PECS) conceput pentru ajutorarea tarilor europene, in special pentru cele ce au aderat in UE dupa 2004, Romania fiind intr-o astfel de situatie.
O solutie similar de dezoltare a unei turbopompe pentru motoare racheta nu a mai fost studiata pana in acest moment in Romania si este necesara dezoltarea unei solutii optime pentru a alinia competentele si realizarile nationale la cele internationale. Avand in vedere realizarile anterioare in ceea ce priveste echimapentele cu turatii ridicate, INCD TURBOMOTOARE - COMOTI are competent necesara de a dezolta o solutie care sa fie compatibila cu cele internationale.
In cadrul acestui proiect, DevPump, se va realiza o armonizare a metodologiilor si tehnologiilor nationale cu cele international – aspect ce este in concordanta cu strategia ESA.  Astfel, in concordanta cu programele Tehnologice dezoltate de ESA se va realiza o evaluare a solutiilor existente pentru a putea dezvolta un modul de curgere centrifugala ce va putea fi utilizat pe scara larga.
Prin realizarea acestui studiu preliminar scad riscurile generate de dependinta producatorilor de echipamente non – Europeni, o parte esentiala a Initiativei Componentei Europene a ESA. Prin realizarea tuturor activitatilor necesare programelor spatiale in interiorul  Europei, ESA si implicit ROSA vor evolua semnificativ in comparatie cu asociatii simulare din afara granitelor Uniunii Europene.
In concluzie, obiectivele generale ale proiectului constau:
- dezvoltarea si promovarea capabilitatilor cercetarii nationale in domeniul turbopompelor pentru motoare racheta propulsate cu combustibiil lichizi
- formare multidisciplinara de specialisti la cel mai inalt nivel in hidro – gazodinamica, analiza structurala, criogenie, studierea materialelor si tehnologiilor inovative.
Pentru a raspunde acestor solicitari, proiectul isi propune sa dezvolte un mecanism strategic de planificare avansata pentru proiectarea si fabricarea de inalta precizie si inalta fiabilitate a sistemelor turbopompa pentru motoare racheta propulsate cu combustibili lichizi.

 Obiectivele specifice/tehnice

Obiectivele specifice ale proiectului DevPump rezulta din problemele tehnice si stiintifice si sunt urmatoarele:
1. planificare strategica in scopul dezvoltarii principalelor componente ale sistemului turbopompa (pompa centrifugala, turbina)
In cadrul acestui obiectiv, privind planificarea strategica de dezvoltare a principalelor componente ale turbopompei se va pune accent pe pompa centrifugala si turbina sistemului turbopompa. Planurile de lucru dedicate realizarii acestor doua componente principale prezinta un grad mare de complexitate deoarece acestea reprezinta componente aflate in miscare de rotatie (aproximativ 90000rpm) ce lucreaza cu lichide criogenice si respectiv  gaze de ardere cu temperatura si presiune ridicata.
Planurile de lucru pentru cele doua componente principale contin, in cea mai mare masura, aceleasi faze:
-Studii de documentare privind soluţiile constructive şi cerinţele generale privind performanţele turbopompelor;
-Identificarea materialelor potenţiale, a tratamentelor termice şi a furnizorilor pentru crearea unei baze de date de materiale;
-Testarea software-lor existente pentru calcul hidrodinamic şi gazodinamic pentru gaze şi lichide de tipul hidrogenului şi oxigenului lichid. Pentru  validarea rezultatelor vor fi utilizate instrumente precum Computer Aided Design, Computational Fluid Dynamics şi Finite Element Analysis pentru a obţine rezultate de mare precizie. Se vor realiza modele 3D CAD ale pompei  centrifugale şi ale turbinei şi se vor face simulări numerice pentru deyterminarea influenţei condiţiilor de lucru asupra comportării materialelor;
-Testarea software-lor existente pentru calculul de rezistenţă şi vibraţii(analiză cu element finit);
-Identificarea tehnologiilor de fabricaţie, sculelor şi maşinilor unelte implicate;
-Estimarea costurilor de proiectare şi fabricaţie.
2. planificare strategica de dezoltare a intregului ansamblu turbopompa si a tehnologiilor necesare
Acest obiectiv consta intr-o singura faza in care va fi intocmit  un raport in care se va prezenta un plan de lurcu care identifica cu success toate activitatile necesare in procesul de fabricare pentru celelalte componente ale ansamblului turbopompa. Planul de lucru integreaza, de asemnea, procesul de asamblare si calcule gazo – hidrodinamice si de rezistenta pentru intreg sistemul turbopompa.
In afara de etaele prezentate anterior sunt integrate doua etape aditionale :
- studiu privind etansarile;
 Studii de echilibrare mecanică a sistemului rotor pompă şi turbină pentru a determina constrângerile impuse atunci când se realizează astfel de sisteme. Deşi echilibrarea pieselor în rotaţie este bine cunoscută, atunci când vorbim de turaţii foarte mari aceasta devine dificilă şi trebuie corelată cu procesul de fabricaţie.
3. planificare strategica in scopul dezvoltarii facilitatilor standului de testare pentru turbopompe;
Realizarea acestui obiectiv se va concretiza printr-un plan de lucru ce consta in urmatoarele etape:
- documentare privind stadiul actual in ceea ce priveste standurile de testare pentru turbopompe;
- verificarea componentelor fabricate prin comparatie cu modelul CAD si masurarea componentei cu masini de masurat in coordinate 3D;
- dezvoltarea programelor de testare pentru a define parametrii ce trebuie masurati in timpul testarii turbopompei;
- configurarea standului de testare pentru turbopompe in ceea ce priveste echimapentele de testare ( lichidele cu densitate scazuta necesita sisteme de stocare speciale)
- definirea metodologiei de instrumentare – identificarea sistemelor de instrumentarea pentru o eventual achizitie
- realizarea de teste pentru determinarea performantelor turbopompei.
 
Cu toate acestea, abordarea originala in proiectul DevPump consta in evaluarea uneltelor moderne in fiecare dintre partile planului de dezvoltare rezultat.  Aceste instrumente, atat virtuale (computer) cat si reale (echipamentele de prelucrare) sunt deja folosite in alte aplicatii dar un plan strategic capabil sa dea rezultate optime nu a fost niciodata conceput de la inceput sau pentru faza de pre-proiectare.

Noutatea este prezenta aproape la fiecare nivel deoarece se va tine cont de ultimile descoperiri in domeniu astfel incat o turbopompa realizata dupa planul intocmit in acest proiect va elimina dezavantajele actuale din punct de vedere tehnologic si a eficientei economice.

Proiectul este in sine inovator prin natura partenerilor implicati care provin din domeniul aeronautic si din sectorul criogenic ceea ce conduce la un parteneriat cu un potential fara precedent in domeniul tehnologiei rachetelor in Romania si chiar in Europa.

CO – Institutul National de Cercetare – Dezvoltare Turbomotoare – COMOTI, www.comoti.ro

P1 – SC STRAERO – (Institutul de Calcul si Experimentarea Structurilor Aero-Astronautice), www.straero.ro

P2 – Institutul National de Cercetare – Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice – ICSI Rm. Valcea, www.icsi.ro