宇宙船内の熱反応炉により加熱される媒体ガスにより駆動されるガスタービン発電機による電力にて推進剤を加速して宇宙空間を航行する電気推進宇宙船の基礎理論を説明しています。
電気推進宇宙船の構造要素は、
・宇宙船外殻
・推進剤とそれのタンク
・熱反応炉とそれによる加熱ガス利用のタービン発電機
・発電部を冷却する放射熱ラジエター
・電気推進機はタービン発電電力により推進剤を電気的に非常に高速まで加速する
・制御装置と荷物ペイロード
熱反応炉に使う媒体ガスは超臨界CO2を使うと他の媒体に比較してタービンが非常に小型軽量で大出力に出来る。
宇宙船の設計製作システムを構築するために、次の図のような各種ソフトウェアを準備しました。
宇宙船設計用途：
基本計画設計用にAutoCAD MechanicalとElectorical
詳細構造設計にInventor2022Proと構造解析、機械加工CAMの機能
宇宙船の推進時動画作成に3ds Max
宇宙船組立工場設計用途：
工場の基本計画用にAutoCAD MEPとPlant3D、詳細設計用にInventorのファクトリー設計機能
工場の稼働の動画作成用に3ds Max
以上のような構成により宇宙船の設計製作システム構築が始まります。
宇宙船用の生命維持装置の温湿度制御装置に使う超小型遠心ターボコンプレッサーの設計図面です。
宇宙船用温湿度制御装置としての設計上の特徴は、
・媒体ガス両吸込み２段式遠心ターボ圧縮機として設計
・圧力比が高く低回転数で運転出来る
・低回転数なので軸受け寿命が長くなり低騒音となる
・インペラのスラスト力を相殺出来る羽根構成なので軸受け寿命を長く出来てメンテナンス性が高い
・入口低圧側に軸シール機構が有ることから媒体ガスの漏洩が少なくなりメンテナンス期間が長い
・遠心ターボ式は羽根が非接触回転なので容積式の羽根が接触する回転に対して摩耗が無く長寿命
以上のような優れた特性を持つ媒体ガス圧縮機設計となっています。
宇宙船生命維持装置の現時点での開発途中機器を次の図にて説明してみました。
宇宙船生命維持装置用装置の現時点での開発機器は４種類あり、
・温湿度制御装置用のヒートポンプ用遠心ターボ圧縮機（高COP値・超小型軽量）
・宇宙船内空気の送風循環ブロワー（小型・軽量・高耐久性）
・船内空気CO2の除去装置（圧力スイング式にて除去CO2を自動排出）
・船内空気有害ガス除去装置（省エネ運転・自動洗浄）
となっていて開発を高速で進めています。
宇宙船生命維持装置の開発予定システム図です。
宇宙飛行士が消費する空気のリサイクルシステムとなっています。
水を電気分解した水素とCO2を反応させてメタンを作り推進剤に利用します。
その他の宇宙生命維持装置特徴として、
・宇宙船内空気は、ターボコンプレッサーによるチラー冷却方式としている。
・船内空気の湿度制御もターボコンプレッサーの媒体が行う。
・CO2除去装置は圧力スイング式CO2排出機能を持ち、そのCO2を有効利用出来る。
・船内にある水から電気分解で酸素と水素を作り、酸素は呼吸用に利用して、水素はCO2と反応させてメタンを生成し宇宙船推進剤として利用する。
このように宇宙船内内部循環システムとなっていて、外部への排出を極力少なくしてエコな環境制御装置となっている。
今日の昼食づくり
見栄えが良くないけれど作った今日の昼食です。
ハムをフライパンで焼いて卵を入れてかき混ぜ、そのフライパンでマヨネーズを付けた食パンを焼いてみました。
高バイパス比の軸流ファンで推進するターボファンジェットエンジンの３次元設計図です。
特徴は、
効率の高い８９％の推進用軸流ターボファン
高バイパス比推進ファンにより推進効率が高い
空気圧縮機の圧力比が１２程度と高く熱効率が高い
ファン駆動タービン出力は歯車減速機で減速されてファンブレードを最適回転数で駆動する
宇宙での鉱物などの掘削作業に有効に使用できるドリルに改造可能なタービンドリルの図面です。
宇宙では二液反応式燃焼ガスにより多段軸流タービンが駆動されるように改造します。
それにより電気駆動ドリルに比べて非常に強力で小型軽量の宇宙用掘削装置になります。
＜学習中の本に囲まれて午前１０時のおやつ＞
仮想世界での宇宙船工場を構築
仮想世界に宇宙船工場を作る計画では、仮想工場内をThirdPersonが歩き回って設計計算や設計作業をしたり、部品の製作や組み立てをしたりするイメージで仮想世界宇宙船工場を構築します。
ガスタービンの駆動力により、二種類の液体を高圧に加圧する耐キャビテーション能力を持つ遠心ポンプ設計です。
ガスタービンの駆動力の大きさと高速回転数により、二種類の液体を強力に加圧することが出来る機械です。
タービンポンプとしての要素機器の特徴は、
・飽和蒸気圧の高い液体用に軸流インデューサーと中間翼付き遠心ポンプを設計
・大流量の液体用に斜流ポンプと遠心ポンプの組み合わせによる強力加圧
・衝動型軸流ガスタービンとして回転数を抑え気味として強力な軸動力を発生
＜午後３時のコーヒーブレーク＞
ミルク入りコーンフレークとインスタントコーヒーで休憩しました。
自分なりの宇宙船工学構築のシリーズとして、
宇宙船工学：ロケットエンジンに使われる推進剤用ターボポンプのキャビテーション発生を防ぐ設計計算についてのまとめです。
設計検討パラメーターとして、ポンプ比速度、吸込み比速度、有効吸込みヘッド、トーマのキャビテーション係数などを計算してキャビテーション発生を防ぐようにします。
＜宇宙船工学：燃焼室推進剤インジェクタ液体ジェットの衝突噴流微粒化と同軸噴流微粒化＞
自分なりの宇宙船工学のメモとして、
宇宙船用のロケットエンジン推進剤を加圧するための軸流型ターボポンプの作動原理をまとめました。
このメモにより、軸流型ターボポンプの加圧値計算が非常にシンプルな式で計算できることが分かります。
