¿Qué actualizaciones necesita el Merlin 1D para aumentar su tiempo entre revisiones a 1000 horas?

Esta es una pregunta que he estado pensando durante las últimas semanas después de calcular los detalles del motor Merlin 1D. Solo como un ejercicio de reflexión, quería ver qué actualizaciones necesitaría el Merlin 1D para alcanzar el tiempo de motor de turbina de gas de avión entre revisiones. Después de retirar algunas dimensiones de los datos publicados sobre el diseño, se me ocurrió una serie de actualizaciones. Hice las siguientes suposiciones para obtener las dimensiones:

1. Los puertos de sensor, los puertos de inyección de fluido de encendido y las curvas cerradas en las tuberías (como en el escape de la turbina o la salida del propulsor) generan un factor de concentración de tensión de 3.
2. En lugares donde el material no está publicado, se asume aleación de aluminio 2021-T6 en componentes de baja temperatura y Rene 88 en componentes de alta temperatura. (Temperatura alta es cualquier cosa por encima de 400 K).
3. La relación de mezcla es estequiométrica para los propulsores.
4. Se supone que el combustible está compuesto por$C_{12}H_{26}$.
5. Se supone que las piezas no tienen grietas.

A partir de esos supuestos, se calculó lo siguiente: presión estática/temperatura estática/temperatura de la pared/dimensiones de paso/espesor de la pared/esfuerzo promedio/esfuerzo máximo/ciclo de vida utilizando las especificaciones de rendimiento publicadas (wikipedia y spacenews.com).

Cámara de combustión

• Presión: 6,77 MPa
• Temperatura estática: 3006 K
• Temperatura de la pared: 566 K
• Diámetro: 0,609 metros
• Grosor de la pared: 0,004 metros
• Tensión media: 233 MPa
• Estrés máximo: 700 MPa/1 000 000 ciclos o 54 000 horas de tiempo del motor

Garganta

• Presión estática: 3,9 MPa
• Temperatura estática: 2613 K
• Temperatura de la pared: 529 K
• Diámetro: 0,223 metros
• Grosor de la pared: 0,004 metros
• Tensión media: 105 MPa
• Tensión máxima: 316 MPa/Ciclos infinitos, por debajo del límite de resistencia de 600 MPa

Escape

• Presión estática: 101 kPa
• Temperatura estática: 1697 K
• Temperatura de la pared: 388 K
• Diámetro: 0,6077 metros
• Grosor de la pared: 0,004 metros
• Tensión media: 7 MPa
• Tensión máxima: 10 MPa/ ciclos infinitos, por debajo del límite de resistencia de 600 MPa

bomba oxidante

• Presión de salida: 10,6 MPa
• Diámetro de la carcasa: 0,116 metros
• Espesor de pared: 0,005 metros
• Tensión media: 123 MPa
• Estrés máximo: 320 MPa10,000 ciclos o 544 horas de tiempo del motor

Bomba de combustible

• Presión de salida: 16,1 MPa
• Diámetro de la carcasa: 0,173 metros
• Grosor de la pared: 0,011 metros
• Tensión media: 128 MPa
• Estrés máximo: 383 MPa/8000 ciclos o 435 horas de tiempo del motor

En base a estos resultados, el punto débil en términos de resistencia estática es la turbobomba, específicamente la carcasa de la turbobomba de combustible. Para alcanzar las 1000 horas entre revisiones del motor, la tensión promedio en la carcasa debe reducirse. Anidar la bomba de combustible dentro de la bomba del oxidante reduciría la tensión neta experimentada por la bomba de combustible al usar la presión desarrollada por la bomba del oxidante para comprimir la carcasa de la bomba de combustible. Y la bomba oxidante aumenta su espesor de pared a 0,009 metros para llegar a 1000 horas entre revisiones.

Sin embargo, esto se basa en los datos que pude averiguar. En mi opinión, los verdaderos puntos débiles son los impulsores, ejes y cojinetes de la turbobomba. Dado que giran a 20 000 rpm, pueden pasar rápidamente por fatiga si se produce un desequilibrio debido a la cavitación, los residuos o la vibración externa. Estoy seguro de que SpaceX y Barbor-Nichols (las personas que diseñaron las bombas turbo) están al tanto de esto y tal vez tengan algunas soluciones. Aparte de aumentar la amortiguación dentro de la bomba mediante el uso de un ferrofluido/imán y teniendo cojinetes magnéticos, no sé cómo se podría aumentar el tiempo de revisión.

Por lo tanto, le pregunto a la comunidad: ¿Cómo lo harías? ¿Qué cambiaría en el diseño del motor para llegar a las 1000 horas entre revisiones de motor?