În ultimii ani, compania britanică Reaction Engines Limited (REL), în cooperare cu alte organizații, a dezvoltat proiectul SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Scopul acestui proiect este de a crea un motor hibrid fundamental nou capabil să utilizeze aerul atmosferic și un oxidant lichid. Până în prezent, proiectul a demonstrat un anumit succes.
Dezvoltarea proiectului
Conceptul motorului REL SABER se bazează pe idei expuse și testate parțial în anii optzeci. La acea vreme, specialiștii britanici dezvoltau planul spațial HOTOL, pentru care a fost propus un motor hibrid de tip LACE. Acest proiect nu a putut fi implementat, dar propunerile sale au fost folosite în noi dezvoltări.
Proiectarea SABER în forma sa actuală a început la începutul ultimelor decenii. Au fost efectuate unele studii pentru a modela aspectul general al motorului hibrid și pentru a determina calea dezvoltării acestuia. În viitor, REL a reușit să intereseze clienții potențiali și să obțină asistență, ceea ce a accelerat activitatea.
Până acum, REL a finalizat cea mai mare parte a documentației de proiectare și a început să testeze componentele individuale ale motorului. Două instalații de testare interne din Marea Britanie și SUA sunt utilizate pentru testarea produselor.
Unele dintre componente și concepte au fost testate în practică și și-au dovedit potențialul. În viitorul apropiat, ar trebui să fie disponibil un prototip deplin al unui motor hibrid, inclusiv toate componentele testate. Testarea acestuia în condițiile standului va începe în 2020-21. Momentul apariției unui motor adecvat pentru instalarea pe aeronave reale rămâne necunoscut. Probabil că acest lucru nu se va întâmpla decât în a doua jumătate a anilor '20.
Design hibrid
Produsul SABER trebuie să funcționeze în atmosferă și nu numai, dezvoltând forța necesară și asigurând accelerarea la viteze mari. Astfel de cerințe au condus la necesitatea unui design special cu caracteristici specifice. Conține elemente caracteristice motoarelor rachete cu turboreactor, ramjet și cu propulsie lichidă. Utilizarea lor în diferite combinații face posibilă existența mai multor moduri de operare pentru diferite etape ale zborului.
Motorul SABER conține mai multe componente principale adăpostite într-o singură carcasă. Partea capului produsului este dată sub admisia frontală de aer cu un corp central. Acesta din urmă este realizat sub forma unui carenaj conic și poate fi deplasat de-a lungul axei motorului pentru a schimba alimentarea cu aer a sistemului. În unele moduri, alimentarea cu aer este complet oprită.
Un sistem de răcire pentru aerul de intrare este plasat direct în spatele admisiei. Se calculează că atunci când zburați la viteze mari, intrarea aerului ar trebui să se încălzească la o temperatură de 1000 ° C sau mai mare. Un pre-răcitor special cu câteva mii de tuburi subțiri umplute cu heliu lichid ar trebui să reducă temperatura aerului la valori negative într-o fracțiune de secundă. Este prevăzut un sistem anti-îngheț.
Partea centrală a motorului este ocupată de așa-numitul. miezul este un compresor special conceput pentru a comprima aerul primit înainte de a fi trimis în camera de ardere. În acest sens, SABER este similar cu motoarele tradiționale cu turboreactor, dar îi lipsește turbina din spatele camerei de ardere și alte elemente. Compresorul este acționat de o turbină care preia energie din sistemul de răcire a aerului.
Camera de ardere din compoziția SABER este similară cu ansamblurile motoarelor cu rachete cu combustibil lichid. Cu ajutorul unei pompe turbo, se propune alimentarea cu combustibil și oxidant - aer gazos sau oxigen lichid, în funcție de modul de funcționare. În ambele moduri, hidrogenul lichefiat este utilizat ca combustibil.
În jurul camerei principale de ardere este o a doua cameră similară cu un motor ramjet. Este proiectat să funcționeze în anumite moduri și să mărească tracțiunea totală a motorului. La fel ca camera principală de ardere, camera auxiliară de ardere o singură dată rulează pe hidrogen.
Acum, scopul proiectului SABER este de a dezvolta un motor hibrid cu performanțe suficient de ridicate și dimensiuni limitate. Produsul finit nu trebuie să fie mai mare decât seria Pratt & Whitney F135 - nu mai mult de 5,6 m lungime și mai puțin 1,2 m diametru. În același timp, ar trebui asigurate versatilitatea și performanța ridicată.
În funcție de modul de operare, o astfel de opțiune SABER va putea zbura la viteze de până la M = 25. Impulsul maxim în modul „aer” va ajunge la 350 kN, în modul rachetă - 500 kN. Principala caracteristică pozitivă va fi capacitatea de a rezolva toate problemele folosind un singur motor.
Moduri de funcționare
Motorul SABER poate fi utilizat pe vehicule de diferite clase, în principal pe vehicule aerospațiale. Prezența mai multor moduri de operare va oferi posibilitatea decolării și aterizării orizontale, zborului în atmosferă și intrarea pe orbită.
Decolarea și zborul în atmosferă trebuie efectuate folosind primul mod de funcționare a motorului. În acest caz, admisia de aer este deschisă, iar „miezul” furnizează aer comprimat camerei de ardere. După accelerarea la viteze supersonice mari, camera de ardere cu flux direct este pornită. Utilizarea a două circuite, conform calculelor, asigură o viteză de zbor de până la M = 5, 4.
Pentru accelerarea ulterioară, se folosește al treilea mod. Pe acesta, admisia de aer este închisă, iar oxigenul lichid este alimentat în camera principală de ardere. De fapt, în această configurație, SABRE devine o aparență a unui motor rachetă tradițional. Acest mod oferă performanțe maxime de zbor.
Aplicații
Până în prezent, motorul hibrid de la REL există doar sub formă de documentație și unități individuale, dar domeniile sale de aplicare au fost deja stabilite. Astfel de centrale electrice ar trebui să fie de interes în contextul dezvoltării ulterioare a aviației și astronauticii, incl. la joncțiunea acestor două direcții.
SABRE sau un produs similar va fi util în crearea de aeronave atmosferice hipersonice promițătoare în diverse scopuri. Cu utilizarea unor astfel de tehnologii, este posibil să se creeze avioane de transport, de pasageri sau militare.
Potențialul maxim al unui motor hibrid poate fi dezlănțuit cu un avion aerospațial. În acest caz, SABER va asigura decolare și aterizare orizontale, precum și o ieșire la altitudinile necesare, urmată de accelerație și zbor pe orbită. Un avion spațial cu motoare hibride ar trebui să aibă avantaje importante care să faciliteze funcționarea.
Dezvoltările SABER pot fi implementate ca componente separate. De exemplu, REL consideră că sistemul de răcire dezvoltat al aerului de intrare poate fi utilizat în modernizarea celor existente sau în dezvoltarea de motoare promițătoare cu turboreactor. Cele mai interesante rezultate din aceasta pot fi obținute în domeniul aviației de mare viteză.
În centrul său, proiectul SABER oferă un set de tehnologii cheie pentru construirea unui motor multi-mod hibrid. Pe baza lor, puteți crea un produs real cu dimensiunile necesare cu caracteristicile specificate. Pentru primele teste, este creat un SABER de dimensiuni medii și performante. Dacă există interes din partea clienților, pot apărea noi modificări care îndeplinesc cerințe specifice.
Practică practică
Primele studii și teste în cadrul proiectului SABER au avut loc la începutul zecimii și au fost destinate să găsească soluții optime de proiectare. Până în prezent, REL a finalizat proiectarea și a început procesul de testare a componentelor individuale ale motorului hibrid.
Cu câteva săptămâni în urmă, compania de dezvoltare a anunțat că efectuează teste pe bancă ale sistemului de răcire cu aer. În timpul testului, viteza aerului la intrarea în dispozitiv a atins M = 5, temperatura - 1000 ° C. Este raportat că prototipul a reușit să-și facă față cu succes sarcinilor sale și a oferit o scădere rapidă și rapidă a temperaturii de curgere. Cu toate acestea, nu au fost numite numere specifice.
Verificări raportate anterior asupra altor componente ale motorului. Finalizarea tuturor acestor activități permite REL-ului să treacă la asamblarea unui motor prototip complet. Apariția sa este așteptată în 2020-21. În același timp, vor avea loc teste pe bancă, în funcție de rezultatele cărora va fi posibil să se determine perspectivele reale de dezvoltare.
Reaction Engines Limited apreciază foarte mult noul său proiect și crede că are un viitor minunat. Cât de obiective sunt aceste evaluări și dacă acestea corespund realității nu este complet clar. Răspunsul la astfel de întrebări poate fi dat doar în câțiva ani, după finalizarea tuturor măsurilor necesare și crearea unui avion real cu motoare SABER.
