I løbet af de sidste mange år har det britiske selskab Reaction Engines Limited (REL) i samarbejde med andre organisationer udviklet SABER -projektet (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Målet med dette projekt er at skabe en grundlæggende ny hybridmotor, der er i stand til at bruge atmosfærisk luft og en flydende oxidator. Hidtil har projektet vist en vis succes.
Projektudvikling
Konceptet med REL SABER -motoren er baseret på ideer, der er lagt ned og delvist testet tilbage i firserne. På det tidspunkt udviklede britiske specialister HOTOL -rumflyet, hvortil der blev foreslået en hybridmotor af LACE -typen. Det projekt kunne ikke gennemføres, men hans forslag blev brugt i nye udviklinger.
Designet af SABER i sin nuværende form begyndte ved begyndelsen af de sidste årtier. Nogle undersøgelser er blevet udført for at forme hybridmotorens overordnede udseende og bestemme udviklingsvejen. I fremtiden kunne REL interessere potentielle kunder og få support, hvilket fremskyndede arbejdet.
På nuværende tidspunkt har REL afsluttet hovedparten af designdokumentationen og begyndt at teste individuelle motorkomponenter. To interne testfaciliteter i Storbritannien og USA bruges til at teste produkter.
Nogle af komponenterne og koncepterne er blevet testet i praksis og har bevist deres potentiale. I den nærmeste fremtid bør en fuldgyldig prototype af en hybridmotor være tilgængelig, inklusive alle testede komponenter. Dens testning under betingelserne på standen begynder i 2020-21. Tidspunktet for udseendet af en motor, der er egnet til installation på rigtige fly, er stadig ukendt. Dette vil sandsynligvis først ske i anden halvdel af tyverne.
Hybrid design
SABER -produktet skal fungere i atmosfæren og videre, udvikle det nødvendige tryk og give acceleration til høje hastigheder. Sådanne krav har ført til behovet for et specielt design med specifikke funktioner. Den indeholder elementer, der er karakteristiske for turbojet-, ramjet- og flydende drivraketmotorer. Deres brug i forskellige kombinationer gør det muligt at have flere driftsformer til forskellige flyvningstrin.
SABER -motoren indeholder flere hovedkomponenter, der er placeret i et enkelt hus. Produktets hoveddel er givet under luftindtaget foran med en central krop. Sidstnævnte er fremstillet i form af en konisk kåbe og kan flyttes langs motorens akse for at ændre lufttilførslen til systemet. I nogle tilstande er lufttilførslen helt afbrudt.
Et kølesystem til den indgående luft placeres direkte bag indsugningen. Det beregnes, at når man flyver med høje hastigheder, skal luftindløbet varme op til en temperatur på 1000 ° C eller højere. En særlig forkøler med flere tusinde tynde rør fyldt med flydende helium bør reducere lufttemperaturen til negative værdier på en brøkdel af et sekund. Der findes et antisystem.
Den centrale del af motoren er optaget af den såkaldte. kernen er en speciel kompressor designet til at komprimere den indgående luft, før den sendes til forbrændingskammeret. I denne henseende ligner SABER traditionelle turbojetmotorer, men den mangler turbinen bag forbrændingskammeret og nogle andre elementer. Kompressoren drives af en turbine, der tager energi fra luftkølesystemet.
Forbrændingskammeret fra SABER -sammensætningen ligner samlingerne af flydende raketmotorer. Ved hjælp af en turbopumpe foreslås det at levere brændstof og en oxidator - gasformig luft eller flydende oxygen, afhængigt af driftstilstanden. I begge tilstande bruges flydende brint som brændstof.
Omkring hovedforbrændingskammeret er et andet kammer, der ligner en ramjet -motor. Det er designet til at fungere i visse tilstande og øge det samlede motorkraft. Ligesom hovedforbrændingskammeret kører det ekstra engangsforbrændingskammer på hydrogen.
Nu er målet med SABER -projektet at udvikle en hybridmotor med tilstrækkelig høj ydelse og begrænsede dimensioner. Det færdige produkt må ikke være større end den serielle Pratt & Whitney F135 - højst 5,6 m i længden og mindre end 1,2 m i diameter. Samtidig skal alsidighed og høj ydeevne sikres.
Afhængig af driftstilstand vil en sådan SABER -mulighed være i stand til at flyve med hastigheder op til M = 25. Det maksimale tryk i "luft" -tilstand vil nå 350 kN, i rakettilstand - 500 kN. Den vigtigste positive egenskab vil være evnen til at løse alle problemer ved hjælp af en enkelt motor.
Funktionsmåder
SABER -motoren kan bruges på køretøjer i forskellige klasser, primært på rumfartøjer. Tilstedeværelsen af flere driftsformer giver mulighed for vandret start og landing, flyvning i atmosfæren og indrejse i kredsløb.
Start og flyvning i atmosfæren bør udføres ved hjælp af den første motordrift. I dette tilfælde er luftindtaget åbent, og "kernen" leverer trykluft til forbrændingskammeret. Efter acceleration til høje supersoniske hastigheder tændes forbrændingskammeret med direkte strøm. Anvendelsen af to kredsløb giver ifølge beregninger en flyvehastighed på op til M = 5, 4.
For yderligere acceleration bruges den tredje tilstand. På den lukkes luftindtaget, og flydende ilt tilføres hovedforbrændingskammeret. Faktisk bliver SABER i denne konfiguration et skinn af en traditionel raketmotor. Denne tilstand giver maksimal flyveydelse.
Ansøgninger
Indtil videre eksisterer hybridmotoren fra REL kun i form af dokumentation og individuelle enheder, men dens anvendelsesområder er allerede fastlagt. Sådanne kraftværker bør være af interesse i forbindelse med den videre udvikling af luftfart og astronautik, inkl. ved krydset mellem disse to retninger.
SABER eller et lignende produkt vil være nyttigt i skabelsen af lovende hypersoniske atmosfæriske fly til forskellige formål. Ved brug af sådanne teknologier er det muligt at oprette transport-, passager- eller militærfly.
Det fulde potentiale i en hybridmotor kan frigøres med et luftfartsplan. I dette tilfælde vil SABER sørge for vandret start og landing samt en udgang til de nødvendige højder efterfulgt af acceleration og flyvning i kredsløb. Et rumfly med hybridmotorer bør have vigtige fordele, der gør det lettere at betjene.
SABER -udviklingen kan implementeres som separate komponenter. F.eks mener REL, at det udviklede kølesystem for den indgående luft kan bruges til modernisering af eksisterende eller i udviklingen af lovende turbojetmotorer. De mest interessante resultater heraf kan opnås inden for højhastighedsflyvning.
I sin kerne tilbyder SABER-projektet et sæt nøgleteknologier til at bygge en hybrid multi-mode motor. På grundlag af dem kan du oprette et ægte produkt af de krævede dimensioner med de angivne egenskaber. Til de første tests oprettes en mellemstor, højtydende SABER. Hvis der er interesse fra kunder, kan der forekomme nye ændringer, der opfylder specifikke krav.
Praktisk praksis
De første undersøgelser og test inden for rammerne af SABER -projektet fandt sted i de tidlige tiendedele og havde til formål at finde optimale designløsninger. Til dato har REL afsluttet designet og er begyndt processen med at teste individuelle komponenter i hybridmotoren.
For et par uger siden meddelte udviklingsselskabet, at det foretog bænktest af luftkølesystemet. Under testen nåede lufthastigheden ved indløbet til enheden M = 5, temperaturen - 1000 ° C. Det rapporteres, at prototypen med succes klarede sine opgaver og gav et skarpt og hurtigt fald i fremløbstemperaturen. Dog blev der ikke navngivet nogle specifikke tal.
Tidligere rapporteret kontrol af andre motorkomponenter. Afslutningen af alle disse aktiviteter giver REL mulighed for at gå videre til samlingen af en fuldgyldig prototypemotor. Dens udseende forventes i 2020-21. Samtidig vil der blive afholdt bænktests, efter hvilke resultaterne vil være muligt at bestemme de reelle udviklingsmuligheder.
Reaction Engines Limited sætter stor pris på sit nye projekt og mener, at det har en stor fremtid. Hvor objektive sådanne vurderinger er, og om de svarer til virkeligheden, er ikke helt klart. Svaret på sådanne spørgsmål kan kun gives om få år, efter at alle de nødvendige foranstaltninger er gennemført og oprettelsen af et rigtigt fly med SABER -motorer.
