Az elmúlt néhány évben a brit Reaction Engines Limited (REL) vállalat más szervezetekkel együttműködve fejlesztette ki a SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine) projektet. A projekt célja egy alapvetően új hibrid motor létrehozása, amely képes légköri levegőt és folyékony oxidálószert használni. A mai napig a projekt bizonyított némi sikert.
Projektfejlesztés
A REL SABER motor koncepciója a nyolcvanas években lefektetett és részben tesztelt elképzeléseken alapul. Ekkor brit szakemberek fejlesztették a HOTOL űrrepülőgépet, amelyhez LACE típusú hibrid motort javasoltak. Ezt a projektet nem lehetett megvalósítani, de javaslatait felhasználták az új fejlesztésekben.
A SABER tervezése jelenlegi formájában az elmúlt évtizedek fordulóján kezdődött. Néhány tanulmány készült a hibrid motor összképének kialakítására és a fejlődés útjának meghatározására. A jövőben a REL képes volt érdeklődni a potenciális ügyfelek iránt és támogatást kapni, ami felgyorsította a munkát.
Mostanra a REL elkészítette a tervezési dokumentáció nagy részét, és megkezdte az egyes motoralkatrészek tesztelését. Az Egyesült Királyságban és az Egyesült Államokban két házon belüli tesztelő létesítményt használnak a termékek tesztelésére.
Néhány összetevőt és koncepciót a gyakorlatban teszteltek, és bebizonyították potenciáljukat. A közeljövőben rendelkezésre kell állnia egy hibrid motor teljes értékű prototípusának, beleértve az összes tesztelt alkatrészt. Tesztelése a stand körül 2020-21-ben kezdődik. A valódi repülőgépekre való felszerelésre alkalmas motor megjelenésének időpontja ismeretlen. Ez valószínűleg csak a húszas évek második felében fog megtörténni.
Hibrid kivitel
A SABER terméknek a légkörben és azon kívül is működnie kell, elő kell alakítania a szükséges tolóerőt, és gyorsulást kell biztosítania nagy sebességre. Az ilyen követelmények miatt különleges kialakításra van szükség, különleges tulajdonságokkal. A turboreaktív, ramjet és folyékony hajtóanyagú rakétamotorokra jellemző elemeket tartalmaz. Különböző kombinációkban történő alkalmazásuk lehetővé teszi, hogy többféle üzemmódot használjunk a repülés különböző szakaszaihoz.
A SABER motor több fő komponenst tartalmaz egy házban. A termék fejrésze az elülső légbeömlő alatt található, központi testtel. Ez utóbbi kúpos burkolat formájában készül, és a motor tengelye mentén mozgatható, hogy megváltoztassa a rendszer levegőellátását. Bizonyos üzemmódokban a levegőellátás teljesen le van zárva.
A bejövő levegő hűtőrendszere közvetlenül a szívónyílás mögött található. A számítások szerint nagy sebességű repüléskor a levegőbemenetnek 1000 ° C vagy magasabb hőmérsékletre kell felmelegednie. Egy speciális előhűtőnek, amely több ezer vékony csővel van feltöltve folyékony héliummal, a másodperc töredéke alatt negatív értékre kell csökkentenie a levegő hőmérsékletét. Jegesedésgátló rendszer biztosított.
A motor központi részét az ún. a mag egy speciális kompresszor, amelyet arra terveztek, hogy összenyomja a bejövő levegőt, mielőtt az az égéstérbe kerül. Ebből a szempontból a SABER hasonló a hagyományos turboreaktív motorokhoz, de hiányzik a turbina az égéstér mögött és néhány más elem. A kompresszort egy turbina hajtja, amely energiát vesz fel a léghűtő rendszerből.
A SABER összetételű égéstér hasonló a folyékony hajtóanyagú rakéta hajtóművekhez. A turbószivattyú segítségével javasolt üzemanyag és oxidálószer - gáznemű levegő vagy folyékony oxigén - ellátása az üzemmódtól függően. Mindkét módban cseppfolyósított hidrogént használnak üzemanyagként.
A fő égéstér körül egy második kamra található, mint egy ramjet motor. Úgy tervezték, hogy bizonyos üzemmódokban működjön, és növelje a motor teljes tolóerejét. A fő égéstérhez hasonlóan a kiegészítő egyszeri égéstér is hidrogénnel működik.
A SABER projekt célja most egy hibrid motor kifejlesztése kellően nagy teljesítményű és korlátozott méretekkel. A késztermék nem lehet nagyobb, mint a sorozat Pratt & Whitney F135 - legfeljebb 5,6 m hosszú és kevesebb, mint 1,2 m átmérőjű. Ugyanakkor a sokoldalúságot és a nagy teljesítményt kell biztosítani.
Az üzemmódtól függően egy ilyen SABER opció akár M = 25 sebességgel is képes repülni. A maximális tolóerő "levegő" üzemmódban eléri a 350 kN -ot, rakéta üzemmódban - 500 kN. A fő pozitív tulajdonság az lesz, hogy képes minden problémát egyetlen motor segítségével megoldani.
Működési módok
A SABER motor különböző osztályú járműveken használható, elsősorban repülőgépjárműveken. Több működési mód jelenléte lehetővé teszi a vízszintes felszállást és leszállást, repülést a légkörben és a pályára lépést.
A felszállást és a légkörben történő repülést a motor első üzemmódjával kell végrehajtani. Ebben az esetben a légbeömlő nyitva van, és a "mag" sűrített levegőt szállít az égéstérbe. Nagy szuperszonikus sebességre történő gyorsítás után a közvetlen áramlású égéstér bekapcsol. Két áramkör használata a számítások szerint legfeljebb M = 5, 4 repülési sebességet biztosít.
A további gyorsításhoz a harmadik módot használják. Ezen a légbeömlő nyílás zárva van, és folyékony oxigént juttatnak a fő égéstérbe. Valójában ebben a konfigurációban a SABER a hagyományos rakéta motor látszatává válik. Ez az üzemmód maximális repülési teljesítményt nyújt.
Alkalmazások
A REL hibrid motorja eddig csak dokumentáció és egyedi egységek formájában létezik, de alkalmazási területeit már meghatározták. Az ilyen erőműveknek érdekesnek kell lenniük a légiközlekedés és az űrhajózás további fejlődése kapcsán, beleértve a e két irány találkozásánál.
A SABER vagy hasonló termék hasznos lehet ígéretes hiperszonikus légköri repülőgépek létrehozásában különböző célokra. Az ilyen technológiák alkalmazásával lehetőség van szállító-, utas- vagy katonai repülőgépek létrehozására.
A hibrid motorok teljes potenciálját ki lehet szabadítani egy űrrepülőgéppel. Ebben az esetben a SABER biztosítja a vízszintes felszállást és leszállást, valamint a szükséges magasságokba való kijáratot, majd a gyorsulást és a pályára repülést. A hibrid motorral rendelkező űrsiklónak fontos előnyökkel kell rendelkeznie, amelyek megkönnyítik a működést.
A SABER fejlesztések különálló komponensként valósíthatók meg. Például a REL úgy véli, hogy a bejövő levegő kifejlesztett hűtőrendszere felhasználható a meglévők korszerűsítésére vagy ígéretes turboreaktív motorok fejlesztésére. Ennek legérdekesebb eredményei a nagysebességű repülés területén érhetők el.
A SABER projekt lényege kulcsfontosságú technológiákat kínál a hibrid több üzemmódú motor építéséhez. Ezek alapján létrehozhat egy valódi terméket a szükséges méretekből a megadott jellemzőkkel. Az első tesztekhez egy közepes méretű, nagy teljesítményű SABER készül. Ha az ügyfelek érdeklődnek, új módosítások jelenhetnek meg, amelyek megfelelnek a speciális követelményeknek.
Gyakorlati gyakorlat
Az első tanulmányokra és tesztekre a SABER projekt keretében a tizedik évek elején került sor, és az optimális tervezési megoldások megtalálására irányultak. A mai napig a REL befejezte a tervezést, és megkezdte a hibrid motor egyes alkatrészeinek tesztelését.
Néhány héttel ezelőtt a fejlesztő cég bejelentette, hogy a léghűtő rendszer padtesztjeit végzi. A vizsgálat során a levegő sebessége a készülék bemeneténél elérte az M = 5, a hőmérséklet - 1000 ° C -ot. Úgy tűnik, hogy a prototípus sikeresen megbirkózott feladataival, és éles és gyors csökkenést biztosított az előremenő hőmérsékletben. Konkrét számokat azonban nem neveztek meg.
Korábban jelentett ellenőrzések más motor alkatrészeken. Mindezen tevékenységek befejezése lehetővé teszi a REL számára, hogy továbblépjen a teljes értékű prototípus motor összeszereléséhez. Megjelenése 2020-21-re várható. Ezzel párhuzamosan teszteket is tartanak, amelyek eredményei alapján meg lehet határozni a valós fejlesztési kilátásokat.
A Reaction Engines Limited nagyra értékeli új projektjét, és úgy véli, hogy nagy jövő vár rá. Nem teljesen világos, hogy az ilyen értékelések mennyire objektívek és megfelelnek -e a valóságnak. Az ilyen kérdésekre csak néhány éven belül lehet választ adni, miután minden szükséges intézkedést elvégeztek és létrehozták a SABER hajtóművekkel rendelkező valódi repülőgépet.
