Motor hibrid SABRE. Pentru atmosferă și pentru spațiu
Motor cutaway SABRE
În ultimii ani, compania britanică Reaction Engines Limited (REL), în cooperare cu alte organizații, a dezvoltat proiectul SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Scopul acestui proiect este de a crea un motor hibrid fundamental nou, capabil să utilizeze aer atmosferic și un oxidant lichid. Până în prezent, proiectul a reușit să aibă un oarecare succes.
Dezvoltarea proiectului
Conceptul de motor SABRE de la REL se bazează pe idei expuse și parțial testate în anii optzeci. La acea vreme, specialiștii britanici dezvoltau avionul spațial HOTOL, pentru care a fost propus un motor hibrid de tip LACE. Acel proiect nu a putut fi realizat, dar propunerile lui au fost folosite în noi dezvoltări.
Designul SABRE în forma sa actuală a început la începutul ultimelor decenii. Au fost efectuate unele studii care au făcut posibilă formarea aspectului general al unui motor hibrid și determinarea modalităților de dezvoltare a acestuia. În viitor, REL a putut să intereseze potențialii clienți și să obțină asistență, ceea ce a accelerat munca.
Unități interioare fără carcasă și carenare. De la stânga la dreapta: camera de ardere principală, compresor și prerăcitor
Până în prezent, REL a dezvoltat cea mai mare parte a documentației de proiectare și a început testarea componentelor individuale ale motorului. Două unități de testare interne din Marea Britanie și SUA sunt folosite pentru a testa produsele.
O parte din componente și concepte au fost testate în practică și au confirmat potențialul lor. În viitorul apropiat, ar trebui să apară un prototip cu drepturi depline al unui motor hibrid, care să includă toate componentele testate. Testarea acestuia în condițiile standului va începe în 2020-21. Momentul apariției unui motor potrivit pentru instalare pe aeronave reale rămâne necunoscut. Probabil că nu se va întâmpla până în a doua jumătate a anilor douăzeci.
Design hibrid
Produsul SABRE trebuie să funcționeze în atmosferă și nu numai, dezvoltând forța necesară și oferind accelerație la viteze mari. Astfel de cerințe au condus la necesitatea utilizării unui design special cu caracteristici caracteristice. Conține elemente caracteristice motoarelor turboreactor, ramjet și rachete lichide. Utilizarea lor în diferite combinații vă permite să aveți mai multe moduri de operare pentru diferite etape de zbor.
Principiul de funcționare a motorului în modul cu jet de aer. Săgețile albastre mici indică mișcarea aerului răcit, roșu - nerăcit, furnizat în camera cu flux direct
Motorul SABRE include mai multe elemente principale adăpostite într-o singură carcasă. Partea de cap a produsului este introdusă sub priza frontală de aer cu un corp central. Acesta din urmă este realizat sub forma unui caren conic și se poate deplasa de-a lungul axei motorului pentru a schimba alimentarea cu aer a sistemului. În unele moduri, alimentarea cu aer este complet blocată.
Direct în spatele dispozitivului de admisie este amplasat un sistem de răcire pentru aerul de intrare. Când zboară la viteze mari, aerul de admisie este de așteptat să fie încălzit la o temperatură de 1000°C sau mai mult. 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 antigivrare.
Partea centrală a motorului este ocupată de așa-numitul. miez - un compresor special conceput pentru a comprima aerul care intră înainte de a fi trimis în camera de ardere. În acest sens, SABRE este similar cu motoarele tradiționale cu turboreacție, cu toate acestea, îi lipsește o turbină în spatele camerei de ardere și alte câteva elemente. Acționarea compresorului este asigurată de o turbină care preia energie din sistemul de răcire cu aer.
Camera de ardere SABRE este similară cu motoarele de rachetă cu combustibil lichid. Cu ajutorul unei turbopompe se propune alimentarea cu combustibil și un oxidant - aer gazos sau oxigen lichid, în funcție de modul de funcționare. În ambele moduri, hidrogenul lichefiat este folosit drept combustibil.
Prototip de sistem de răcire cu aer
În jurul camerei principale de ardere există o a doua cameră similară cu un motor ramjet. Este destinat să funcționeze în anumite moduri și să mărească forța generală a motorului. La fel ca camera de ardere principală, cea auxiliară cu flux direct funcționează pe hidrogen.
Acum scopul proiectului SABRE 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 de 1,2 m în diametru.În același timp, trebuie asigurată versatilitatea și performanța ridicată.
În funcție de modul de funcționare, această versiune de SABRE va putea zbura cu viteze de până la M=25. Forța maximă în modul „aer” va ajunge la 350 kN, în modul rachetă - 500 kN. Principala caracteristică pozitivă va fi capacitatea de a rezolva toate problemele cu un singur motor.
Moduri de operare
Motorul SABRE poate fi utilizat pe vehicule de diferite clase, în primul rând pe aeronave aerospațiale. Prezența mai multor moduri de operare va oferi posibilitatea decolării și aterizării orizontale, zborului în atmosferă și intrării pe orbită.
„Miezul” motorului. Roata compresorului vizibilă
Decolarea și zborul în atmosferă trebuie efectuate prin primul mod de funcționare a motorului. În acest caz, admisia de aer este deschisă, iar „miezul” furnizează aer comprimat în camera 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 overclockare suplimentară, se folosește al treilea mod. Pe acesta, admisia de aer este blocată, iar oxigenul lichid este furnizat în camera de ardere principală. De fapt, în această configurație, SABRE devine ca un motor de rachetă tradițional. Acest mod oferă performanțe maxime de zbor.
Сферы применения
Până acum, motorul hibrid de la REL există doar sub formă de documentație și unități individuale, dar domeniul său de aplicare a fost deja definit. Astfel de centrale electrice ar trebui să prezinte interes în contextul dezvoltării ulterioare aviaţie și astronautică, incl. la joncțiunea acestor două direcții.
SABRE sau un produs similar va fi util în crearea aeronavelor atmosferice hipersonice avansate în diverse scopuri. Prin utilizarea unor astfel de tehnologii, este posibil să se creeze avioane de transport, de pasageri sau de luptă.
Unități exterioare ale camerei principale de ardere
Întregul potențial al unui motor hibrid poate fi deblocat cu ajutorul unei aeronave aerospațiale. În acest caz, SABRE va asigura decolarea și aterizarea orizontale, precum și atingerea altitudinilor necesare, urmate de accelerare și zbor pe orbită. Un avion spațial cu motoare hibride ar trebui să aibă avantaje importante care să-i simplifice funcționarea.
Dezvoltarile SABRE pot fi implementate ca componente separate. Deci, în REL ei cred că sistemul de răcire dezvoltat pentru aerul de intrare poate fi utilizat în modernizarea motoarelor existente sau în dezvoltarea de motoare turborreactor promițătoare. Cele mai interesante rezultate din aceasta pot fi obținute în domeniul aviației de mare viteză.
În esență, proiectul SABRE oferă un set de tehnologii cheie pentru construirea unui motor hibrid multi-mod. Pe baza acestora, puteți crea un produs real de dimensiunile cerute cu caracteristicile specificate. Pentru primele teste se creează un SABRE de dimensiuni medii cu performanțe ridicate. Dacă există interes din partea clienților, pot apărea noi modificări care îndeplinesc cerințe specifice.
Practică
Primele studii și teste în cadrul proiectului SABRE au avut loc la începutul celui de-al zecelea ani și au fost menite să caute soluții optime de proiectare. Până în prezent, REL a finalizat dezvoltarea proiectului și a început procesul de testare a componentelor individuale ale motorului hibrid.
Precooler pe suport. Sunt indicate principalele caracteristici ale operei sale
În urmă cu câteva săptămâni, compania de dezvoltare a anunțat testele pe banc ale sistemului de răcire cu aer. În timpul testului, viteza aerului la intrarea în dispozitiv a atins М=5, temperatura a fost de 1000°C. Se raportează că prototipul a făcut față cu succes sarcinilor sale și a furnizat o scădere bruscă și rapidă a temperaturii de curgere. Cu toate acestea, nu au fost date numere specifice.
Anterior a fost raportat despre verificări ale altor componente ale motorului. Finalizarea tuturor acestor activități permite REL să treacă la asamblarea unui motor experimental cu drepturi depline. Apariția sa este așteptată în 2020-21. Totodată, se vor desfășura și teste pe banc, în funcție de rezultatele cărora se vor putea determina perspectivele reale de dezvoltare.
Reaction Engines Limited apreciază foarte mult noul său proiect și consideră că are un viitor mare în față. Cât de obiective sunt astfel de 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 unei adevărate aeronave cu motoare SABRE.
informații