U posljednjih nekoliko godina, britanska kompanija Reaction Engines Limited (REL), u saradnji sa drugim organizacijama, razvijala je projekat SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Cilj ovog projekta je stvoriti fundamentalno novi hibridni motor sposoban za korištenje atmosferskog zraka i tekućeg oksidanta. Do danas je projekat pokazao određeni uspjeh.
Razvoj projekata
Koncept motora REL SABER zasnovan je na idejama postavljenim i djelomično testiranim još osamdesetih godina. U to vrijeme britanski stručnjaci razvijali su svemirski avion HOTOL za koji je predložen hibridni motor tipa LACE. Taj se projekt nije mogao provesti, ali su njegovi prijedlozi korišteni u novom razvoju.
Dizajn SABER -a u sadašnjem obliku počeo je na prijelazu u posljednje decenije. Provedena su neka istraživanja kako bi se oblikovao cjelokupni izgled hibridnog motora i odredio put njegovog razvoja. U budućnosti je REL uspio zainteresirati potencijalne kupce i dobiti podršku, što je ubrzalo rad.
Do sada je REL završio većinu projektne dokumentacije i započeo testiranje pojedinih dijelova motora. Dva interna ispitna objekta u Velikoj Britaniji i SAD-u koriste se za testiranje proizvoda.
Neke komponente i koncepti testirani su u praksi i dokazali su svoj potencijal. U bliskoj budućnosti trebao bi biti dostupan punopravni prototip hibridnog motora, uključujući sve testirane komponente. Njegovo testiranje pod uslovima štanda počinje 2020.-21. Vrijeme pojavljivanja motora pogodnog za ugradnju u prave avione ostaje nepoznato. To će se vjerovatno dogoditi tek u drugoj polovici dvadesetih.
Hibridni dizajn
SABER proizvod mora djelovati u atmosferi i izvan nje, razvijajući potreban potisak i osiguravajući ubrzanje do velikih brzina. Takvi zahtjevi doveli su do potrebe za posebnim dizajnom sa specifičnim karakteristikama. Sadrži elemente karakteristične za raketne motore s turbo-mlaznim, ramjetskim i tekućim pogonom. Njihova upotreba u različitim kombinacijama omogućuje nekoliko načina rada za različite faze leta.
Motor SABER sadrži nekoliko glavnih komponenti smještenih u jednom kućištu. Glavni dio proizvoda nalazi se ispod čeonog usisnika zraka sa središnjim tijelom. Potonji je napravljen u obliku kupastog oklopa i može se pomicati duž osi motora kako bi se promijenio dovod zraka u sistem. U nekim načinima dovod zraka je potpuno isključen.
Sistem za hlađenje ulaznog vazduha postavljen je neposredno iza usisnika. Izračunato je da bi se pri letenju velikom brzinom ulaz zraka trebao zagrijati do temperature od 1000 ° C ili više. Poseban predhladnjak s nekoliko tisuća tankih cijevi napunjenih tekućim helijem trebao bi smanjiti temperaturu zraka na negativne vrijednosti u djeliću sekunde. Obezbeđen je sistem protiv zaleđivanja.
Središnji dio motora zauzimaju tzv. jezgro je poseban kompresor dizajniran za komprimiranje ulaznog zraka prije nego što se pošalje u komoru za izgaranje. U tom pogledu, SABER je sličan tradicionalnim turbo -mlaznim motorima, ali mu nedostaje turbina iza komore za sagorijevanje i neki drugi elementi. Kompresor pokreće turbina koja uzima energiju iz sistema za hlađenje vazduhom.
Komora za sagorevanje iz sastava SABER slična je sklopovima raketnih motora na tečno gorivo. Uz pomoć turbo pumpe, predlaže se dovod goriva i oksidanta - plinovitog zraka ili tekućeg kisika, ovisno o načinu rada. U oba načina, tečni vodonik se koristi kao gorivo.
Oko glavne komore za sagorijevanje nalazi se druga komora slična ramjet motoru. Dizajniran je za rad u određenim načinima rada i povećanje ukupnog potiska motora. Kao i glavna komora za sagorijevanje, pomoćna jednokratna komora za sagorijevanje radi na vodiku.
Sada je cilj projekta SABER razvoj hibridnog motora s dovoljno visokim performansama i ograničenim dimenzijama. Gotov proizvod ne smije biti veći od serijskog Pratt & Whitney F135 - ne više od 5,6 m u dužinu i promjer manji od 1,2 m. Istovremeno treba osigurati svestranost i visoke performanse.
Ovisno o načinu rada, takva opcija SABER moći će letjeti brzinama do M = 25. Maksimalni potisak u "vazdušnom" režimu dostići će 350 kN, u raketnom režimu - 500 kN. Glavna pozitivna značajka bit će mogućnost rješavanja svih problema pomoću jednog motora.
Načini rada
Motor SABER može se koristiti na vozilima različitih klasa, prvenstveno na vazduhoplovnim vozilima. Prisutnost nekoliko načina rada pružit će mogućnost horizontalnog polijetanja i slijetanja, leta u atmosferi i ulaska u orbitu.
Polijetanje i let u atmosferi treba izvesti pomoću prvog načina rada motora. U tom slučaju, ulaz za zrak je otvoren, a "jezgra" dovodi komprimirani zrak u komoru za izgaranje. Nakon ubrzanja do velikih nadzvučnih brzina, komora za izgaranje s direktnim protokom se uključuje. Korištenje dva kruga, prema proračunima, osigurava brzinu leta do M = 5, 4.
Za daljnje ubrzanje koristi se treći način rada. Na njemu je ulaz zraka zatvoren, a tekući kisik se dovodi u glavnu komoru za izgaranje. Zapravo, u ovoj konfiguraciji, SABER postaje privid tradicionalnog raketnog motora. Ovaj način rada pruža maksimalne performanse leta.
Aplikacije
Do sada, hibridni motor iz REL -a postoji samo u obliku dokumentacije i pojedinačnih jedinica, ali su njegova područja primjene već utvrđena. Takve elektrane trebale bi biti od interesa u kontekstu daljnjeg razvoja zrakoplovstva i astronautike, uklj. na spoju ova dva pravca.
SABER ili sličan proizvod bit će korisni u stvaranju perspektivnih hipersoničnih zrakoplova za različite namjene. Korištenjem takvih tehnologija moguće je stvoriti transportne, putničke ili vojne avione.
Puni potencijal hibridnog motora može se osloboditi zrakoplovnim avionom. U tom slučaju, SABER će omogućiti horizontalno polijetanje i slijetanje, kao i izlaz na potrebne visine, nakon čega slijedi ubrzanje i let u orbitu. Svemirski avion sa hibridnim motorima trebao bi imati važne prednosti koje olakšavaju upravljanje.
SABER razvoj može se implementirati kao zasebna komponenta. Na primjer, REL vjeruje da se razvijeni sistem hlađenja ulaznog zraka može koristiti u modernizaciji postojećih ili u razvoju perspektivnih turboreaktivnih motora. Najzanimljiviji rezultati iz ovoga mogu se postići u području brzog zrakoplovstva.
U svojoj srži, projekat SABER nudi skup ključnih tehnologija za izgradnju hibridnog višenamjenskog motora. Na njihovoj osnovi možete stvoriti pravi proizvod potrebnih dimenzija sa navedenim karakteristikama. Za prve testove stvorena je SABERA srednje veličine, visokih performansi. Ako postoji interes kupaca, mogu se pojaviti nove izmjene koje zadovoljavaju posebne zahtjeve.
Praktična praksa
Prve studije i ispitivanja u okviru projekta SABER dogodile su se početkom desetih godina i imale su za cilj pronaći optimalna dizajnerska rješenja. Do danas je REL dovršio dizajn i započeo proces testiranja pojedinih komponenti hibridnog motora.
Prije nekoliko sedmica, razvojna kompanija objavila je da provodi testiranje sistema za hlađenje zrakom. Tokom ispitivanja, brzina zraka na ulazu u uređaj dosegla je M = 5, temperatura - 1000 ° C. Prijavljeno je da se prototip uspješno nosio sa svojim zadacima i osigurao naglo i brzo smanjenje temperature polaza. Međutim, nisu imenovani određeni brojevi.
Ranije prijavljene provjere drugih dijelova motora. Završetak svih ovih aktivnosti omogućava REL-u da pređe na sastavljanje punopravnog prototipnog motora. Njegovo pojavljivanje se očekuje u periodu 2020-21. Istovremeno će se održati i bench test, prema čijim rezultatima će biti moguće utvrditi stvarne razvojne izglede.
Reaction Engines Limited visoko cijeni svoj novi projekt i vjeruje da ima veliku budućnost. Koliko su takve procjene objektivne i odgovaraju li stvarnosti, nije potpuno jasno. Odgovor na takva pitanja može se dati tek za nekoliko godina, nakon završetka svih potrebnih mjera i stvaranja pravog zrakoplova sa SABER motorima.
