Durant els darrers anys, l’empresa britànica Reaction Engines Limited (REL), en cooperació amb altres organitzacions, ha estat desenvolupant el projecte SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). L’objectiu d’aquest projecte és crear un motor híbrid fonamentalment nou capaç d’utilitzar aire atmosfèric i un oxidant líquid. Fins ara, el projecte ha demostrat cert èxit.
Desenvolupament de projectes
El concepte del motor REL SABRE es basa en idees exposades i provades parcialment als anys vuitanta. En aquell moment, especialistes britànics estaven desenvolupant l’avió espacial HOTOL, per al qual es va proposar un motor híbrid del tipus LACE. Aquell projecte no es va poder implementar, però les seves propostes es van utilitzar en nous desenvolupaments.
El disseny del SABER en la seva forma actual va començar al tombant de les darreres dècades. S'han dut a terme alguns estudis per donar forma a l'aspecte general del motor híbrid i determinar el camí del seu desenvolupament. En el futur, REL va poder interessar els clients potencials i obtenir assistència, cosa que va accelerar la feina.
A hores d’ara, REL ha completat la major part de la documentació de disseny i ha començat a provar components individuals del motor. Per provar els productes s’utilitzen dues instal·lacions de proves pròpies al Regne Unit i als Estats Units.
Alguns dels components i conceptes s’han provat a la pràctica i han demostrat el seu potencial. En un futur proper, hauria d’estar disponible un prototip complet de motor híbrid, inclosos tots els components provats. Les seves proves en les condicions de l’estand començaran el 2020-21. Es desconeix el moment de l'aparició d'un motor adequat per a la instal·lació en avions reals. Probablement això no passarà fins a la segona meitat dels anys vint.
Disseny híbrid
El producte SABER ha d’operar a l’atmosfera i més enllà, desenvolupant l’empenta necessària i proporcionant acceleració a velocitats elevades. Aquests requisits han conduït a la necessitat d'un disseny especial amb característiques específiques. Conté elements característics dels motors coet de turborreactor, de raig ram i de combustible líquid. El seu ús en diferents combinacions permet tenir diversos modes d’operació per a diferents etapes del vol.
El motor SABER conté diversos components principals allotjats en una sola carcassa. La part del cap del producte es dóna sota la presa d’aire frontal amb un cos central. Aquest últim es fabrica en forma de carenat cònic i es pot moure al llarg de l’eix del motor per canviar el subministrament d’aire al sistema. En alguns modes, el subministrament d'aire està completament apagat.
Un sistema de refrigeració de l’aire entrant es col·loca directament darrere de la presa. Es calcula que quan es vola a gran velocitat, l’entrada d’aire s’ha d’escalfar fins a una temperatura de 1000 ° C o superior. Un pre-refrigerador especial amb diversos milers de tubs prims plens d'heli líquid hauria de reduir la temperatura de l'aire a valors negatius en una fracció de segon. Es proporciona un sistema antigel.
La part central del motor l’ocupa l’anomenada. el nucli és un compressor especial dissenyat per comprimir l’aire entrant abans d’enviar-lo a la cambra de combustió. En aquest sentit, SABER és similar als motors turborreactors tradicionals, però no té la turbina darrere de la cambra de combustió i alguns altres elements. El compressor és impulsat per una turbina que pren energia del sistema de refrigeració per aire.
La cambra de combustió de la composició SABER és similar als conjunts de motors de coets de propulsió líquida. Amb l'ajuda d'una bomba turbo, es proposa subministrar combustible i un oxidant: aire gasós o oxigen líquid, segons el mode de funcionament. En ambdós modes, l’hidrogen liquat s’utilitza com a combustible.
Al voltant de la cambra de combustió principal hi ha una segona cambra similar a un motor ramjet. Està dissenyat per treballar en determinats modes i augmentar l’empenta total del motor. Igual que la càmera de combustió principal, la cambra auxiliar de combustió única funciona amb hidrogen.
Ara l'objectiu del projecte SABER és desenvolupar un motor híbrid amb un rendiment suficient i unes dimensions limitades. El producte acabat no hauria de ser més gran que el Pratt & Whitney F135 de sèrie; no supera els 5,6 m de longitud i menys d’1,2 m de diàmetre. Al mateix temps, s’ha d’assegurar la versatilitat i l’alt rendiment.
Depenent del mode de funcionament, aquesta opció SABER podrà volar a velocitats de fins a M = 25. El màxim impuls en mode "aire" arribarà a 350 kN, en mode coet - 500 kN. La principal característica positiva serà la capacitat de resoldre tots els problemes amb un sol motor.
Modes de funcionament
El motor SABER es pot utilitzar en vehicles de diverses classes, principalment en vehicles aeroespacials. La presència de diversos modes d’operació proporcionarà la possibilitat d’enlairament i aterratge horitzontal, vol a l’atmosfera i entrada en òrbita.
L’enlairament i el vol a l’atmosfera s’han de fer mitjançant el primer mode de funcionament del motor. En aquest cas, la presa d’aire està oberta i el “nucli” subministra aire comprimit a la cambra de combustió. Després de l’acceleració a velocitats supersòniques elevades, s’encén la cambra de combustió de flux directe. L’ús de dos circuits, segons els càlculs, proporciona una velocitat de vol de fins a M = 5, 4.
Per a una acceleració addicional, s’utilitza el tercer mode. En ella, la presa d’aire es tanca i l’oxigen líquid es subministra a la cambra de combustió principal. De fet, en aquesta configuració, el SABRE es converteix en una aparença d’un motor coet tradicional. Aquest mode proporciona el màxim rendiment de vol.
Aplicacions
Fins ara, el motor híbrid de REL només existeix en forma de documentació i unitats individuals, però les seves àrees d’aplicació ja han estat determinades. Aquestes centrals elèctriques haurien de ser d’interès en el context del desenvolupament posterior de l’aviació i l’astronàutica, incl. a la cruïlla d’aquestes dues direccions.
SABER o un producte similar serà útil per a la creació d’avions atmosfèrics hipersònics prometedors per a diversos propòsits. Amb l'ús d'aquestes tecnologies, és possible crear avions de transport, de passatgers o militars.
Tot el potencial d’un motor híbrid es pot desencadenar amb un avió aeroespacial. En aquest cas, SABER proporcionarà enlairament i aterratge horitzontals, així com una sortida a les altituds necessàries, seguit d’acceleració i vol en òrbita. Un avió espacial amb motors híbrids hauria de tenir avantatges importants que facilitin el seu funcionament.
Els desenvolupaments SABER es poden implementar com a components separats. Per exemple, REL creu que el sistema de refrigeració desenvolupat de l’aire entrant es pot utilitzar en la modernització de motors existents o en el desenvolupament de motors turborreactors prometedors. Els resultats més interessants es poden obtenir en el camp de l'aviació d'alta velocitat.
En el seu nucli, el Projecte SABER ofereix un conjunt de tecnologies clau per construir un motor híbrid multimode. A partir d’aquesta base, podeu crear un producte real de les dimensions necessàries amb les característiques especificades. Per a les primeres proves, es crea un SABER de mida mitjana i d’alt rendiment. Si hi ha interès per part dels clients, poden aparèixer noves modificacions que compleixin requisits específics.
Pràctica pràctica
Els primers estudis i proves en el marc del projecte SABER van tenir lloc a principis de dècimes i tenien la intenció de trobar solucions de disseny òptimes. Fins ara, REL ha completat el disseny i ha començat el procés de prova de components individuals del motor híbrid.
Fa unes setmanes, la companyia de desenvolupament va anunciar que realitzava proves de banc del sistema de refrigeració per aire. Durant la prova, la velocitat de l'aire a l'entrada del dispositiu va arribar a M = 5, la temperatura - 1000 ° C. Es va informar que el prototip va fer front amb èxit a les seves tasques i va proporcionar una forta i ràpida disminució de la temperatura de cabal. No obstant això, no es van nomenar números específics.
Comprovacions anteriors sobre altres components del motor. La realització de totes aquestes activitats permet a REL passar al muntatge d’un prototip de motor complet. La seva aparició s’espera el 2020-21. Al mateix temps, es realitzaran proves de banc, segons els resultats de les quals serà possible determinar les perspectives reals de desenvolupament.
Reaction Engines Limited valora molt el seu nou projecte i creu que té un gran futur. No és del tot clar com són objectives aquestes avaluacions i si es corresponen amb la realitat. La resposta a aquestes preguntes només es pot donar en pocs anys, després de completar totes les mesures necessàries i la creació d’un avió real amb motors SABER.
