V zadnjih nekaj letih je britansko podjetje Reaction Engines Limited (REL) v sodelovanju z drugimi organizacijami razvijalo projekt SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Cilj tega projekta je ustvariti bistveno nov hibridni motor, ki lahko uporablja atmosferski zrak in tekoči oksidant. Do danes je projekt pokazal nekaj uspeha.
Razvoj projekta
Koncept motorja REL SABER temelji na idejah, postavljenih in delno preizkušenih v osemdesetih letih. Takrat so britanski strokovnjaki razvijali vesoljsko letalo HOTOL, za katerega so predlagali hibridni motor tipa LACE. Tega projekta ni bilo mogoče izvesti, vendar so bili njegovi predlogi uporabljeni pri novem razvoju.
Oblikovanje SABER v sedanji obliki se je začelo na prelomu v zadnja desetletja. Za oblikovanje celotnega videza hibridnega motorja in določitev poti njegovega razvoja so bile izvedene nekatere študije. V prihodnosti je REL lahko zainteresiral potencialne stranke in dobil podporo, kar je pospešilo delo.
Do zdaj je REL dokončal večino projektne dokumentacije in začel testirati posamezne sestavne dele motorja. Za testiranje izdelkov se uporabljata dve hišni preskusni napravi v Združenem kraljestvu in ZDA.
Nekatere komponente in koncepti so bili preizkušeni v praksi in dokazali svoj potencial. V bližnji prihodnosti bi moral biti na voljo popoln prototip hibridnega motorja, vključno z vsemi preizkušenimi komponentami. Njegovo testiranje pod pogoji sejma se bo začelo v letih 2020-21. Čas nastanka motorja, primernega za vgradnjo na resnična letala, ostaja neznan. To se bo verjetno zgodilo šele v drugi polovici dvajsetih let.
Hibridna zasnova
Izdelek SABER mora delovati v ozračju in zunaj njega, razvijati zahtevani potisk in zagotavljati pospešek do velikih hitrosti. Te zahteve so privedle do potrebe po posebnem dizajnu s posebnimi lastnostmi. Vsebuje elemente, značilne za raketne motorje s turboreaktirnimi motorji, zračnim curkom in tekočim gorivom. Njihova uporaba v različnih kombinacijah omogoča več načinov delovanja za različne stopnje leta.
Motor SABER vsebuje več glavnih sestavnih delov v enem ohišju. Glavni del izdelka je pod čelnim dovodom zraka s centralnim ohišjem. Slednji je izdelan v obliki stožčastega pokrova in ga je mogoče premikati vzdolž osi motorja, da spremenite dovod zraka v sistem. V nekaterih načinih je dovod zraka popolnoma izklopljen.
Hladilni sistem za vstopni zrak je nameščen neposredno za sesalnikom. Računa se, da se mora pri letenju pri velikih hitrostih dovod zraka segreti na temperaturo 1000 ° C ali več. Poseben predhladilnik z več tisoč tankimi cevmi, napolnjenimi s tekočim helijem, bi moral v delčku sekunde znižati temperaturo zraka na negativne vrednosti. Na voljo je sistem proti zaledenitvi.
Osrednji del motorja zasedajo tzv. jedro je poseben kompresor, namenjen stiskanju vstopnega zraka, preden se pošlje v zgorevalno komoro. V tem pogledu je SABER podoben tradicionalnim turboreaktivnim motorjem, vendar mu manjka turbina za zgorevalno komoro in nekateri drugi elementi. Kompresor poganja turbina, ki črpa energijo iz sistema zračnega hlajenja.
Zgorevalna komora iz sestave SABER je podobna sklopom raketnih motorjev na tekoče gorivo. S pomočjo turbo črpalke se predlaga dovajanje goriva in oksidanta - plinastega zraka ali tekočega kisika, odvisno od načina delovanja. V obeh načinih se kot gorivo uporablja utekočinjen vodik.
Okoli glavne zgorevalne komore je druga komora, podobna motorju z direktnim curkom. Zasnovan je tako, da deluje v določenih načinih in poveča skupni potisk motorja. Tako kot glavna zgorevalna komora tudi pomožna zgorevalna komora skozi vodi deluje na vodiku.
Zdaj je cilj projekta SABER razviti hibridni motor z dovolj visokimi zmogljivostmi in omejenimi merami. Končni izdelek ne sme biti večji od serijskega Pratt & Whitney F135 - ne več kot 5,6 m v dolžino in manj kot 1,2 m v premeru. Hkrati je treba zagotoviti vsestranskost in visoke zmogljivosti.
Odvisno od načina delovanja bo takšna možnost SABER lahko letela s hitrostjo do M = 25. Največji potisk v "zračnem" načinu bo dosegel 350 kN, v raketnem načinu - 500 kN. Glavna pozitivna lastnost bo zmožnost reševanja vseh težav z enim samim motorjem.
Načini delovanja
Motor SABER se lahko uporablja na vozilih različnih razredov, predvsem na vesoljskih vozilih. Prisotnost več načinov delovanja bo omogočila horizontalni vzlet in pristanek, let v ozračju in vstop v orbito.
Vzlet in let v ozračju je treba izvesti s prvim načinom delovanja motorja. V tem primeru je dovod zraka odprt in "jedro" dovaja stisnjen zrak v zgorevalno komoro. Po pospeševanju na visoke nadzvočne hitrosti se vklopi zgorevalna komora z neposrednim tokom. Uporaba dveh vezij po izračunih zagotavlja hitrost leta do M = 5, 4.
Za nadaljnje pospeševanje se uporablja tretji način. Na njem je dovod zraka zaprt in tekoči kisik se dovaja v glavno zgorevalno komoro. Pravzaprav v tej konfiguraciji SABER postane podoba tradicionalnega raketnega motorja. Ta način zagotavlja največjo zmogljivost letenja.
Aplikacije
Doslej hibridni motor iz REL obstaja le v obliki dokumentacije in posameznih enot, vendar so njegova področja uporabe že določena. Takšne elektrarne bi morale biti zanimive v kontekstu nadaljnjega razvoja letalstva in astronavtike, vklj. na stičišču teh dveh smeri.
SABER ali podoben izdelek bo uporaben pri ustvarjanju obetavnih hiperzvočnih atmosferskih letal za različne namene. Z uporabo takšnih tehnologij je mogoče ustvariti transportna, potniška ali vojaška letala.
Ves potencial hibridnega motorja je mogoče izkoristiti z vesoljskim letalom. V tem primeru bo SABER zagotovil horizontalni vzlet in pristanek ter izstop na zahtevane nadmorske višine, čemur bo sledil pospešek in let v orbito. Vesoljsko letalo s hibridnimi motorji bi moralo imeti pomembne prednosti, ki olajšajo upravljanje.
Razvoj SABER je mogoče izvesti kot ločene komponente. REL na primer meni, da se lahko razvit hladilni sistem vstopnega zraka uporablja pri posodobitvi obstoječih ali pri razvoju obetavnih turboreaktivnih motorjev. Najbolj zanimive rezultate iz tega lahko dobimo na področju hitrega letalstva.
Projekt SABER v svojem jedru ponuja niz ključnih tehnologij za izdelavo hibridnega večmotornega motorja. Na njihovi podlagi lahko ustvarite pravi izdelek zahtevanih dimenzij z določenimi lastnostmi. Za prve teste je ustvarjen srednje velik, visoko zmogljiv SABER. Če obstaja zanimanje strank, se lahko pojavijo nove spremembe, ki izpolnjujejo posebne zahteve.
Praktična praksa
Prve študije in testi v okviru projekta SABER so potekali v zgodnjih desetih letih in so bili namenjeni iskanju optimalnih oblikovalskih rešitev. Do danes je REL dokončal načrtovanje in začel postopek testiranja posameznih sestavnih delov hibridnega motorja.
Pred nekaj tedni je razvojno podjetje objavilo, da izvaja klopne teste sistema zračnega hlajenja. Med preskusom je hitrost zraka na vstopu v napravo dosegla M = 5, temperatura - 1000 ° C. Poročali so, da je prototip uspešno opravil svoje naloge in zagotovil močno in hitro znižanje temperature dovoda. Vendar niso bile določene posebne številke.
Prej poročani pregledi drugih sestavnih delov motorja. Dokončanje vseh teh dejavnosti omogoča REL-u, da nadaljuje s sestavo polnopravnega prototipnega motorja. Njegov videz se pričakuje v letih 2020-21. Hkrati bodo potekali tudi klopni testi, na podlagi katerih bo mogoče ugotoviti resnične razvojne možnosti.
Reaction Engines Limited zelo ceni svoj novi projekt in verjame, da ima veliko prihodnost. Kako objektivne so takšne ocene in ali ustrezajo resničnosti, ni povsem jasno. Odgovor na tovrstna vprašanja je mogoče dati šele čez nekaj let, po zaključku vseh potrebnih ukrepov in oblikovanju pravega letala z motorji SABER.
