Brittiläinen Reaction Engines Limited (REL) on viime vuosina kehittänyt yhteistyössä muiden organisaatioiden kanssa SABER -projektia (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Tämän projektin tavoitteena on luoda täysin uusi hybridimoottori, joka kykenee käyttämään ilmakehän ilmaa ja nestemäistä hapetinta. Tähän mennessä projekti on osoittanut jonkin verran menestystä.
Projektin kehittäminen
REL SABER -moottorin konsepti perustuu 1980 -luvulla esitettyihin ja osittain testattuihin ideoihin. Tuolloin brittiläiset asiantuntijat kehittivät HOTOL -avaruustasoa, johon ehdotettiin LACE -tyyppistä hybridimoottoria. Hanketta ei voitu toteuttaa, mutta hänen ehdotuksiaan käytettiin uudessa kehityksessä.
SABERin suunnittelu nykyisessä muodossaan alkoi viime vuosikymmenien vaihteessa. Joitakin tutkimuksia on tehty hybridimoottorin ulkonäön muokkaamiseksi ja sen kehityspolun määrittämiseksi. Tulevaisuudessa REL pystyi kiinnostamaan potentiaalisia asiakkaita ja saamaan tukea, mikä nopeutti työtä.
Tähän mennessä REL on valmistanut suurimman osan suunnitteludokumentaatiosta ja aloittanut yksittäisten moottorin osien testaamisen. Tuotteiden testaamiseen käytetään kahta sisäistä testauslaitosta Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja Yhdysvalloissa.
Jotkut komponentit ja konseptit on testattu käytännössä ja ne ovat osoittaneet potentiaalinsa. Lähitulevaisuudessa pitäisi olla saatavana täysimittainen hybridimoottorin prototyyppi, joka sisältää kaikki testatut komponentit. Sen testaus osaston olosuhteissa alkaa vuosina 2020-21. Todelliseen lentokoneeseen asennettavaksi sopivan moottorin ilmestymisaika on tuntematon. Tämä tapahtuu todennäköisesti vasta 20 -luvun jälkipuoliskolla.
Hybridi
SABER -tuotteen on toimittava ilmakehässä ja sen ulkopuolella, kehitettävä vaadittu työntövoima ja kiihdytettävä suurille nopeuksille. Tällaiset vaatimukset ovat johtaneet siihen, että tarvitaan erityinen muotoilu, jolla on erityispiirteitä. Se sisältää elementtejä, jotka ovat ominaisia turbojet-, ramjet- ja nestemäistä polttoainetta käyttäville rakettimoottoreille. Niiden käyttö eri yhdistelmissä mahdollistaa useiden toimintatilojen käytön eri lentovaiheissa.
SABER -moottori sisältää useita pääkomponentteja yhdessä kotelossa. Tuotteen pääosa on etuosan ilmanottoaukon alla keskellä. Jälkimmäinen on valmistettu kartiomaisen suojuksen muodossa, ja sitä voidaan siirtää moottorin akselia pitkin järjestelmän ilmansyötön muuttamiseksi. Joissakin tiloissa ilman syöttö on kokonaan suljettu.
Tuloilman jäähdytysjärjestelmä on sijoitettu suoraan imuaukon taakse. On laskettu, että suurilla nopeuksilla lentäessä ilmanottoaukon tulisi lämmetä 1000 ° C: n tai korkeampaan lämpötilaan. Erityisen esijäähdyttimen, jossa on useita tuhansia ohuita putkia, jotka on täytetty nestemäisellä heliumilla, pitäisi alentaa ilman lämpötila negatiivisiin arvoihin sekunnin murto-osassa. Mukana on jäätymisenestojärjestelmä.
Moottorin keskiosassa on ns. ydin on erityinen kompressori, joka on suunniteltu puristamaan tuloilmaa ennen sen lähettämistä polttokammioon. Tältä osin SABER on samanlainen kuin perinteiset turbojet -moottorit, mutta siitä puuttuu turbiini palokammion takana ja jotkut muut elementit. Kompressoria käyttää turbiini, joka ottaa energiaa ilmajäähdytysjärjestelmästä.
SABER -koostumuksen polttokammio on samanlainen kuin nestemäistä polttoainetta käyttävien rakettimoottorien kokoonpanot. Turbopumpun avulla ehdotetaan polttoaineen ja hapettimen - kaasumaisen ilman tai nestemäisen hapen - syöttämistä käyttötavasta riippuen. Molemmissa tiloissa polttoaineena käytetään nesteytettyä vetyä.
Pääpolttokammion ympärillä on toinen kammio, joka muistuttaa ramjet -moottoria. Se on suunniteltu toimimaan tietyissä tiloissa ja lisäämään moottorin kokonaisvoimaa. Kuten pääpolttokammio, myös ylimääräinen polttokammio toimii vedyllä.
Nyt SABER -projektin tavoitteena on kehittää hybridimoottori, jolla on riittävän korkea suorituskyky ja rajoitetut mitat. Lopputuote ei saa olla suurempi kuin sarja Pratt & Whitney F135 - korkeintaan 5,6 m ja halkaisija alle 1,2 m. Samalla on taattava monipuolisuus ja korkea suorituskyky.
Toimintatilasta riippuen tällainen SABER -lisävaruste pystyy lentämään jopa M = 25 nopeudella. Suurin työntövoima "ilma" -tilassa saavuttaa 350 kN, rakettitilassa - 500 kN. Tärkein positiivinen ominaisuus on kyky ratkaista kaikki ongelmat yhdellä moottorilla.
Toimintatavat
SABER -moottoria voidaan käyttää eri luokkien ajoneuvoissa, pääasiassa ilma -aluksissa. Useiden toimintatilojen läsnäolo tarjoaa mahdollisuuden vaakasuoraan nousuun ja laskuun, lentoon ilmakehässä ja kiertoradalle.
Lentoonlähtö ja lento ilmakehässä on suoritettava moottorin ensimmäisen toimintatilan avulla. Tässä tapauksessa ilmanottoaukko on auki ja "ydin" syöttää paineilmaa polttokammioon. Suurten yliäänenopeuksien kiihdytyksen jälkeen suoravirtainen polttokammio kytketään päälle. Kahden piirin käyttö laskujen mukaan tarjoaa lentonopeuden jopa M = 5, 4.
Lisäkiihdytystä varten käytetään kolmatta tilaa. Siinä ilmanottoaukko on suljettu ja nestemäistä happea syötetään pääpolttokammioon. Itse asiassa tässä kokoonpanossa SABERista tulee perinteisen rakettimoottorin ilme. Tämä tila tarjoaa maksimaalisen lentotehon.
Sovellukset
Toistaiseksi REL: n hybridimoottori on olemassa vain dokumentaation ja yksittäisten yksiköiden muodossa, mutta sen käyttöalueet on jo määritetty. Tällaisten voimalaitosten pitäisi olla kiinnostavia ilmailun ja astronautian edelleen kehittämisen yhteydessä, mm. näiden kahden suunnan risteyksessä.
SABER tai vastaava tuote on hyödyllinen luodessaan lupaavia hypersonic -ilmakehän lentokoneita eri tarkoituksiin. Tällaisten tekniikoiden avulla on mahdollista luoda kuljetus-, matkustaja- tai sotilaslentokoneita.
Hybridimoottorin koko potentiaali voidaan vapauttaa ilmailu- ja avaruuskoneella. Tässä tapauksessa SABER tarjoaa vaakasuoran nousun ja laskun sekä poistumisen vaadittuihin korkeuksiin, jota seuraa kiihtyvyys ja lento kiertoradalle. Hybridimoottoreilla varustetulla avaruusaluksella pitäisi olla tärkeitä etuja, jotka helpottavat sen käyttöä.
SABER -kehitys voidaan toteuttaa erillisinä osina. Esimerkiksi REL uskoo, että tuloilman kehitettyä jäähdytysjärjestelmää voidaan käyttää nykyisten nykyaikaistamiseen tai lupaavien turbojet -moottoreiden kehittämiseen. Mielenkiintoisimmat tulokset tästä voidaan saavuttaa nopean ilmailun alalla.
Ytimessään SABER-projekti tarjoaa joukon avainteknologioita hybridimonomoodin rakentamiseen. Niiden perusteella voit luoda vaadittujen mittojen todellisen tuotteen, jolla on määritetyt ominaisuudet. Ensimmäisiä testejä varten luodaan keskikokoinen, erittäin suorituskykyinen SABER. Jos asiakkaat ovat kiinnostuneita, uusia muutoksia voidaan näyttää, jotka täyttävät tietyt vaatimukset.
Käytännön harjoitus
Ensimmäiset SABER -hankkeen puitteissa tehdyt tutkimukset ja testit tehtiin kymmenen vuoden alussa, ja niiden tarkoituksena oli löytää optimaaliset suunnitteluratkaisut. Tähän mennessä REL on valmistanut suunnittelun ja aloittanut hybridimoottorin yksittäisten komponenttien testausprosessin.
Muutama viikko sitten kehitysyhtiö ilmoitti tekevänsä ilmajäähdytysjärjestelmän penkkitestejä. Testin aikana ilman nopeus laitteen tuloaukossa saavutti M = 5, lämpötila - 1000 ° C. On todettu, että prototyyppi selviytyi tehtävistään ja vähensi jyrkästi ja nopeasti menolämpötilaa. Mitään erityisiä numeroita ei kuitenkaan mainittu.
Aiemmin raportoidut muiden moottorin osien tarkastukset. Kaikkien näiden toimintojen suorittaminen mahdollistaa REL: n siirtymisen täysimittaisen prototyyppimoottorin kokoonpanoon. Sen esiintyminen on odotettavissa vuosina 2020-21. Samaan aikaan järjestetään penkkitestejä, joiden tulosten perusteella on mahdollista määrittää todelliset kehitysnäkymät.
Reaction Engines Limited arvostaa suuresti uutta projektiaan ja uskoo, että sillä on suuri tulevaisuus. Ei ole täysin selvää, kuinka objektiiviset arvioinnit ovat ja vastaavatko ne todellisuutta. Vastaus tällaisiin kysymyksiin voidaan antaa vasta muutaman vuoden kuluttua, kun kaikki tarvittavat toimenpiteet on suoritettu ja todellinen SABER -moottorilla varustettu kone on luotu.
