През последните няколко години британската компания Reaction Engines Limited (REL), в сътрудничество с други организации, разработва проекта SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Целта на този проект е да се създаде фундаментално нов хибриден двигател, способен да използва атмосферен въздух и течен окислител. Към днешна дата проектът показа известен успех.
Разработване на проекти
Концепцията на двигателя REL SABER се основава на идеи, заложени и частично тествани през осемдесетте години. По това време британски специалисти разработват космическия самолет HOTOL, за който е предложен хибриден двигател от типа LACE. Този проект не можеше да бъде реализиран, но неговите предложения бяха използвани в нови разработки.
Проектирането на SABER в сегашния му вид започва в края на последните десетилетия. Извършени са някои проучвания, които да оформят цялостния облик на хибридния двигател и да определят пътя на неговото развитие. В бъдеще REL успя да заинтересува потенциални клиенти и да получи поддръжка, което ускори работата.
Досега REL завърши по -голямата част от проектната документация и започна тестване на отделни компоненти на двигателя. Две вътрешни изпитателни съоръжения във Великобритания и САЩ се използват за тестване на продукти.
Някои от компонентите и концепциите са тествани на практика и са доказали своя потенциал. В близко бъдеще трябва да бъде наличен пълноправен прототип на хибриден двигател, включващ всички тествани компоненти. Тестването му в условията на щанда ще започне през 2020-21. Времето за появата на двигател, подходящ за инсталиране на истински самолети, остава неизвестно. Това вероятно няма да се случи до втората половина на двадесетте.
Хибриден дизайн
Продуктът SABER трябва да работи в атмосферата и извън нея, като развива необходимата тяга и осигурява ускорение до високи скорости. Такива изисквания доведоха до необходимостта от специален дизайн със специфични характеристики. Той съдържа елементи, характерни за турбореактивните, прямоточните и ракетните двигатели с течно гориво. Използването им в различни комбинации дава възможност за няколко режима на работа за различните етапи на полета.
Двигателят SABER съдържа няколко основни компонента, поместени в един корпус. Главната част на продукта е поставена под челния въздухозаборник с централно тяло. Последният е направен под формата на коничен обтекател и може да се премества по оста на двигателя, за да се промени подаването на въздух към системата. В някои режими подаването на въздух е напълно изключено.
Охлаждаща система за входящия въздух е поставена непосредствено зад всмукателния отвор. Изчислено е, че когато летите с висока скорост, входът на въздуха трябва да се затопли до температура от 1000 ° C или по -висока. Специален предварително охладител с няколко хиляди тънки тръби, пълни с течен хелий, трябва да намали температурата на въздуха до отрицателни стойности за част от секундата. Осигурена е система против заледяване.
Централната част на двигателя е заета от т.нар. сърцевината е специален компресор, предназначен да компресира входящия въздух, преди да бъде изпратен в горивната камера. В това отношение SABER е подобен на традиционните турбореактивни двигатели, но му липсват турбината зад горивната камера и някои други елементи. Компресорът се задвижва от турбина, която взема енергия от системата за въздушно охлаждане.
Горивната камера от състава на SABER е подобна на комплектите от ракетни двигатели с течно гориво. С помощта на турбо помпа се предлага подаване на гориво и окислител - газообразен въздух или течен кислород, в зависимост от режима на работа. И в двата режима втечнен водород се използва като гориво.
Около главната горивна камера има втора камера, подобна на двигател с прямото движение. Той е проектиран да работи в определени режими и да увеличи общата тяга на двигателя. Подобно на основната горивна камера, спомагателната горивна камера с еднократна работа работи на водород.
Сега целта на проекта SABER е да разработи хибриден двигател с достатъчно висока производителност и ограничени размери. Крайният продукт не трябва да бъде по -голям от серийния Pratt & Whitney F135 - не повече от 5,6 м дължина и по -малък от 1,2 м в диаметър. В същото време трябва да се осигури гъвкавост и висока производителност.
В зависимост от режима на работа, такава опция SABER ще може да лети със скорост до M = 25. Максималната тяга в режим "въздух" ще достигне 350 kN, в режим ракета - 500 kN. Основната положителна характеристика ще бъде възможността за решаване на всички проблеми с помощта на един двигател.
Режими на работа
Двигателят SABER може да се използва на превозни средства от различни класове, предимно на космически превозни средства. Наличието на няколко режима на работа ще осигури възможност за хоризонтално излитане и кацане, полет в атмосферата и влизане в орбита.
Излитането и полетът в атмосферата трябва да се извършват с помощта на първия режим на работа на двигателя. В този случай входящият въздух е отворен и „ядрото“подава сгъстен въздух в горивната камера. След ускорение до високи свръхзвукови скорости, горивната камера с директен поток се включва. Използването на две вериги, според изчисленията, осигурява скорост на полета до M = 5, 4.
За по -нататъшно ускорение се използва третият режим. На него входящият въздух е затворен и течният кислород се подава към основната горивна камера. Всъщност в тази конфигурация SABER се превръща в подобие на традиционен ракетен двигател. Този режим осигурява максимални полетни характеристики.
Приложения
Досега хибридният двигател от REL съществува само под формата на документация и отделни единици, но неговите области на приложение вече са определени. Такива електроцентрали трябва да представляват интерес в контекста на по -нататъшното развитие на авиацията и космонавтиката, вкл. на кръстовището на тези две посоки.
SABER или подобен продукт ще бъде полезен при създаването на обещаващи хиперзвукови атмосферни самолети за различни цели. С използването на такива технологии е възможно да се създадат транспортни, пътнически или военни самолети.
Пълният потенциал на хибриден двигател може да се разгърне с космически самолет. В този случай SABER ще осигури хоризонтално излитане и кацане, както и излизане на необходимите височини, последвано от ускорение и полет на орбита. Космическият самолет с хибридни двигатели трябва да има важни предимства, които улесняват експлоатацията.
Разработките на SABER могат да бъдат внедрени като отделни компоненти. Например, REL смята, че разработената система за охлаждане на входящия въздух може да се използва при модернизация на съществуващи или при разработването на обещаващи турбореактивни двигатели. Най-интересните резултати от това могат да бъдат получени в областта на високоскоростната авиация.
В основата си проектът SABER предлага набор от ключови технологии за изграждане на хибриден многорежимен двигател. Въз основа на тях можете да създадете истински продукт с необходимите размери с посочените характеристики. За първите тестове е създаден среден, високопроизводителен SABER. Ако има интерес от страна на клиентите, може да се появят нови модификации, които отговарят на специфични изисквания.
Практическа практика
Първите проучвания и тестове в рамките на проекта SABER се проведоха в началото на десетите и имаха за цел да намерят оптимални дизайнерски решения. Към днешна дата REL завърши дизайна и започна процеса на тестване на отделни компоненти на хибридния двигател.
Преди няколко седмици компанията за развитие обяви, че провежда тестове на системата за въздушно охлаждане. По време на изпитването скоростта на въздуха на входа на устройството достигна M = 5, температурата - 1000 ° C. Съобщава се, че прототипът успешно се справи със задачите си и осигури рязко и бързо понижаване на температурата на потока. Не бяха посочени конкретни номера.
По -рано докладвани проверки на други компоненти на двигателя. Завършването на всички тези дейности позволява на REL да премине към сглобяването на пълноправен прототип на двигателя. Появата му се очаква през 2020-21. Едновременно с това ще се проведат и стендови тестове, според резултатите от които ще бъде възможно да се определят реалните перспективи за развитие.
Reaction Engines Limited оценява високо новия си проект и вярва, че има голямо бъдеще. Доколко обективни са тези оценки и дали отговарят на реалността, не е напълно ясно. Отговорът на такива въпроси може да се даде само след няколко години, след приключване на всички необходими мерки и създаване на истински самолет с двигатели SABER.
