Viimase mitme aasta jooksul on Briti ettevõte Reaction Engines Limited (REL) koostöös teiste organisatsioonidega arendanud projekti SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Selle projekti eesmärk on luua põhimõtteliselt uus hübriidmootor, mis on võimeline kasutama atmosfääriõhku ja vedelat oksüdeerijat. Praeguseks on projekt näidanud teatavat edu.
Projekti arendamine
REL SABER mootori kontseptsioon põhineb ideedel, mis olid välja pandud ja osaliselt katsetatud juba kaheksakümnendatel. Sel ajal töötasid Briti spetsialistid välja lennukit HOTOL, mille jaoks pakuti välja LACE tüüpi hübriidmootor. Seda projekti ei saanud ellu viia, kuid tema ettepanekuid kasutati uutes arendustes.
SABERi projekteerimine praegusel kujul algas viimaste aastakümnete vahetusel. Hübriidmootori üldilme kujundamiseks ja selle arengutee kindlaksmääramiseks on tehtud mõned uuringud. Tulevikus suutis REL potentsiaalseid kliente huvitada ja tuge saada, mis kiirendas tööd.
Nüüdseks on REL lõpetanud suurema osa projekteerimisdokumentatsioonist ja asunud katsetama üksikuid mootori komponente. Toodete testimiseks kasutatakse kahte Ühendkuningriigis ja USA-s asuvat testimisvõimalust.
Osa komponente ja kontseptsioone on praktikas testitud ja oma potentsiaali tõestanud. Lähitulevikus peaks müügile jõudma täisväärtuslik hübriidmootori prototüüp koos kõigi testitud komponentidega. Selle katsetamine stendi tingimustes algab aastatel 2020-21. Päris lennukile paigaldamiseks sobiva mootori ilmumise aeg on teadmata. Tõenäoliselt juhtub see alles kahekümnendate aastate teisel poolel.
Hübriid disain
SABER -toode peab töötama atmosfääris ja väljaspool seda, arendades nõutavat tõukejõudu ja kiirendades suurt kiirust. Sellised nõuded on toonud kaasa vajaduse spetsiaalse disainiga, millel on spetsiifilised omadused. See sisaldab elemente, mis on iseloomulikud turboreaktiiv-, ramjet- ja vedelkütuserakettmootoritele. Nende kasutamine erinevates kombinatsioonides võimaldab erinevatel lennuetappidel kasutada mitut töörežiimi.
SABER mootor sisaldab mitut põhikomponenti, mis on paigutatud ühte korpusesse. Toote peaosa on tsentraalse kehaga eesmise õhu sisselaskeava all. Viimane on valmistatud koonilise katte kujul ja seda saab liigutada piki mootori telge, et muuta süsteemi õhuvarustust. Mõnes režiimis on õhuvarustus täielikult välja lülitatud.
Sissetuleva õhu jahutussüsteem asetatakse otse sisselaskeava taha. Arvutuste kohaselt peaks suurel kiirusel lendamisel õhu sisselaskeava soojenema temperatuurini 1000 ° C või kõrgemale. Spetsiaalne eeljahuti mitme tuhande õhukese toruga, mis on täidetud vedela heeliumiga, peaks alandama õhutemperatuuri sekundi murdosa jooksul negatiivsetele väärtustele. Pakutakse jäätumisvastast süsteemi.
Mootori keskosa on hõivatud nn. südamik on spetsiaalne kompressor, mis on ette nähtud sissetuleva õhu kokkusurumiseks enne selle põlemiskambrisse saatmist. Selles suhtes sarnaneb SABER traditsiooniliste turboreaktiivmootoritega, kuid sellel puudub põlemiskambri taga olev turbiin ja mõned muud elemendid. Kompressorit juhib turbiin, mis võtab energiat õhkjahutussüsteemist.
SABER kompositsiooni põlemiskamber sarnaneb vedela raketikütusega rakettmootorite sõlmedega. Turbopumba abil tehakse ettepanek tarnida kütust ja oksüdeerijat - gaasilist õhku või vedelat hapnikku, sõltuvalt töörežiimist. Mõlemas režiimis kasutatakse kütusena veeldatud vesinikku.
Peamise põlemiskambri ümber on teine kamber, mis sarnaneb ramjetmootoriga. See on loodud töötama teatud režiimides ja suurendama mootori tõukejõudu. Nagu peamine põlemiskamber, töötab ka ühekordne abipõlemiskamber vesinikul.
Nüüd on projekti SABER eesmärk välja töötada piisavalt suure jõudlusega ja piiratud mõõtmetega hübriidmootor. Valmistoode ei tohiks olla suurem kui seeria Pratt & Whitney F135 - mitte pikem kui 5,6 m ja läbimõõt alla 1,2 m. Samal ajal tuleks tagada mitmekülgsus ja kõrge jõudlus.
Olenevalt töörežiimist saab selline SABER -variant lennata kiirusega kuni M = 25. Maksimaalne tõukejõud režiimis "õhk" ulatub 350 kN, raketirežiimis - 500 kN. Peamine positiivne omadus on võime lahendada kõik probleemid ühe mootoriga.
Töörežiimid
SABER -mootorit saab kasutada erinevate klasside sõidukitel, peamiselt kosmosesõidukitel. Mitme töörežiimi olemasolu võimaldab horisontaalset õhkutõusmist ja maandumist, lendu atmosfääris ja orbiidile sisenemist.
Õhkutõus ja lend atmosfääris tuleks läbi viia mootori esimese töörežiimi abil. Sellisel juhul on õhu sisselaskeava avatud ja "südamik" annab põlemiskambrisse suruõhu. Pärast kiirendamist suurele ülehelikiirusele lülitatakse otsevoolu põlemiskamber sisse. Kahe vooluahela kasutamine vastavalt arvutustele tagab lennukiiruse kuni M = 5, 4.
Edasiseks kiirendamiseks kasutatakse kolmandat režiimi. Sellel on õhu sisselaskeava suletud ja põhipõlemiskambrisse tarnitakse vedel hapnik. Tegelikult muutub selles konfiguratsioonis SABER traditsioonilise raketimootori sarnaseks. See režiim tagab maksimaalse lennu jõudluse.
Rakendused
Siiani on REL -i hübriidmootor olemas ainult dokumentatsiooni ja üksikute üksuste kujul, kuid selle rakendusvaldkonnad on juba kindlaks määratud. Sellised elektrijaamad peaksid pakkuma huvi lennunduse ja astronautika edasiarendamise kontekstis, sh. nende kahe suuna ristumiskohas.
SABER või sarnane toode on kasulik paljutõotavate hüperhelikiirusega õhusõidukite loomisel erinevatel eesmärkidel. Selliste tehnoloogiate kasutamisega on võimalik luua transpordi-, reisi- või sõjalennukeid.
Hübriidmootori kogu potentsiaali saab avada kosmosesõidukiga. Sel juhul tagab SABER horisontaalse õhkutõusu ja maandumise, samuti väljapääsu nõutavatele kõrgustele, millele järgneb kiirendus ja lend orbiidile. Hübriidmootoritega kosmoselennukil peaks olema olulisi eeliseid, mis hõlbustavad selle kasutamist.
SABERi arendusi saab rakendada eraldi komponentidena. Näiteks usub REL, et sissetuleva õhu välja töötatud jahutussüsteemi saab kasutada olemasolevate kaasajastamisel või paljulubavate turboreaktiivmootorite väljatöötamisel. Sellest saab kõige huvitavamaid tulemusi kiirlennunduse valdkonnas.
SABER-projekt pakub oma põhitehnoloogiaid mitmerežiimilise hübriidmootori ehitamiseks. Nende põhjal saate luua vajalike mõõtmetega tegeliku toote, millel on kindlaksmääratud omadused. Esimeste testide jaoks luuakse keskmise suurusega suure jõudlusega SABER. Kui klientidel on huvi, võivad ilmneda uued muudatused, mis vastavad erinõuetele.
Praktiline praktika
Esimesed uuringud ja testid projekti SABER raames toimusid kümnendate alguses ning need olid mõeldud optimaalsete disainilahenduste leidmiseks. Tänaseks on REL projekteerimise lõpetanud ja alustanud hübriidmootori üksikute komponentide testimise protsessi.
Mõni nädal tagasi teatas arendusettevõte, et viib läbi õhkjahutussüsteemi pingikatsetusi. Katse ajal saavutas õhu kiirus seadme sisselaskeava juures M = 5, temperatuur - 1000 ° C. On teatatud, et prototüüp sai oma ülesannetega edukalt hakkama ning vähendas järsult ja kiiresti pealevoolu temperatuuri. Konkreetseid numbreid siiski ei nimetatud.
Varem teatatud muude mootori osade kontrollid. Kõigi nende tegevuste lõpuleviimine võimaldab REL-il liikuda täieõigusliku prototüübi mootori kokkupanekuni. Selle ilmumist on oodata aastatel 2020-21. Samal ajal viiakse läbi ka pingitestid, mille tulemuste põhjal on võimalik kindlaks teha tegelikud arenguväljavaated.
Reaction Engines Limited hindab kõrgelt oma uut projekti ja usub, et sellel on suur tulevik. Kui objektiivsed sellised hinnangud on ja kas need vastavad tegelikkusele, pole täiesti selge. Sellistele küsimustele saab vastuse anda alles mõne aasta pärast, pärast kõigi vajalike meetmete lõpuleviimist ja tõelise SABER -mootoritega lennuki loomist.
