De afgelopen jaren heeft het Britse bedrijf Reaction Engines Limited (REL) in samenwerking met andere organisaties het SABRE-project (Synergetic Air Breathing Rocket Engine) ontwikkeld. Het doel van dit project is om een fundamenteel nieuwe hybride motor te creëren die atmosferische lucht en een vloeibare oxidator kan gebruiken. Tot op heden heeft het project enig succes opgeleverd.
Project Ontwikkeling
Het concept van de REL SABRE-motor is gebaseerd op ideeën die in de jaren tachtig zijn vastgelegd en gedeeltelijk getest. In die tijd ontwikkelden Britse specialisten het HOTOL-ruimtevliegtuig, waarvoor een hybride motor van het LACE-type werd voorgesteld. Dat project kon niet worden uitgevoerd, maar zijn voorstellen werden gebruikt in nieuwe ontwikkelingen.
Het ontwerp van de SABRE in zijn huidige vorm begon aan het begin van de laatste decennia. Er zijn enkele onderzoeken uitgevoerd om het algehele uiterlijk van de hybride motor vorm te geven en het pad van zijn ontwikkeling te bepalen. In de toekomst kon REL potentiële klanten interesseren en ondersteuning krijgen, wat het werk versnelde.
Inmiddels heeft REL het grootste deel van de ontwerpdocumentatie voltooid en is begonnen met het testen van individuele motorcomponenten. Twee interne testfaciliteiten in het VK en de VS worden gebruikt om producten te testen.
Een deel van de componenten en concepten zijn in de praktijk getest en hebben hun potentie bewezen. In de nabije toekomst moet een volwaardig prototype van een hybride motor beschikbaar zijn, inclusief alle geteste componenten. Het testen ervan onder de omstandigheden van de stand begint in 2020-21. De timing van het verschijnen van een motor die geschikt is voor installatie op echte vliegtuigen blijft onbekend. Dat zal waarschijnlijk pas in de tweede helft van de jaren twintig gebeuren.
Hybride ontwerp
Het SABRE-product moet in de atmosfeer en daarbuiten werken, de vereiste stuwkracht ontwikkelen en versnellen tot hoge snelheden. Dergelijke eisen hebben geleid tot de behoefte aan een speciaal ontwerp met specifieke kenmerken. Het bevat elementen die kenmerkend zijn voor turbojet-, straalmotor- en vloeibare stuwstofraketmotoren. Het gebruik ervan in verschillende combinaties maakt het mogelijk om verschillende werkingsmodi te hebben voor verschillende vluchtfasen.
De SABRE-motor bevat verschillende hoofdcomponenten in één behuizing. Het kopgedeelte van het product wordt gegeven onder de frontale luchtinlaat met een centraal lichaam. De laatste is gemaakt in de vorm van een conische stroomlijnkap en kan langs de as van de motor worden verplaatst om de luchttoevoer naar het systeem te veranderen. In sommige modi is de luchttoevoer volledig afgesloten.
Direct achter de inlaat is een koelsysteem voor de binnenkomende lucht geplaatst. Er is berekend dat bij het vliegen met hoge snelheden de luchtinlaat moet opwarmen tot een temperatuur van 1000 ° C of hoger. Een speciale voorkoeler met enkele duizenden dunne buisjes gevuld met vloeibaar helium moet de luchttemperatuur in een fractie van een seconde terugbrengen tot negatieve waarden. Er is een anti-ijssysteem aanwezig.
Het centrale deel van de motor wordt ingenomen door de zogenaamde. de kern is een speciale compressor die is ontworpen om de binnenkomende lucht samen te persen voordat deze naar de verbrandingskamer wordt gestuurd. In dit opzicht is SABRE vergelijkbaar met traditionele turbojetmotoren, maar mist de turbine achter de verbrandingskamer en enkele andere elementen. De compressor wordt aangedreven door een turbine die energie haalt uit het luchtkoelsysteem.
De verbrandingskamer van de SABRE-samenstelling is vergelijkbaar met de assemblages van raketmotoren met vloeibare stuwstof. Met behulp van een turbopomp wordt voorgesteld om brandstof en een oxidatiemiddel toe te voeren - gasvormige lucht of vloeibare zuurstof, afhankelijk van de bedrijfsmodus. In beide modi wordt vloeibare waterstof als brandstof gebruikt.
Rond de hoofdverbrandingskamer bevindt zich een tweede kamer die lijkt op een straalmotor. Het is ontworpen om in bepaalde modi te werken en de totale stuwkracht van de motor te vergroten. Net als de hoofdverbrandingskamer werkt de hulpdoorbrandkamer op waterstof.
Het doel van het SABRE-project is nu om een hybride motor te ontwikkelen met voldoende hoge prestaties en beperkte afmetingen. Het eindproduct mag niet groter zijn dan de seriële Pratt & Whitney F135 - niet meer dan 5,6 m lang en minder dan 1,2 m in diameter. Tegelijkertijd moeten veelzijdigheid en hoge prestaties worden gegarandeerd.
Afhankelijk van de bedrijfsmodus kan een dergelijke SABRE-optie vliegen met snelheden tot M = 25. De maximale stuwkracht in de "lucht" -modus zal 350 kN bereiken, in de raketmodus - 500 kN. Het belangrijkste positieve kenmerk is de mogelijkheid om alle problemen op te lossen met één enkele engine.
Bedrijfsmodi:
De SABRE-motor kan worden gebruikt op voertuigen van verschillende klassen, voornamelijk op ruimtevaartvoertuigen. De aanwezigheid van verschillende werkingsmodi biedt de mogelijkheid om horizontaal op te stijgen en te landen, te vliegen in de atmosfeer en in een baan om de aarde te komen.
Opstijgen en vliegen in de atmosfeer moeten worden uitgevoerd met behulp van de eerste modus van de motorwerking. In dit geval is de luchtinlaat open en levert de "kern" perslucht aan de verbrandingskamer. Na acceleratie tot hoge supersonische snelheden wordt de direct-flow verbrandingskamer ingeschakeld. Het gebruik van twee circuits levert volgens berekeningen een vliegsnelheid op tot M = 5, 4.
Voor verdere acceleratie wordt de derde modus gebruikt. Daarop is de luchtinlaat gesloten en wordt vloeibare zuurstof aan de hoofdverbrandingskamer toegevoerd. In deze configuratie wordt de SABRE zelfs een schijn van een traditionele raketmotor. Deze modus biedt maximale vliegprestaties.
Toepassingen
Tot nu toe bestaat de hybride motor van REL alleen in de vorm van documentatie en individuele eenheden, maar de toepassingsgebieden zijn al bepaald. Dergelijke energiecentrales zouden interessant moeten zijn in het kader van de verdere ontwikkeling van luchtvaart en ruimtevaart, incl. op de kruising van deze twee richtingen.
SABRE of een soortgelijk product zal nuttig zijn bij het creëren van veelbelovende hypersonische atmosferische vliegtuigen voor verschillende doeleinden. Met het gebruik van dergelijke technologieën is het mogelijk om transport-, passagiers- of militaire vliegtuigen te creëren.
Het volledige potentieel van een hybride motor kan worden ontketend met een ruimtevaartvliegtuig. In dit geval zorgt SABRE voor horizontaal opstijgen en landen, evenals een uitgang naar de vereiste hoogten, gevolgd door versnelling en vlucht in een baan om de aarde. Een ruimtevliegtuig met hybride motoren zou belangrijke voordelen moeten hebben die de bediening vergemakkelijken.
SABRE-ontwikkelingen kunnen als losse componenten worden geïmplementeerd. Zo is REL van mening dat het ontwikkelde koelsysteem van de inkomende lucht gebruikt kan worden bij de modernisering van bestaande of bij de ontwikkeling van kansrijke turbojetmotoren. De meest interessante resultaten hiervan zijn te behalen op het gebied van de hogesnelheidsluchtvaart.
In de kern biedt het SABRE-project een reeks sleuteltechnologieën voor het bouwen van een hybride multimode-motor. Op basis hiervan kunt u een echt product van de vereiste afmetingen met de gespecificeerde kenmerken maken. Voor de eerste tests wordt een middelgrote, krachtige SABRE gemaakt. Bij interesse van klanten kunnen er nieuwe aanpassingen verschijnen die aan specifieke eisen voldoen.
Praktijk
De eerste onderzoeken en tests in het kader van het SABRE-project vonden plaats in het begin van de tiende en waren bedoeld om optimale ontwerpoplossingen te vinden. Tot op heden heeft REL het ontwerp voltooid en is begonnen met het testen van individuele componenten van de hybride motor.
Een paar weken geleden maakte het ontwikkelingsbedrijf bekend dat het banktests van het luchtkoelsysteem uitvoert. Tijdens de test bereikte de luchtsnelheid bij de inlaat van het apparaat M = 5, de temperatuur - 1000 ° C. Het is gemeld dat het prototype zijn taken met succes aankon en zorgde voor een scherpe en snelle daling van de stroomtemperatuur. Er werden echter geen specifieke nummers genoemd.
Eerder gemelde controles op andere motoronderdelen. Door het afronden van al deze werkzaamheden kan REL overgaan tot de assemblage van een volwaardige prototype motor. Het uiterlijk wordt verwacht in 2020-21. Tegelijkertijd zullen er banktesten worden gehouden, op basis waarvan de echte ontwikkelingsvooruitzichten kunnen worden bepaald.
Reaction Engines Limited waardeert zijn nieuwe project zeer en gelooft dat het een geweldige toekomst heeft. Hoe objectief dergelijke beoordelingen zijn en of ze overeenkomen met de werkelijkheid is niet helemaal duidelijk. Het antwoord op dergelijke vragen kan pas over een paar jaar worden gegeven, na het voltooien van alle noodzakelijke maatregelen en het creëren van een echt vliegtuig met SABRE-motoren.
