V posledných rokoch britská spoločnosť Reaction Engines Limited (REL) v spolupráci s inými organizáciami vyvíja projekt SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Cieľom tohto projektu je vytvoriť úplne nový hybridný motor schopný využívať atmosférický vzduch a kvapalné oxidačné činidlo. K dnešnému dňu projekt ukázal určitý úspech.
Vývoj projektu
Koncept motora REL SABER je založený na myšlienkach položených a čiastočne testovaných v osemdesiatych rokoch. V tom čase britskí špecialisti vyvíjali vesmírny letún HOTOL, pre ktorý bol navrhnutý hybridný motor typu LACE. Tento projekt nebolo možné realizovať, ale jeho návrhy boli použité v novom vývoji.
Dizajn SABRE v súčasnej podobe sa začal na prelome posledných desaťročí. Boli vykonané niektoré štúdie s cieľom formovať celkový vzhľad hybridného motora a určiť cestu jeho vývoja. V budúcnosti mohol REL zaujať potenciálnych zákazníkov a získať podporu, čo urýchlilo prácu.
REL už dokončil väčšinu projektovej dokumentácie a začal testovať jednotlivé súčasti motora. Na testovanie výrobkov sa používajú dve interné testovacie zariadenia vo Veľkej Británii a USA.
Niektoré z komponentov a konceptov boli testované v praxi a preukázali svoj potenciál. V blízkej budúcnosti by mal byť k dispozícii plnohodnotný prototyp hybridného motora vrátane všetkých testovaných komponentov. Jeho testovanie v podmienkach stánku sa začne v rokoch 2020-21. Načasovanie vzhľadu motora vhodného na inštaláciu na skutočné lietadlo zostáva neznáme. To sa zrejme stane až v druhej polovici dvadsiatych rokov.
Hybridný dizajn
Výrobok SABER musí pracovať v atmosfére i mimo nej, vyvíjať požadovaný ťah a poskytovať zrýchlenie na vysoké rýchlosti. Takéto požiadavky viedli k potrebe špeciálneho dizajnu so špecifickými vlastnosťami. Obsahuje prvky charakteristické pre prúdové, ramjetové a raketové motory na kvapalné palivo. Ich použitie v rôznych kombináciách umožňuje mať niekoľko režimov prevádzky pre rôzne fázy letu.
Motor SABER obsahuje niekoľko hlavných komponentov uložených v jednom kryte. Hlavová časť výrobku je umiestnená pod predným prívodom vzduchu s centrálnym telom. Ten je vyrobený vo forme kužeľového krytu a môže sa pohybovať pozdĺž osi motora, aby sa zmenil prívod vzduchu do systému. V niektorých režimoch je prívod vzduchu úplne vypnutý.
Chladiaci systém pre vstupujúci vzduch je umiestnený priamo za nasávaním. Počíta sa s tým, že pri lete vysokou rýchlosťou by sa mal prívod vzduchu zahriať na teplotu 1 000 ° C alebo vyššiu. Špeciálny predchladič s niekoľko tisíc tenkými trubičkami naplnenými tekutým héliom by mal v zlomku sekundy znížiť teplotu vzduchu na záporné hodnoty. K dispozícii je systém proti námraze.
Stredovú časť motora zaberá tzv. jadro je špeciálny kompresor určený na stlačenie prichádzajúceho vzduchu pred jeho odoslaním do spaľovacej komory. V tomto ohľade je SABER podobný tradičným prúdovým motorom, ale chýba mu turbína za spaľovacou komorou a niektoré ďalšie prvky. Kompresor je poháňaný turbínou, ktorá odoberá energiu zo systému chladenia vzduchom.
Spaľovacia komora z kompozície SABER je podobná zostavám raketových motorov na kvapalné palivo. Pomocou turbočerpadla sa v závislosti od prevádzkového režimu navrhuje dodávať palivo a okysličovadlo - plynný vzduch alebo kvapalný kyslík. V oboch režimoch sa ako palivo používa skvapalnený vodík.
Okolo hlavnej spaľovacej komory je druhá komora podobná náporovému motoru. Je navrhnutý tak, aby pracoval v určitých režimoch a zvyšoval celkový ťah motora. Rovnako ako hlavná spaľovacia komora, aj pomocná priechodná spaľovacia komora beží na vodík.
Cieľom projektu SABER je teraz vyvinúť hybridný motor s dostatočne vysokým výkonom a obmedzenými rozmermi. Hotový výrobok by nemal byť väčší ako sériový Pratt & Whitney F135 - nie viac ako 5,6 m na dĺžku a menej ako 1,2 m v priemere. Zároveň by mala byť zaistená všestrannosť a vysoký výkon.
V závislosti od prevádzkového režimu bude taká možnosť SABER schopná lietať rýchlosťou až M = 25. Maximálny ťah v „vzduchovom“režime dosiahne 350 kN, v raketovom režime - 500 kN. Hlavnou pozitívnou vlastnosťou bude schopnosť vyriešiť všetky problémy pomocou jedného motora.
Prevádzkové režimy
Motor SABER je možné použiť vo vozidlách rôznych tried, predovšetkým v leteckých vozidlách. Prítomnosť niekoľkých režimov prevádzky poskytne možnosť horizontálneho vzletu a pristátia, letu v atmosfére a vstupu na obežnú dráhu.
Vzlet a let v atmosfére by sa mali vykonávať pomocou prvého režimu prevádzky motora. V tomto prípade je prívod vzduchu otvorený a „jadro“dodáva stlačený vzduch do spaľovacej komory. Po zrýchlení na vysoké nadzvukové rýchlosti sa zapne spaľovacia komora s priamym prietokom. Použitie dvoch obvodov podľa výpočtov poskytuje letovú rýchlosť až M = 5, 4.
Na ďalšie zrýchlenie slúži tretí režim. Na ňom je prívod vzduchu uzavretý a kvapalný kyslík je dodávaný do hlavnej spaľovacej komory. V tejto konfigurácii sa SABER v skutočnosti podobá tradičnému raketovému motoru. Tento režim poskytuje maximálny letový výkon.
Aplikácie
Hybridný motor od REL zatiaľ existuje iba vo forme dokumentácie a jednotlivých jednotiek, ale oblasti jeho použitia už boli určené. O takéto elektrárne by malo byť záujem v kontexte ďalšieho rozvoja letectva a astronautiky, vč. na križovatke týchto dvoch smerov.
SABER alebo podobný produkt bude užitočný pri vytváraní sľubných nadzvukových atmosférických lietadiel na rôzne účely. S využitím takýchto technológií je možné vytvárať dopravné, osobné alebo vojenské lietadlá.
Plný potenciál hybridného motora je možné naplno využiť v leteckom a kozmickom lietadle. V tomto prípade SABER zabezpečí horizontálny štart a pristátie, ako aj výstup do požadovaných výšok, po ktorom nasleduje zrýchlenie a let na obežnú dráhu. Vesmírny letún s hybridnými motormi by mal mať dôležité výhody, ktoré uľahčujú jeho ovládanie.
Vývoj SABER je možné implementovať ako samostatné komponenty. Spoločnosť REL sa napríklad domnieva, že vyvinutý chladiaci systém vstupujúceho vzduchu je možné použiť pri modernizácii existujúcich alebo pri vývoji sľubných prúdových motorov. Najzaujímavejšie výsledky z toho je možné získať v oblasti vysokorýchlostného letectva.
Projekt SABER ponúka vo svojom jadre súbor kľúčových technológií na stavbu hybridného viacrežimového motora. Na ich základe môžete vytvoriť skutočný produkt požadovaných rozmerov so špecifikovanými vlastnosťami. Pre prvé testy je vytvorený stredne veľký, vysoko výkonný SABER. V prípade záujmu zákazníkov sa môžu objaviť nové úpravy, ktoré spĺňajú špecifické požiadavky.
Praktická prax
Prvé štúdie a testy v rámci projektu SABER prebehli na začiatku desatín a mali za cieľ nájsť optimálne konštrukčné riešenia. K dnešnému dňu spoločnosť REL dokončila návrh a začala proces testovania jednotlivých komponentov hybridného motora.
Pred niekoľkými týždňami vývojová spoločnosť oznámila, že vykonáva skúšobné lavice systému chladenia vzduchom. Počas testu dosiahla rýchlosť vzduchu na vstupe do zariadenia M = 5, teplota - 1000 ° C. Uvádza sa, že prototyp sa úspešne vyrovnal so svojimi úlohami a poskytol prudký a rýchly pokles teploty prívodu. Neboli však pomenované žiadne konkrétne čísla.
Predtým hlásené kontroly ostatných komponentov motora. Dokončenie všetkých týchto činností umožňuje spoločnosti REL prejsť k montáži plnohodnotného prototypu motora. Jeho podoba sa očakáva v rokoch 2020-21. Súčasne budú prebiehať bench testy, podľa výsledkov ktorých bude možné určiť reálne perspektívy rozvoja.
Reaction Engines Limited veľmi oceňuje jeho nový projekt a verí, že má veľkú budúcnosť. Ako objektívne sú tieto hodnotenia a či zodpovedajú realite, nie je úplne jasné. Odpoveď na tieto otázky môže dať iba niekoľko rokov, po dokončení všetkých potrebných opatrení a vytvorení skutočného lietadla s motormi SABER.
