Pēdējo vairāku gadu laikā Lielbritānijas uzņēmums Reaction Engines Limited (REL) sadarbībā ar citām organizācijām ir izstrādājis SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine) projektu. Šī projekta mērķis ir radīt principiāli jaunu hibrīda dzinēju, kas spēj izmantot atmosfēras gaisu un šķidru oksidētāju. Līdz šim projekts ir parādījis zināmus panākumus.
Projekta izstrāde
REL SABER dzinēja koncepcijas pamatā ir idejas, kas tika izvirzītas un daļēji pārbaudītas jau astoņdesmitajos gados. Tajā laikā britu speciālisti izstrādāja lidmašīnu HOTOL, kurai tika piedāvāts LACE tipa hibrīddzinējs. Šo projektu nevarēja īstenot, bet viņa priekšlikumi tika izmantoti jaunos sasniegumos.
SABER dizains pašreizējā formā sākās pēdējo desmitgažu mijā. Ir veikti daži pētījumi, lai veidotu hibrīda dzinēja kopējo izskatu un noteiktu tā attīstības ceļu. Nākotnē REL spēja ieinteresēt potenciālos klientus un saņemt atbalstu, kas paātrināja darbu.
Līdz šim REL ir pabeidzis lielāko daļu projekta dokumentācijas un ir uzsācis atsevišķu dzinēja sastāvdaļu testēšanu. Produktu testēšanai tiek izmantotas divas iekšējās pārbaudes iekārtas Apvienotajā Karalistē un ASV.
Dažas sastāvdaļas un koncepcijas ir pārbaudītas praksē un ir pierādījušas savu potenciālu. Tuvākajā laikā vajadzētu būt pieejamam pilnvērtīgam hibrīda dzinēja prototipam, ieskaitot visas pārbaudītās sastāvdaļas. Tās pārbaude stenda apstākļos sāksies 2020.-21. Pagaidām nav zināms dzinēja parādīšanās laiks, kas piemērots uzstādīšanai reālos lidaparātos. Tas, iespējams, nenotiks līdz divdesmito gadu otrajai pusei.
Hibrīda dizains
SABER izstrādājumam jādarbojas atmosfērā un ārpus tās, attīstot nepieciešamo vilces spēku un nodrošinot paātrinājumu līdz lieliem ātrumiem. Šādas prasības ir radījušas vajadzību pēc īpaša dizaina ar īpašām iezīmēm. Tajā ir elementi, kas raksturīgi turboreaktīvajiem, raķešu strūklas un šķidro propelentu raķešu dzinējiem. To izmantošana dažādās kombinācijās ļauj izmantot vairākus darbības režīmus dažādiem lidojuma posmiem.
SABER dzinējs satur vairākas galvenās sastāvdaļas, kas atrodas vienā korpusā. Produkta galvas daļa ir zem frontālās gaisa ieplūdes ar centrālo korpusu. Pēdējais ir izgatavots koniska apvalka veidā, un to var pārvietot pa motora asi, lai mainītu gaisa padevi sistēmā. Dažos režīmos gaisa padeve ir pilnībā izslēgta.
Ieejošā gaisa dzesēšanas sistēma ir novietota tieši aiz ieplūdes. Tiek aprēķināts, ka, lidojot lielā ātrumā, gaisa ieplūdes atverei vajadzētu sasilt līdz 1000 ° C vai augstākai temperatūrai. Īpašam priekšdzesētājam ar vairākiem tūkstošiem plānu caurulīšu, kas piepildītas ar šķidru hēliju, vajadzētu samazināt gaisa temperatūru līdz negatīvām vērtībām sekundes laikā. Ir nodrošināta pretapledošanas sistēma.
Motora centrālo daļu aizņem t.s. kodols ir īpašs kompresors, kas paredzēts ienākošā gaisa saspiešanai, pirms tas tiek nosūtīts uz sadegšanas kameru. Šajā ziņā SABER ir līdzīgs tradicionālajiem turboreaktīvajiem dzinējiem, taču tam trūkst turbīnas aiz sadegšanas kameras un dažiem citiem elementiem. Kompresoru darbina turbīna, kas ņem enerģiju no gaisa dzesēšanas sistēmas.
SABER sastāva sadegšanas kamera ir līdzīga šķidro propelentu raķešu dzinēju komplektiem. Ar turbo sūkņa palīdzību tiek piedāvāts piegādāt degvielu un oksidētāju - gāzveida gaisu vai šķidro skābekli atkarībā no darba režīma. Abos režīmos kā degvielu izmanto sašķidrinātu ūdeņradi.
Ap galveno sadegšanas kameru atrodas otrā kamera, kas līdzīga ramjet dzinējam. Tas ir paredzēts darbam noteiktos režīmos un palielina dzinēja kopējo vilces spēku. Tāpat kā galvenā sadegšanas kamera, arī palīgdegvielas vienreizējā sadegšanas kamera darbojas ar ūdeņradi.
Tagad SABER projekta mērķis ir izstrādāt hibrīda dzinēju ar pietiekami augstu veiktspēju un ierobežotiem izmēriem. Gatavais produkts nedrīkst būt lielāks par sērijveida Pratt & Whitney F135 - ne vairāk kā 5,6 m garš un mazāk nekā 1,2 m diametrā. Tajā pašā laikā jānodrošina daudzpusība un augsta veiktspēja.
Atkarībā no darba režīma šāda SABER opcija varēs lidot ar ātrumu līdz M = 25. Maksimālā vilce "gaisa" režīmā sasniegs 350 kN, raķešu režīmā - 500 kN. Galvenā pozitīvā iezīme būs spēja atrisināt visas problēmas, izmantojot vienu dzinēju.
Darbības režīmi
SABER dzinēju var izmantot dažādu klašu transportlīdzekļiem, galvenokārt aviācijas un kosmosa transportlīdzekļiem. Vairāku darbības veidu klātbūtne nodrošinās iespēju horizontāli pacelties un nolaisties, lidot atmosfērā un nokļūt orbītā.
Pacelšanās un lidojums atmosfērā jāveic, izmantojot pirmo dzinēja darbības režīmu. Šajā gadījumā gaisa ieplūde ir atvērta, un "kodols" piegādā saspiestu gaisu sadegšanas kamerai. Pēc paātrinājuma līdz lieliem virsskaņas ātrumiem tiek ieslēgta tiešās plūsmas sadegšanas kamera. Divu ķēžu izmantošana saskaņā ar aprēķiniem nodrošina lidojuma ātrumu līdz M = 5, 4.
Tālākam paātrinājumam tiek izmantots trešais režīms. Uz tā gaisa ieplūde ir aizvērta, un šķidrais skābeklis tiek piegādāts galvenajai sadegšanas kamerai. Patiesībā šajā konfigurācijā SABER kļūst par tradicionālā raķešu dzinēja līdzību. Šis režīms nodrošina maksimālu lidojuma veiktspēju.
Lietojumprogrammas
Līdz šim hibrīddzinējs no REL pastāv tikai dokumentācijas un atsevišķu vienību veidā, bet tā pielietojuma jomas jau ir noteiktas. Šādām elektrostacijām vajadzētu interesēt aviācijas un astronautikas tālākās attīstības kontekstā, t.sk. šo divu virzienu krustojumā.
SABER vai līdzīgs produkts būs noderīgs, lai radītu daudzsološus hiperskaņas atmosfēras lidaparātus dažādiem mērķiem. Izmantojot šādas tehnoloģijas, ir iespējams izveidot transporta, pasažieru vai militārās lidmašīnas.
Pilnu hibrīda dzinēja potenciālu var izmantot ar kosmosa lidmašīnu. Šajā gadījumā SABER nodrošinās horizontālu pacelšanos un nolaišanos, kā arī izeju vajadzīgajos augstumos, kam sekos paātrinājums un lidojums orbītā. Spaplānam ar hibrīda dzinējiem vajadzētu būt svarīgām priekšrocībām, kas atvieglo tā darbību.
SABER izstrādi var īstenot kā atsevišķas sastāvdaļas. Piemēram, REL uzskata, ka izstrādāto ienākošā gaisa dzesēšanas sistēmu var izmantot esošo modernizācijā vai daudzsološu turboreaktīvo dzinēju izstrādē. Visinteresantākos rezultātus no tā var iegūt ātrgaitas aviācijas jomā.
SABER projekts pamatā piedāvā galveno tehnoloģiju kopumu hibrīda vairāku režīmu dzinēja izveidei. Pamatojoties uz tiem, jūs varat izveidot reālu nepieciešamo izmēru produktu ar norādītajām īpašībām. Pirmajiem testiem tiek izveidots vidēja izmēra, augstas veiktspējas SABER. Ja klienti interesējas, var parādīties jaunas izmaiņas, kas atbilst īpašām prasībām.
Praktiskā prakse
Pirmie pētījumi un testi SABER projekta ietvaros notika desmitdaļas sākumā, un to mērķis bija atrast optimālus dizaina risinājumus. Līdz šim REL ir pabeidzis projektēšanu un uzsācis hibrīda dzinēja atsevišķu sastāvdaļu testēšanas procesu.
Pirms dažām nedēļām attīstības uzņēmums paziņoja, ka veic gaisa dzesēšanas sistēmas stenda testus. Pārbaudes laikā gaisa ātrums ierīces ieejā sasniedza M = 5, temperatūra - 1000 ° C. Tiek ziņots, ka prototips veiksmīgi tika galā ar saviem uzdevumiem un nodrošināja strauju un strauju plūsmas temperatūras pazemināšanos. Tomēr konkrēti skaitļi netika nosaukti.
Iepriekš ziņotās citu motora sastāvdaļu pārbaudes. Visu šo darbību pabeigšana ļauj REL pāriet uz pilnvērtīga motora prototipa montāžu. Tās parādīšanās gaidāma 2020.-21. Vienlaikus tiks veikti stenda testi, saskaņā ar kuru rezultātiem būs iespējams noteikt reālās attīstības perspektīvas.
Reaction Engines Limited augstu novērtē savu jauno projektu un uzskata, ka tam ir lieliska nākotne. Cik objektīvi ir šādi vērtējumi un vai tie atbilst realitātei, nav pilnīgi skaidrs. Atbildi uz šādiem jautājumiem var sniegt tikai pēc dažiem gadiem, pēc visu nepieciešamo pasākumu pabeigšanas un īstas lidmašīnas ar SABER dzinējiem radīšanas.
