Během posledních několika let vyvíjí britská společnost Reaction Engines Limited (REL) ve spolupráci s dalšími organizacemi projekt SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Cílem tohoto projektu je vytvořit v zásadě nový hybridní motor schopný využívat atmosférický vzduch a kapalné oxidační činidlo. K dnešnímu dni projekt ukázal určitý úspěch.
Vývoj projektu
Koncept motoru REL SABER je založen na myšlenkách položených a částečně testovaných v osmdesátých letech. V té době britští specialisté vyvíjeli vesmírný letoun HOTOL, pro který byl navržen hybridní motor typu LACE. Tento projekt nemohl být realizován, ale jeho návrhy byly použity v novém vývoji.
Design SABER ve své současné podobě začal na přelomu posledních desetiletí. Byly provedeny některé studie s cílem formovat celkový vzhled hybridního motoru a určit cestu jeho vývoje. V budoucnosti mohla společnost REL zaujmout potenciální zákazníky a získat podporu, což urychlilo práci.
REL již dokončil většinu konstrukční dokumentace a začal testovat jednotlivé součásti motoru. K testování produktů se používají dvě interní testovací zařízení ve Velké Británii a USA.
Některé součásti a koncepty byly vyzkoušeny v praxi a prokázaly svůj potenciál. V blízké budoucnosti by měl být k dispozici plnohodnotný prototyp hybridního motoru včetně všech testovaných komponent. Jeho testování za podmínek stánku začne v letech 2020-21. Načasování vzhledu motoru vhodného pro instalaci na skutečná letadla zůstává neznámé. To se pravděpodobně stane až ve druhé polovině dvacátých let.
Hybridní design
Produkt SABER musí pracovat v atmosféře i mimo ni, vyvíjet požadovaný tah a zajišťovat zrychlení na vysoké rychlosti. Takové požadavky vedly k potřebě speciálního designu se specifickými vlastnostmi. Obsahuje prvky charakteristické pro proudové, náporové a raketové motory na kapalná paliva. Jejich použití v různých kombinacích umožňuje mít několik provozních režimů pro různé fáze letu.
Motor SABER obsahuje několik hlavních součástí uložených v jednom pouzdře. Hlavní část výrobku je umístěna pod čelním přívodem vzduchu s centrálním tělem. Ten je vyroben ve formě kuželové kapotáže a může se pohybovat podél osy motoru, aby se změnil přívod vzduchu do systému. V některých režimech je přívod vzduchu zcela uzavřen.
Chladicí systém pro přiváděný vzduch je umístěn přímo za sáním. Vypočítává se, že při létání vysokou rychlostí by se měl vstup vzduchu ohřát na teplotu 1000 ° C nebo vyšší. Speciální předchladič s několika tisíci tenkými trubičkami naplněnými tekutým héliem by měl během zlomku sekundy snížit teplotu vzduchu na záporné hodnoty. K dispozici je systém proti námraze.
Centrální část motoru je obsazena tzv. jádro je speciální kompresor určený ke stlačení přiváděného vzduchu před jeho odesláním do spalovací komory. V tomto ohledu je SABER podobný tradičním proudovým motorům, ale chybí mu turbína za spalovací komorou a některé další prvky. Kompresor je poháněn turbínou, která odebírá energii ze systému vzduchového chlazení.
Spalovací komora ze složení SABER je podobná sestavám raketových motorů na kapalná paliva. S pomocí turbočerpadla se navrhuje dodávat palivo a okysličovadlo - plynný vzduch nebo kapalný kyslík, v závislosti na provozním režimu. V obou režimech se jako palivo používá zkapalněný vodík.
Kolem hlavní spalovací komory je druhá komora podobná náporovému motoru. Je navržen tak, aby pracoval v určitých režimech a zvýšil celkový tah motoru. Podobně jako hlavní spalovací komora, i pomocná průchozí spalovací komora běží na vodík.
Nyní je cílem projektu SABER vyvinout hybridní motor s dostatečně vysokým výkonem a omezenými rozměry. Hotový výrobek by neměl být větší než sériový Pratt & Whitney F135 - ne více než 5,6 m na délku a méně než 1,2 m v průměru. Současně by měla být zajištěna univerzálnost a vysoký výkon.
V závislosti na provozním režimu bude taková možnost SABER schopna létat rychlostí až M = 25. Maximální tah v režimu „vzduch“dosáhne 350 kN, v raketovém režimu - 500 kN. Hlavní pozitivní vlastností bude schopnost řešit všechny problémy pomocí jediného enginu.
Provozní režimy
Motor SABER lze použít na vozidla různých tříd, především na letecká vozidla. Přítomnost několika provozních režimů poskytne možnost horizontálního vzletu a přistání, letu v atmosféře a vstupu na oběžnou dráhu.
Vzlet a let v atmosféře by měl být prováděn pomocí prvního režimu provozu motoru. V tomto případě je přívod vzduchu otevřený a „jádro“dodává stlačený vzduch do spalovací komory. Po zrychlení na vysoké nadzvukové rychlosti se zapne spalovací komora s přímým tokem. Použití dvou obvodů podle výpočtů poskytuje letovou rychlost až M = 5, 4.
Pro další zrychlení slouží třetí režim. Na něm je přívod vzduchu uzavřen a kapalný kyslík je dodáván do hlavní spalovací komory. V této konfiguraci se SABER ve skutečnosti podobá tradičnímu raketovému motoru. Tento režim poskytuje maximální letový výkon.
Aplikace
Hybridní motor od REL zatím existuje pouze ve formě dokumentace a jednotlivých jednotek, ale jeho oblasti použití již byly určeny. Takové elektrárny by měly být zajímavé v kontextu dalšího rozvoje letectví a kosmonautiky vč. na křižovatce těchto dvou směrů.
SABER nebo podobný produkt bude užitečný při vytváření slibných nadzvukových atmosférických letadel pro různé účely. S využitím takových technologií je možné vytvářet dopravní, osobní nebo vojenská letadla.
Plný potenciál hybridního motoru lze uvolnit pomocí leteckého letadla. V tomto případě SABER zajistí horizontální vzlet a přistání, stejně jako výstup do požadovaných výšek, následovaný zrychlením a letem na oběžnou dráhu. Kosmický letoun s hybridními motory by měl mít důležité výhody, které usnadní jeho ovládání.
Vývoj SABER lze implementovat jako samostatné komponenty. Společnost REL například věří, že vyvinutý chladicí systém přiváděného vzduchu lze použít při modernizaci stávajících nebo při vývoji slibných proudových motorů. Nejzajímavější výsledky z toho lze získat v oblasti vysokorychlostního letectví.
Projekt SABER ve své podstatě nabízí sadu klíčových technologií pro stavbu hybridního vícerežimového motoru. Na jejich základě můžete vytvořit skutečný produkt požadovaných rozměrů se zadanými charakteristikami. Pro první testy je vytvořen středně velký a vysoce výkonný SABER. Pokud je zájem ze strany zákazníků, mohou se objevit nové úpravy, které splňují specifické požadavky.
Praktická praxe
První studie a testy v rámci projektu SABER proběhly na začátku desetin a měly za cíl najít optimální konstrukční řešení. K dnešnímu dni společnost REL dokončila návrh a zahájila proces testování jednotlivých součástí hybridního motoru.
Před několika týdny vývojová společnost oznámila, že provádí zkušební testy systému vzduchového chlazení. Během testu dosáhla rychlost vzduchu na vstupu do zařízení M = 5, teplota - 1000 ° C. Uvádí se, že prototyp úspěšně zvládl své úkoly a poskytl prudký a rychlý pokles teploty průtoku. Nebyla však jmenována žádná konkrétní čísla.
Dříve hlášené kontroly ostatních součástí motoru. Dokončení všech těchto činností umožňuje společnosti REL přejít k montáži plnohodnotného prototypu motoru. Jeho podoba se očekává v letech 2020-21. Současně budou probíhat bench testy, podle jejichž výsledků bude možné určit skutečné vyhlídky na rozvoj.
Reaction Engines Limited velmi oceňuje její nový projekt a věří, že má velkou budoucnost. Jak objektivní taková hodnocení jsou a zda odpovídají realitě, není zcela jasné. Odpověď na takové otázky lze dát až za několik let, po dokončení všech nezbytných opatření a vytvoření skutečného letadla s motory SABER.
