Negli ultimi anni, la società britannica Reaction Engines Limited (REL), in collaborazione con altre organizzazioni, ha sviluppato il progetto SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). L'obiettivo di questo progetto è creare un motore ibrido fondamentalmente nuovo in grado di utilizzare l'aria atmosferica e un ossidante liquido. Ad oggi, il progetto ha mostrato un certo successo.
Sviluppo del progetto
Il concetto del motore REL SABRE si basa su idee formulate e parzialmente testate negli anni ottanta. A quel tempo, gli specialisti britannici stavano sviluppando lo spazioplano HOTOL, per il quale è stato proposto un motore ibrido del tipo LACE. Quel progetto non poteva essere attuato, ma le sue proposte sono state utilizzate in nuovi sviluppi.
Il design della SABRE nella sua forma attuale è iniziato a cavallo degli ultimi decenni. Sono stati effettuati alcuni studi per modellare l'aspetto generale del motore ibrido e determinare il percorso del suo sviluppo. In futuro, REL è stata in grado di interessare potenziali clienti e ottenere supporto, il che ha accelerato il lavoro.
Ormai, REL ha completato la maggior parte della documentazione di progettazione e ha iniziato a testare i singoli componenti del motore. Per testare i prodotti vengono utilizzate due strutture di prova interne nel Regno Unito e negli Stati Uniti.
Alcuni dei componenti e dei concetti sono stati testati nella pratica e hanno dimostrato il loro potenziale. Nel prossimo futuro dovrebbe essere disponibile un prototipo completo di motore ibrido, compresi tutti i componenti testati. Il suo test nelle condizioni dello stand inizierà nel 2020-21. I tempi dell'aspetto di un motore adatto per l'installazione su aerei reali rimangono sconosciuti. Questo probabilmente non accadrà fino alla seconda metà degli anni Venti.
Design ibrido
Il prodotto SABRE deve operare nell'atmosfera e oltre, sviluppando la spinta richiesta e fornendo accelerazione alle alte velocità. Tali requisiti hanno portato alla necessità di un design speciale con caratteristiche specifiche. Contiene elementi caratteristici dei motori a turbogetto, ramjet e a propellente liquido. Il loro utilizzo in diverse combinazioni consente di avere diverse modalità di funzionamento per diverse fasi di volo.
Il motore SABRE contiene diversi componenti principali alloggiati in un unico alloggiamento. La parte di testa del prodotto è data sotto la presa d'aria frontale con un corpo centrale. Quest'ultimo è realizzato sotto forma di carenatura conica e può essere spostato lungo l'asse del motore per cambiare l'alimentazione dell'aria al sistema. In alcune modalità, l'alimentazione dell'aria è completamente disattivata.
Un sistema di raffreddamento per l'aria in ingresso è posto direttamente dietro la presa d'aria. Si calcola che quando si vola ad alta velocità, l'ingresso dell'aria dovrebbe riscaldarsi fino a una temperatura di 1000 ° C o superiore. Uno speciale pre-raffreddatore con diverse migliaia di tubi sottili riempiti di elio liquido dovrebbe ridurre la temperatura dell'aria a valori negativi in una frazione di secondo. È previsto un sistema antighiaccio.
La parte centrale del motore è occupata dal cosiddetto. il nucleo è uno speciale compressore progettato per comprimere l'aria in ingresso prima che venga inviata alla camera di combustione. In questo senso, SABRE è simile ai tradizionali motori a turbogetto, ma manca della turbina dietro la camera di combustione e di alcuni altri elementi. Il compressore è azionato da una turbina che preleva energia dal sistema di raffreddamento ad aria.
La camera di combustione della composizione SABRE è simile agli assiemi dei motori a razzo a propellente liquido. Con l'aiuto di una pompa turbo, si propone di fornire carburante e un ossidante: aria gassosa o ossigeno liquido, a seconda della modalità operativa. In entrambe le modalità, l'idrogeno liquefatto viene utilizzato come combustibile.
Intorno alla camera di combustione principale c'è una seconda camera simile a un motore a reazione. È progettato per funzionare in determinate modalità e aumentare la spinta totale del motore. Come la camera di combustione principale, la camera di combustione ausiliaria passante funziona a idrogeno.
Ora l'obiettivo del progetto SABRE è sviluppare un motore ibrido con prestazioni sufficientemente elevate e dimensioni contenute. Il prodotto finito non dovrebbe essere più grande del seriale Pratt & Whitney F135 - non più di 5,6 m di lunghezza e meno di 1,2 m di diametro Allo stesso tempo, dovrebbero essere garantite versatilità e alte prestazioni.
A seconda della modalità operativa, tale opzione SABRE sarà in grado di volare a velocità fino a M = 25. La spinta massima nella modalità "aria" raggiungerà i 350 kN, nella modalità razzo - 500 kN. La principale caratteristica positiva sarà la capacità di risolvere tutti i problemi utilizzando un unico motore.
Modalità di funzionamento
Il motore SABRE può essere utilizzato su veicoli di varie classi, principalmente su veicoli aerospaziali. La presenza di diverse modalità operative fornirà la possibilità di decollo e atterraggio orizzontale, volo nell'atmosfera e ingresso in orbita.
Il decollo e il volo nell'atmosfera devono essere eseguiti utilizzando la prima modalità di funzionamento del motore. In questo caso, la presa d'aria è aperta e il "nucleo" fornisce aria compressa alla camera di combustione. Dopo l'accelerazione a velocità supersoniche elevate, la camera di combustione a flusso diretto viene attivata. L'uso di due circuiti, secondo i calcoli, fornisce una velocità di volo fino a M = 5, 4.
Per un'ulteriore accelerazione, viene utilizzata la terza modalità. Su di esso, la presa d'aria è chiusa e l'ossigeno liquido viene fornito alla camera di combustione principale. Infatti, in questa configurazione, il SABRE diventa una parvenza di un tradizionale motore a razzo. Questa modalità fornisce le massime prestazioni di volo.
Applicazioni
Finora, il motore ibrido di REL esiste solo sotto forma di documentazione e singole unità, ma le sue aree di applicazione sono già state determinate. Tali centrali elettriche dovrebbero essere di interesse nel contesto dell'ulteriore sviluppo dell'aviazione e dell'astronautica, incl. all'incrocio di queste due direzioni.
SABRE o un prodotto simile sarà utile nella creazione di promettenti velivoli atmosferici ipersonici per vari scopi. Con l'uso di tali tecnologie, è possibile creare aerei da trasporto, passeggeri o militari.
L'intero potenziale di un motore ibrido può essere liberato con un aereo aerospaziale. In questo caso, SABRE fornirà decollo e atterraggio orizzontali, nonché un'uscita alle quote richieste, seguita da accelerazione e volo in orbita. Uno spazioplano con motori ibridi dovrebbe avere importanti vantaggi che lo rendono più facile da usare.
Gli sviluppi di SABRE possono essere implementati come componenti separati. Ad esempio, REL ritiene che il sistema di raffreddamento dell'aria in ingresso sviluppato possa essere utilizzato nella modernizzazione di motori a turbogetto esistenti o nello sviluppo di promettenti. I risultati più interessanti si possono ottenere nel campo dell'aviazione ad alta velocità.
Fondamentalmente, il progetto SABRE offre una serie di tecnologie chiave per la creazione di un motore ibrido multimodale. Sulla loro base, è possibile creare un prodotto reale delle dimensioni richieste con le caratteristiche specificate. Per i primi test viene creata una SABRE di medie dimensioni e ad alte prestazioni. Se c'è interesse da parte dei clienti, possono apparire nuove modifiche che soddisfano requisiti specifici.
Pratica pratica
I primi studi e prove nell'ambito del progetto SABRE sono avvenuti nei primi decimi e avevano lo scopo di trovare soluzioni progettuali ottimali. Ad oggi REL ha completato la progettazione e ha avviato il processo di test dei singoli componenti del motore ibrido.
Alcune settimane fa, la società di sviluppo ha annunciato che stava conducendo test al banco del sistema di raffreddamento ad aria. Durante il test, la velocità dell'aria all'ingresso del dispositivo ha raggiunto M = 5, la temperatura - 1000 ° C. È stato riferito che il prototipo ha affrontato con successo i suoi compiti e ha fornito una forte e rapida diminuzione della temperatura di flusso. Tuttavia, non sono stati nominati numeri specifici.
Controlli precedentemente riportati su altri componenti del motore. Il completamento di tutte queste attività consente a REL di passare all'assemblaggio di un motore prototipo a tutti gli effetti. La sua comparsa è prevista nel 2020-21. Contestualmente si svolgeranno le prove al banco, in base alle quali sarà possibile determinare le reali prospettive di sviluppo.
Reaction Engines Limited apprezza molto il suo nuovo progetto e crede che abbia un grande futuro. Quanto siano oggettive tali valutazioni e se corrispondano alla realtà non è del tutto chiaro. La risposta a tali domande potrà essere data solo tra qualche anno, dopo il completamento di tutte le misure necessarie e la realizzazione di un vero velivolo con motori SABRE.
