طی چندین سال گذشته ، شرکت انگلیسی Reaction Engines Limited (REL) ، با همکاری سایر سازمان ها ، پروژه SABER (موتور موشک تنفس هوای Synergetic) را توسعه داده است. هدف این پروژه ایجاد یک موتور ترکیبی جدید است که می تواند از هوای جو و یک اکسید کننده مایع استفاده کند. تا به امروز ، این پروژه تا حدودی موفقیت آمیز بوده است.
توسعه پروژه
مفهوم موتور REL SABER بر اساس ایده هایی است که در دهه هشتاد ارائه شده و تا حدی آزمایش شده است. در آن زمان ، متخصصان انگلیسی در حال توسعه هواپیمای فضایی HOTOL بودند که برای آن موتور ترکیبی از نوع LACE پیشنهاد شد. آن پروژه قابل اجرا نبود ، اما پیشنهادات وی در تحولات جدید مورد استفاده قرار گرفت.
طراحی SABER در شکل فعلی آن در اواخر دهه های گذشته آغاز شد. برخی مطالعات برای شکل گیری ظاهر کلی موتور هیبریدی و تعیین مسیر توسعه آن انجام شده است. در آینده ، REL توانست مشتریان بالقوه را جلب کند و پشتیبانی دریافت کند ، که کار را تسریع کرد.
در حال حاضر ، REL بخش عمده ای از اسناد طراحی را تکمیل کرده و آزمایش تک تک اجزای موتور را آغاز کرده است. دو آزمایش داخلی در انگلستان و ایالات متحده برای آزمایش محصولات استفاده می شود.
برخی از اجزا و مفاهیم در عمل آزمایش شده اند و پتانسیل خود را به اثبات رسانده اند. در آینده نزدیک ، یک نمونه اولیه کامل از یک موتور هیبریدی باید شامل همه اجزای آزمایش شده در دسترس باشد. آزمایش آن در شرایط غرفه در سالهای 2020-21 آغاز می شود. زمان ظهور موتور مناسب برای نصب در هواپیماهای واقعی ناشناخته است. این احتمالاً تا نیمه دوم دهه 20 رخ نخواهد داد.
طراحی ترکیبی
محصول SABER باید در اتمسفر و فراتر از آن عمل کند ، نیروی مورد نیاز را ایجاد کرده و شتاب را برای سرعتهای بالا فراهم کند. چنین الزاماتی منجر به نیاز به طراحی خاصی با ویژگی های خاص شده است. این شامل عناصر مشخصه موتورهای موشک توربوجت ، رمجت و مایع است. استفاده از آنها در ترکیب های مختلف امکان چندین حالت عملکرد برای مراحل مختلف پرواز را ممکن می سازد.
موتور SABER شامل چندین جزء اصلی است که در یک محفظه واحد قرار گرفته اند. قسمت سر محصول زیر بدنه هوای جلویی با بدنه مرکزی قرار گرفته است. دومی به شکل یک حلقه مخروطی ساخته شده است و می تواند در امتداد محور موتور حرکت کند تا جریان هوا در سیستم تغییر کند. در برخی از حالت ها ، جریان هوا کاملاً خاموش است.
یک سیستم خنک کننده برای هوای ورودی مستقیماً در پشت ورودی قرار می گیرد. محاسبه شده است که هنگام پرواز با سرعت زیاد ، ورودی هوا باید تا دمای 1000 درجه سانتی گراد یا بالاتر گرم شود. یک پیش سرد کننده مخصوص با چندین هزار لوله نازک پر از هلیوم مایع باید دمای هوا را در کسری از ثانیه به مقادیر منفی کاهش دهد. سیستم ضد یخ ارائه شده است.
قسمت مرکزی موتور توسط به اصطلاح اشغال شده است. هسته یک کمپرسور ویژه است که برای فشرده سازی هوای ورودی قبل از ارسال به محفظه احتراق طراحی شده است.از این نظر ، SABER شبیه موتورهای توربوجت سنتی است ، اما فاقد توربین پشت محفظه احتراق و برخی عناصر دیگر است. کمپرسور توسط توربین هدایت می شود که انرژی را از سیستم خنک کننده هوا می گیرد.
محفظه احتراق از ترکیب SABER شبیه مجموعه موتورهای موشک پیشران مایع است. بسته به حالت کار ، با استفاده از پمپ توربو ، سوخت و اکسید کننده - هوا یا اکسیژن مایع - عرضه می شود. در هر دو حالت ، هیدروژن مایع به عنوان سوخت استفاده می شود.
در اطراف محفظه احتراق اصلی یک محفظه دوم شبیه به موتور رمجت قرار دارد. این دستگاه به گونه ای طراحی شده است که در حالت های خاصی کار می کند و کل رانش موتور را افزایش می دهد. مانند محفظه احتراق اصلی ، محفظه احتراق یکبار مصرف با هیدروژن کار می کند.
در حال حاضر هدف پروژه SABER توسعه موتور هیبریدی با کارایی کافی بالا و ابعاد محدود است. محصول نهایی نباید بزرگتر از سریال Pratt & Whitney F135 باشد - طول آن بیش از 5.6 متر و قطر آن کمتر از 1.2 متر نیست. در عین حال ، تنوع و عملکرد بالا باید تضمین شود.
بسته به حالت کار ، چنین گزینه SABER قادر به پرواز با سرعت M = 25 خواهد بود. حداکثر رانش در حالت "هوا" به 350 کیلو نیوتن ، در حالت موشک - 500 کیلو نیوتن خواهد رسید. اصلی ترین ویژگی مثبت توانایی حل همه مشکلات با استفاده از یک موتور واحد خواهد بود.
حالت های عملکرد
موتور SABER را می توان در خودروهای کلاسهای مختلف ، عمدتا در وسایل نقلیه هوافضا استفاده کرد. وجود چندین حالت عملیاتی امکان برخاست و فرود افقی ، پرواز در جو و ورود به مدار را فراهم می کند.
برخاست و پرواز در جو باید با استفاده از اولین حالت عملکرد موتور انجام شود. در این حالت ، ورودی هوا باز است و "هسته" هوای فشرده را به محفظه احتراق تأمین می کند. پس از شتاب به سرعتهای مافوق صوت بالا ، محفظه احتراق جریان مستقیم روشن می شود. با استفاده از دو مدار ، طبق محاسبات ، سرعت پرواز حداکثر تا M = 5 ، 4 فراهم می شود.
برای شتاب بیشتر ، حالت سوم استفاده می شود. روی آن ، ورودی هوا بسته است و اکسیژن مایع به محفظه احتراق اصلی عرضه می شود. در حقیقت ، در این پیکربندی ، SABER شبیه موتور موشک سنتی می شود. این حالت حداکثر عملکرد پرواز را فراهم می کند.
برنامه های کاربردی
تا کنون ، موتور ترکیبی REL فقط در قالب مستندات و واحدهای جداگانه وجود دارد ، اما زمینه های کاربرد آن قبلاً مشخص شده است. چنین نیروگاههایی باید در زمینه توسعه بیشتر هوانوردی و فضانوردی ، از جمله مورد توجه قرار گیرند. در محل اتصال این دو جهت
SABER یا یک محصول مشابه در ایجاد هواپیماهای امیدوار کننده مافوق صوت جوی برای اهداف مختلف مفید خواهد بود. با استفاده از چنین فناوری هایی می توان هواپیماهای ترابری ، مسافری یا نظامی ایجاد کرد.
با استفاده از هواپیمای هوافضا می توان از پتانسیل کامل یک موتور هیبریدی استفاده کرد. در این حالت ، SABER برخاست و فرود افقی و همچنین خروجی به ارتفاعات مورد نیاز ، و به دنبال آن شتاب و پرواز به مدار را فراهم می کند. یک هواپیمای فضایی با موتورهای ترکیبی باید دارای مزایای مهمی باشد که کارکرد آن را آسان می کند.
توسعه SABER را می توان به عنوان اجزای جداگانه اجرا کرد. به عنوان مثال ، REL معتقد است که سیستم خنک کننده توسعه یافته هوای ورودی را می توان در نوسازی موتورهای موجود یا در توسعه موتورهای توربوجت امیدوار کننده استفاده کرد. جالب ترین نتایج حاصل از آن را می توان در زمینه حمل و نقل هوایی با سرعت بالا بدست آورد.
در اصل ، پروژه SABER مجموعه ای از فناوری های کلیدی را برای ساخت موتور چند حالته ترکیبی ارائه می دهد. بر اساس آنها ، می توانید یک محصول واقعی با ابعاد مورد نیاز با ویژگی های مشخص ایجاد کنید. برای اولین آزمایشها ، یک SABER با اندازه متوسط و با کارایی بالا ایجاد می شود.در صورت علاقه مشتریان ، ممکن است تغییرات جدیدی ظاهر شود که شرایط خاصی را برآورده می کند.
تمرین عملی
اولین مطالعات و آزمایشات در چارچوب پروژه SABER در اوایل دهم انجام شد و برای یافتن راه حل های طراحی بهینه بود. تا به امروز ، REL طراحی را تکمیل کرده و فرایند آزمایش تک تک اجزای موتور هیبریدی را آغاز کرده است.
چند هفته پیش ، شرکت توسعه دهنده اعلام کرد که در حال انجام آزمایشات نیمکت سیستم خنک کننده هوا است. در طول آزمایش ، سرعت هوا در ورودی دستگاه به M = 5 و دما - 1000 درجه سانتیگراد رسید. گزارش شده است که نمونه اولیه با موفقیت وظایف خود را انجام داده و کاهش شدید و سریع دمای جریان را فراهم کرده است. با این حال ، هیچ شماره خاصی نامگذاری نشده است.
بررسی های قبلی در مورد دیگر اجزای موتور گزارش شده است. تکمیل همه این فعالیتها به REL اجازه می دهد تا به مونتاژ یک موتور نمونه اولیه کامل برسد. انتظار می رود که ظاهر آن در 21-22 2020 باشد. در همان زمان ، آزمونهای نیمکت برگزار می شود ، که بر اساس نتایج آن می توان چشم اندازهای واقعی توسعه را تعیین کرد.
Reaction Engines Limited از پروژه جدید خود بسیار قدردانی می کند و معتقد است که آینده ای عالی دارد. این که چنین ارزیابی هایی چقدر عینی هستند و آیا با واقعیت مطابقت دارند کاملاً مشخص نیست. پاسخ به چنین س questionsالاتی تنها در چند سال پس از اتمام تمام اقدامات لازم و ایجاد یک هواپیمای واقعی با موتورهای SABER قابل ارائه است.
