Motor híbrido SABRE. Por la atmósfera y por el espacio.
En los últimos años, la compañía británica Reaction Engines Limited (REL), en colaboración con otras organizaciones, ha estado desarrollando el proyecto SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine - Hybrid Aircraft Rocket Engine). El objetivo de este proyecto es crear un motor híbrido fundamentalmente nuevo que pueda utilizar aire atmosférico y un oxidante líquido. Hasta la fecha, el proyecto ha logrado mostrar cierto éxito.
Desarrollo de proyectos
En el corazón del concepto del motor REL SABRE hay ideas integradas y parcialmente probadas en los años ochenta. En ese momento, expertos británicos estaban desarrollando la nave espacial HOTOL, para la cual se ofreció un motor híbrido tipo LACE. Ese proyecto no se pudo implementar, pero sus propuestas encontraron aplicación en nuevos desarrollos.
El diseño SABRE en su forma actual comenzó a fines de las últimas décadas. Se han llevado a cabo algunos estudios que permitieron formar la apariencia general de un motor híbrido y determinar las formas de su desarrollo. En el futuro, REL logró interesar a los clientes potenciales y obtener soporte, lo que aceleró el trabajo.
Unidades interiores sin vivienda y carenado. De izquierda a derecha: cámara de combustión principal, compresor y preenfriador
Hasta la fecha, REL ha desarrollado la mayor parte de la documentación de diseño y ha comenzado a probar componentes individuales del motor. Para probar productos, utilizamos dos de nuestras propias instalaciones de prueba en el Reino Unido y los Estados Unidos.
Algunos componentes y conceptos fueron probados en la práctica y demostraron su potencial. En un futuro próximo, debería aparecer un prototipo de motor híbrido completo, incluidos todos los componentes probados. Su prueba en las condiciones del stand comenzará en 2020-21. El momento de la aparición de un motor adecuado para la instalación en aviones reales sigue siendo desconocido. Es probable que esto suceda no antes de la segunda mitad de los años veinte.
Diseño híbrido
El producto SABRE debe operar en la atmósfera y más allá, desarrollando la tracción requerida y proporcionando aceleración a altas velocidades. Tales requisitos han llevado a la necesidad de usar un diseño especial con características características. Contiene elementos típicos de turborreactores, ramjet y motores de cohetes líquidos. Su uso en diferentes combinaciones le permite tener varios modos de operación para diferentes etapas de vuelo.
El principio del motor en modo reactivo al aire. Las flechas azules pequeñas indican el movimiento del aire refrigerado, las flechas rojas indican el aire no refrigerado suministrado a la cámara de flujo directo.
El motor SABRE incluye varios elementos básicos alojados en una sola carcasa. La cabeza del producto se administra debajo de la toma de aire frontal con un cuerpo central. Este último se realiza en forma de carenado cónico y se puede mover a lo largo del eje del motor para cambiar el suministro de aire al sistema. En ciertos modos, el suministro de aire está completamente cerrado.
Directamente detrás del dispositivo de admisión hay un sistema de enfriamiento para el aire entrante. Se estima que cuando se vuela a altas velocidades, el aire de entrada debe calentarse a 1000 ° C o más. Un preenfriador especial con varios miles de tubos delgados llenos de helio líquido debería reducir la temperatura del aire a valores negativos en fracciones de segundo. Se proporciona un sistema antihielo.
La parte central del motor es la llamada núcleo: un compresor especial diseñado para comprimir el aire entrante antes de enviarlo a la cámara de combustión. En este sentido, SABRE es similar a los motores turborreactores tradicionales, sin embargo, no tiene una turbina detrás de la cámara de combustión y algunos otros elementos. El compresor es impulsado por una turbina que extrae energía del sistema de enfriamiento de aire.
La cámara de combustión SABRE es similar a los motores de cohetes fluidos. Con una turbobomba, se propone suministrar combustible y un agente oxidante: aire gaseoso u oxígeno líquido, según el modo de funcionamiento. En ambos modos, el hidrógeno licuado se usa como combustible.
Alrededor de la cámara de combustión principal hay una segunda cámara, similar a un motor ramjet. Está diseñado para funcionar en algunos modos y aumentar el empuje general del motor. Al igual que la cámara de combustión principal, el flujo directo auxiliar funciona con hidrógeno.
Ahora el objetivo del proyecto SABRE es desarrollar un motor híbrido con un rendimiento suficientemente alto y dimensiones limitadas. El producto terminado no debe ser más grande que la serie Pratt & Whitney F135, no más de 5,6 m de longitud y menos de 1,2 m de diámetro, al mismo tiempo que debe garantizarse la versatilidad y el alto rendimiento.
Dependiendo del modo de operación, esta opción SABRE podrá proporcionar vuelo a velocidades de hasta M = 25. El empuje máximo en modo "aire" alcanzará 350 kN, en modo cohete - 500 kN. La principal característica positiva será la capacidad de resolver todos los problemas con un solo motor.
Modos de funcionamiento
El motor SABRE se puede utilizar en diferentes clases de equipos, principalmente en aviones aeroespaciales. La presencia de varios modos de operación proporcionará la posibilidad de despegue y aterrizaje horizontal, vuelo en la atmósfera y salida a la órbita.
El "núcleo" del motor. Impulsor del compresor visible
El despegue y el vuelo en la atmósfera deben realizarse debido al primer modo de funcionamiento del motor. En este caso, la entrada de aire está abierta y el "núcleo" entrega aire comprimido a la cámara de combustión. Después de la aceleración a altas velocidades supersónicas, se enciende una cámara de combustión de flujo directo. El uso de dos circuitos, según los cálculos, proporciona una velocidad de vuelo de hasta M = 5,4.
Para overclocking adicional, se utiliza el tercer modo. En él, la entrada de aire está bloqueada y se suministra oxígeno líquido a la cámara de combustión principal. De hecho, en esta configuración, SABRE se convierte en una apariencia de un motor de cohete tradicional. Este modo proporciona el máximo rendimiento de vuelo.
Сферы применения
Si bien el motor híbrido de REL existe solo en forma de documentación y unidades individuales, pero el alcance de su aplicación ya ha sido identificado. Dichas centrales eléctricas deberían ser de interés en el contexto de un mayor desarrollo aviación y astronáutica, incluyendo en el cruce de estas dos direcciones.
SABRE o un producto similar será útil para crear aeronaves atmosféricas hipersónicas prometedoras para diversos fines. Con estas tecnologías, puede crear aviones de transporte, pasajeros o de combate.
El potencial completo de un motor híbrido se puede revelar con la ayuda de un avión aeroespacial. En este caso, SABRE proporcionará despegue y aterrizaje horizontales, así como acceso a las altitudes requeridas, seguido de aceleración y vuelo a órbita. Una nave espacial con motores híbridos debería tener importantes ventajas que simplifiquen su funcionamiento.
Los desarrollos SABRE se pueden implementar como componentes separados. Por lo tanto, REL cree que el sistema de enfriamiento desarrollado para el aire entrante puede usarse para modernizar los motores turborreactores existentes o prometedores. Los resultados más interesantes de esto se pueden obtener en el campo de la aviación de alta velocidad.
En esencia, el proyecto SABRE ofrece un conjunto de tecnologías clave para construir un motor híbrido multimodo. En base a ellos, puede crear un producto real de las dimensiones requeridas con las características dadas. Para las primeras pruebas, se crea un SABRE de tamaño mediano y alto rendimiento. Si hay interés por parte de los clientes, pueden aparecer nuevas modificaciones que cumplan requisitos específicos.
Entrenamiento practico
La primera investigación y prueba en el marco del proyecto SABRE tuvo lugar a principios del décimo año y tenía la intención de buscar soluciones de diseño óptimas. Hasta la fecha, REL ha completado el desarrollo del proyecto y ha comenzado el proceso de probar componentes individuales del motor híbrido.
Hace unas semanas, la compañía de desarrollo anunció una prueba de banco del sistema de enfriamiento por aire. Durante la prueba, la velocidad del aire en la entrada del dispositivo alcanzó M = 5, la temperatura - 1000 ° C. Se informa que el producto experimental completó con éxito sus tareas y proporcionó una disminución aguda y rápida de la temperatura del flujo. Sin embargo, no se llamaron números específicos.
Las revisiones de otros componentes del motor se informaron previamente. La finalización de todas estas actividades le permite a REL proceder con el ensamblaje de un motor piloto completo. Su aparición se espera en 2020-21. Luego, se realizarán pruebas de banco, de acuerdo con los resultados de los cuales será posible determinar las perspectivas reales de desarrollo.
Reaction Engines Limited elogia su nuevo proyecto y cree que tiene un gran futuro. Qué tan objetivas son estas estimaciones y si corresponden a la realidad no está completamente claro. La respuesta a tales preguntas se puede dar solo unos años después de la finalización de todas las medidas necesarias y la creación de un avión real con motores SABRE.
- Ryabov Kirill
- Reaction Engines Ltd. / reactionengines.co.uk
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