Động cơ hybrid SABER. Đối với bầu không khí và không gian
Công cụ Cutaway SABER
Trong vài năm qua, công ty Reaction Engines Limited (REL) của Anh, hợp tác với các tổ chức khác, đã và đang phát triển dự án SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). Mục tiêu của dự án này là tạo ra một động cơ hybrid mới về cơ bản có khả năng sử dụng không khí trong khí quyển và một chất oxy hóa lỏng. Đến nay, dự án đã đạt được một số thành công nhất định.
Phát triển dự án
Khái niệm động cơ SABER của REL dựa trên những ý tưởng đã đặt ra và được thử nghiệm một phần vào những năm XNUMX. Vào thời điểm đó, các chuyên gia Anh đang phát triển máy bay vũ trụ HOTOL, động cơ hybrid kiểu LACE đã được đề xuất. Dự án đó không thể thành hiện thực, nhưng những đề xuất của ông đã được sử dụng trong những bước phát triển mới.
Thiết kế của SABER ở dạng hiện tại bắt đầu vào cuối những thập kỷ trước. Một số nghiên cứu đã được thực hiện để có thể hình thành diện mạo chung của động cơ hybrid và xác định cách thức phát triển của nó. Trong tương lai, REL có thể quan tâm đến khách hàng tiềm năng và nhận được sự hỗ trợ, điều này đã thúc đẩy công việc.
Dàn lạnh không có nhà ở và dàn lạnh. Từ trái sang phải: buồng đốt chính, máy nén và bộ làm mát trước
Đến nay, REL đã phát triển phần lớn tài liệu thiết kế và bắt đầu thử nghiệm các thành phần động cơ riêng lẻ. Hai cơ sở thử nghiệm nội bộ ở Anh và Mỹ được sử dụng để thử nghiệm sản phẩm.
Một phần của các thành phần và khái niệm đã được thử nghiệm trong thực tế và xác nhận tiềm năng của chúng. Trong tương lai gần, một nguyên mẫu chính thức của động cơ hybrid, bao gồm tất cả các thành phần đã được thử nghiệm, sẽ xuất hiện. Thử nghiệm của nó trong các điều kiện của khán đài sẽ bắt đầu vào năm 2020-21. Thời điểm xuất hiện của một động cơ phù hợp để lắp đặt trên máy bay thực vẫn chưa được biết. Nó có lẽ sẽ không xảy ra cho đến nửa sau của tuổi đôi mươi.
Thiết kế lai
Sản phẩm SABER phải hoạt động trong bầu khí quyển và hơn thế nữa, phát triển lực đẩy cần thiết và cung cấp khả năng tăng tốc lên tốc độ cao. Những yêu cầu như vậy đã dẫn đến nhu cầu sử dụng một thiết kế đặc biệt với các tính năng đặc trưng. Nó chứa các yếu tố đặc trưng của động cơ tuốc bin phản lực, phản lực và tên lửa lỏng. Việc sử dụng chúng trong các kết hợp khác nhau cho phép bạn có một số chế độ hoạt động cho các giai đoạn khác nhau của chuyến bay.
Nguyên lý hoạt động của động cơ ở chế độ phun khí. Các mũi tên nhỏ màu xanh lam cho biết chuyển động của không khí được làm mát, màu đỏ - không được làm mát, được cung cấp cho buồng dòng chảy trực tiếp
Động cơ SABER bao gồm một số yếu tố chính được đặt trong một vỏ duy nhất. Phần đầu của sản phẩm được đưa ra dưới khe hút gió phía trước với thân chính giữa. Loại sau được chế tạo dưới dạng một tấm chắn hình nón và có thể di chuyển dọc theo trục động cơ để thay đổi nguồn cung cấp không khí cho hệ thống. Trong một số chế độ, nguồn cung cấp không khí bị chặn hoàn toàn.
Ngay phía sau thiết bị nạp được đặt một hệ thống làm mát cho không khí đi vào. Khi bay với tốc độ cao, không khí vào dự kiến sẽ được làm nóng đến nhiệt độ 1000 ° C hoặc hơn. Một bộ làm mát sơ bộ đặc biệt với vài nghìn ống mỏng chứa đầy helium lỏng sẽ làm giảm nhiệt độ không khí xuống giá trị âm trong một phần giây. Một hệ thống chống đóng băng được cung cấp.
Phần trung tâm của động cơ được chiếm bởi cái gọi là. lõi - một máy nén đặc biệt được thiết kế để nén không khí đi vào trước khi được đưa đến buồng đốt. Về mặt này, SABER tương tự như động cơ tuốc bin phản lực truyền thống, tuy nhiên, nó thiếu tuabin phía sau buồng đốt và một số yếu tố khác. Bộ truyền động máy nén được cung cấp bởi tuabin lấy năng lượng từ hệ thống làm mát không khí.
Buồng đốt SABER tương tự như động cơ tên lửa đẩy chất lỏng. Sử dụng động cơ phản lực cánh quạt, nó được đề xuất cung cấp nhiên liệu và chất ôxy hóa - ôxy khí hoặc ôxy lỏng, tùy thuộc vào chế độ vận hành. Trong cả hai chế độ, hydro hóa lỏng được sử dụng làm nhiên liệu.
Hệ thống làm mát không khí nguyên mẫu
Xung quanh buồng đốt chính có một buồng thứ hai tương tự như động cơ ramjet. Nó được thiết kế để làm việc ở một số chế độ nhất định và tăng lực đẩy tổng thể của động cơ. Giống như buồng đốt chính, dòng chảy trực tiếp phụ chạy bằng hydro.
Giờ đây, mục tiêu của dự án SABER là phát triển một động cơ hybrid với hiệu suất đủ cao và kích thước hạn chế. Thành phẩm không được lớn hơn Pratt & Whitney F135 nối tiếp - dài không quá 5,6 m và đường kính dưới 1,2 m. Đồng thời, phải đảm bảo tính linh hoạt và hiệu suất cao.
Tùy thuộc vào phương thức hoạt động, phiên bản SABER này sẽ có thể bay với tốc độ lên đến M = 25. Lực đẩy tối đa ở chế độ "trên không" sẽ đạt 350 kN, ở chế độ tên lửa - 500 kN. Tính năng tích cực chính sẽ là khả năng giải quyết mọi vấn đề với một động cơ duy nhất.
Chế độ hoạt động
Động cơ SABER có thể được sử dụng trên các phương tiện thuộc các hạng khác nhau, chủ yếu là trên các máy bay hàng không vũ trụ. Sự hiện diện của một số phương thức hoạt động sẽ cung cấp khả năng cất cánh và hạ cánh theo phương ngang, bay trong khí quyển và đi vào quỹ đạo.
"Lõi" của động cơ. Bánh xe máy nén có thể nhìn thấy
Việc cất cánh và bay trong khí quyển phải được thực hiện bởi chế độ vận hành đầu tiên của động cơ. Trong trường hợp này, cửa nạp khí mở, và "lõi" cung cấp khí nén cho buồng đốt. Sau khi tăng tốc đến tốc độ siêu âm cao, buồng đốt dòng chảy trực tiếp được bật. Việc sử dụng hai mạch, theo tính toán, cung cấp tốc độ bay lên đến M = 5,4.
Để ép xung thêm, chế độ thứ ba được sử dụng. Trên đó, cửa hút gió được chặn lại, và cung cấp oxy lỏng cho buồng đốt chính. Trên thực tế, ở cấu hình này, SABER trở thành một động cơ tên lửa truyền thống. Chế độ này cung cấp hiệu suất bay tối đa.
Сферы применения
Cho đến nay, động cơ hybrid từ REL chỉ tồn tại dưới dạng tài liệu và các đơn vị riêng lẻ, nhưng phạm vi của nó đã được xác định. Các nhà máy điện như vậy cần được quan tâm trong bối cảnh phát triển hơn nữa hàng không và du hành vũ trụ, bao gồm. tại nơi giao nhau của hai hướng này.
SABER hoặc một sản phẩm tương tự sẽ hữu ích trong việc tạo ra các máy bay khí quyển siêu thanh tiên tiến cho các mục đích khác nhau. Với việc sử dụng các công nghệ như vậy, có thể tạo ra các máy bay vận tải, chở khách hoặc chiến đấu.
Các đơn vị bên ngoài của buồng đốt chính
Toàn bộ tiềm năng của động cơ hybrid có thể được mở ra với sự trợ giúp của máy bay hàng không vũ trụ. Trong trường hợp này, SABER sẽ cung cấp khả năng cất cánh và hạ cánh theo phương ngang, cũng như đạt đến độ cao cần thiết, sau đó là tăng tốc và bay vào quỹ đạo. Máy bay vũ trụ với động cơ hybrid nên có những ưu điểm quan trọng giúp đơn giản hóa hoạt động của nó.
Các phát triển của SABER có thể được thực hiện như các thành phần riêng biệt. Do đó, REL tin rằng hệ thống làm mát không khí được phát triển có thể được sử dụng trong quá trình hiện đại hóa các động cơ phản lực hiện có hoặc trong quá trình phát triển các động cơ tuốc bin phản lực đầy hứa hẹn. Những kết quả thú vị nhất từ việc này có thể thu được trong lĩnh vực hàng không tốc độ cao.
Về cốt lõi, dự án SABER cung cấp một loạt các công nghệ quan trọng để xây dựng động cơ đa chế độ hybrid. Dựa trên chúng, bạn có thể tạo ra một sản phẩm thực sự có kích thước theo yêu cầu với các đặc tính được chỉ định. Đối với các thử nghiệm đầu tiên, một SABER cỡ trung bình với hiệu suất cao đang được tạo ra. Nếu có sự quan tâm từ khách hàng, các sửa đổi mới có thể xuất hiện để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
Thực tiễn
Các nghiên cứu và thử nghiệm đầu tiên trong khuôn khổ dự án SABER diễn ra vào đầu những năm thứ mười nhằm tìm kiếm các giải pháp thiết kế tối ưu. Đến nay, REL đã hoàn thành việc phát triển dự án và bắt đầu quá trình thử nghiệm các bộ phận riêng lẻ của động cơ hybrid.
Bộ làm lạnh sơ bộ trên giá đỡ. Các tính năng chính trong công việc của anh ấy được chỉ ra
Một vài tuần trước, công ty phát triển đã công bố các thử nghiệm băng ghế dự bị của hệ thống làm mát không khí. Trong quá trình thử nghiệm, tốc độ không khí ở đầu vào thiết bị đạt М = 5, nhiệt độ là 1000 ° C. Có thông tin cho rằng nguyên mẫu đã đối phó thành công với các nhiệm vụ của nó và cung cấp nhiệt độ dòng chảy giảm mạnh và nhanh chóng. Tuy nhiên, không có con số cụ thể nào được đưa ra.
Trước đó nó đã được báo cáo về việc kiểm tra các thành phần khác của động cơ. Việc hoàn thành tất cả các hoạt động này cho phép REL chuyển sang lắp ráp một động cơ thử nghiệm chính thức. Sự xuất hiện của nó dự kiến vào năm 2020-21. Đồng thời, các bài kiểm tra trên băng ghế dự bị sẽ được tổ chức, theo kết quả sẽ có thể xác định được triển vọng phát triển thực sự.
Reaction Engines Limited đánh giá cao dự án mới của mình và tin rằng nó có một tương lai tuyệt vời ở phía trước. Không hoàn toàn rõ ràng những đánh giá đó khách quan như thế nào và liệu chúng có tương ứng với thực tế hay không. Câu trả lời cho những câu hỏi như vậy chỉ có thể được đưa ra trong một vài năm, sau khi hoàn thành tất cả các biện pháp cần thiết và tạo ra một chiếc máy bay thực sự với động cơ SABER.
tin tức