Durante los últimos años, la empresa británica Reaction Engines Limited (REL), en cooperación con otras organizaciones, ha estado desarrollando el proyecto SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). El objetivo de este proyecto es crear un motor híbrido fundamentalmente nuevo capaz de utilizar aire atmosférico y un oxidante líquido. Hasta la fecha, el proyecto ha tenido cierto éxito.
Desarrollo del proyecto
El concepto del motor REL SABRE se basa en ideas establecidas y parcialmente probadas en los años ochenta. En ese momento, los especialistas británicos estaban desarrollando el avión espacial HOTOL, para el que se propuso un motor híbrido del tipo LACE. Ese proyecto no se pudo implementar, pero sus propuestas se utilizaron en nuevos desarrollos.
El diseño del SABRE en su forma actual comenzó a principios de las últimas décadas. Se han realizado algunos estudios para dar forma al aspecto general del motor híbrido y determinar el camino de su desarrollo. En el futuro, REL pudo interesar a los clientes potenciales y obtener soporte, lo que aceleró el trabajo.
A estas alturas, REL ha completado la mayor parte de la documentación de diseño y ha comenzado a probar los componentes individuales del motor. Se utilizan dos instalaciones de prueba internas en el Reino Unido y los EE. UU. Para probar los productos.
Algunos de los componentes y conceptos se han probado en la práctica y han demostrado su potencial. En un futuro próximo, debería estar disponible un prototipo completo de un motor híbrido, incluidos todos los componentes probados. Su prueba en las condiciones del stand comenzará en 2020-21. Se desconoce el momento de aparición de un motor adecuado para su instalación en aviones reales. Esto probablemente no sucederá hasta la segunda mitad de los años veinte.
Diseño híbrido
El producto SABRE debe operar en la atmósfera y más allá, desarrollando el empuje requerido y proporcionando aceleración a altas velocidades. Tales requisitos han llevado a la necesidad de un diseño especial con características específicas. Contiene elementos característicos de los motores turborreactores, estatorreactores y cohetes de propulsión líquida. Su uso en diferentes combinaciones permite tener varios modos de operación para diferentes etapas de vuelo.
El motor SABRE contiene varios componentes principales alojados en una sola carcasa. La parte de la cabeza del producto se da debajo de la toma de aire frontal con un cuerpo central. Este último tiene la forma de un carenado cónico y se puede mover a lo largo del eje del motor para cambiar el suministro de aire al sistema. En algunos modos, el suministro de aire está completamente cerrado.
Un sistema de enfriamiento para el aire entrante se coloca directamente detrás de la entrada. Se calcula que cuando se vuela a altas velocidades, la entrada de aire debe calentarse a una temperatura de 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 una fracción de segundo. Se proporciona un sistema antihielo.
La parte central del motor está ocupada por los llamados. el núcleo es 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 turborreactores tradicionales, pero carece de la turbina detrás de la cámara de combustión y algunos otros elementos. El compresor es impulsado por una turbina que toma energía del sistema de enfriamiento por aire.
La cámara de combustión de la composición SABRE es similar a los conjuntos de motores de cohetes de propulsante líquido. Con la ayuda de una turbobomba, se propone suministrar combustible y un oxidante: aire gaseoso u oxígeno líquido, según el modo de funcionamiento. En ambos modos, el hidrógeno licuado se utiliza como combustible.
Alrededor de la cámara de combustión principal hay una segunda cámara similar a un motor estatorreactor. Está diseñado para funcionar en ciertos modos y aumentar el empuje total del motor. Al igual que la cámara de combustión principal, la cámara de combustión auxiliar de paso único 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 funcionamiento, dicha opción SABRE podrá volar a velocidades de hasta M = 25. El empuje máximo en el modo "aire" alcanzará los 350 kN, en el modo cohete - 500 kN. La principal característica positiva será la capacidad de resolver todos los problemas utilizando un solo motor.
Modos de operacion
El motor SABRE se puede utilizar en vehículos de varias clases, principalmente en vehículos aeroespaciales. La presencia de varios modos de operación brindará la posibilidad de despegue y aterrizaje horizontal, vuelo en la atmósfera y entrada en órbita.
El despegue y el vuelo en la atmósfera deben realizarse utilizando el primer modo de funcionamiento del motor. En este caso, la entrada de aire está abierta y el "núcleo" suministra aire comprimido a la cámara de combustión. Después de la aceleración a altas velocidades supersónicas, se enciende la 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 una mayor aceleración, se utiliza el tercer modo. En él, la entrada de aire está cerrada y se suministra oxígeno líquido a la cámara de combustión principal. De hecho, en esta configuración, el SABRE se convierte en una apariencia de un motor de cohete tradicional. Este modo proporciona el máximo rendimiento de vuelo.
Aplicaciones
Hasta ahora, el motor híbrido de REL existe solo en forma de documentación y unidades individuales, pero sus áreas de aplicación ya han sido determinadas. Tales centrales eléctricas deberían ser de interés en el contexto del desarrollo ulterior de la aviación y la astronáutica, incl. en el cruce de estas dos direcciones.
SABRE o un producto similar será útil en la creación de aeronaves atmosféricas hipersónicas prometedoras para diversos fines. Con el uso de tales tecnologías, es posible crear aviones de transporte, de pasajeros o militares.
Todo el potencial de un motor híbrido se puede desatar con un avión aeroespacial. En este caso, SABRE proporcionará despegue y aterrizaje horizontal, así como una salida a las altitudes requeridas, seguido de aceleración y vuelo a órbita. Un avión espacial con motores híbridos debe tener importantes ventajas que faciliten su operación.
Los desarrollos de SABRE se pueden implementar como componentes separados. Por ejemplo, REL cree que el sistema de enfriamiento desarrollado del aire entrante puede usarse en la modernización de motores turborreactores existentes o en el desarrollo de 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. Sobre su base, puede crear un producto real de las dimensiones requeridas con las características especificadas. Para las primeras pruebas, se crea un SABRE de tamaño mediano y alto rendimiento. Si hay interés de los clientes, pueden aparecer nuevas modificaciones que cumplan con requisitos específicos.
Practica practica
Los primeros estudios y pruebas en el marco del proyecto SABRE se llevaron a cabo a principios de las décimas y estaban destinados a encontrar soluciones de diseño óptimas. Hasta la fecha, REL ha completado el diseño y ha comenzado el proceso de prueba de componentes individuales del motor híbrido.
Hace unas semanas, la empresa de desarrollo anunció que estaba realizando pruebas de banco del sistema de refrigeración 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 prototipo hizo frente con éxito a sus tareas y proporcionó una disminución brusca y rápida de la temperatura de flujo. Sin embargo, no se nombraron números específicos.
Comprobaciones previamente informadas sobre otros componentes del motor. La finalización de todas estas actividades permite a REL pasar al ensamblaje de un motor prototipo completo. Se espera su aparición en 2020-21. Al mismo tiempo, se realizarán pruebas de banco, de acuerdo con los resultados de los cuales será posible determinar las perspectivas reales de desarrollo.
Reaction Engines Limited aprecia mucho su nuevo proyecto y cree que tiene un gran futuro. No está del todo claro qué tan objetivas son estas evaluaciones y si corresponden a la realidad. La respuesta a tales preguntas solo se puede dar en unos pocos años, después de la finalización de todas las medidas necesarias y la creación de un avión real con motores SABRE.
