Trong vài năm qua, công ty Reaction Engines Limited (REL) của Anh, hợp tác với các tổ chức khác, đã 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 cho thấy một số thành công.
Dự án phát triển
Khái niệm về động cơ REL SABER dựa trên những ý tưởng đã đặt ra và được thử nghiệm một phần vào những năm 80. Vào thời điểm đó, các chuyên gia Anh đang phát triển máy bay vũ trụ HOTOL, với động cơ hybrid kiểu LACE đã được đề xuất. Dự án đó không thể được thực hiện, nhưng các 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 định hình diện mạo tổng thể của động cơ hybrid và xác định con đường 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.
Đến nay, REL đã hoàn thành 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 số thành phần và khái niệm đã được thử nghiệm trong thực tế và đã chứng minh được tiềm năng của chúng. Trong tương lai gần, một nguyên mẫu chính thức của động cơ hybrid sẽ có sẵn, bao gồm tất cả các thành phần đã được thử nghiệm. Quá trình thử nghiệm của nó trong các điều kiện của giá đỡ 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. Điều này có lẽ sẽ không xảy ra cho đến nửa sau của tuổi đôi mươi.
Thiết kế lai
Sản phẩm SABER phải hoạt động trong khí quyển và hơn thế nữa, phát triển lực đẩy cần thiết và tăng tốc lên tốc độ cao. Những yêu cầu như vậy đã dẫn đến nhu cầu về một thiết kế đặc biệt với các tính năng cụ thể. Nó chứa các yếu tố đặc trưng của động cơ phản lực, phản lực và tên lửa đẩy chất lỏng. Việc sử dụng chúng trong các tổ hợp khác nhau làm cho nó có thể có một số phương thức hoạt động cho các giai đoạn khác nhau của chuyến bay.
Động cơ SABER chứa một số thành phần 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. Cái sau được làm dưới dạng một bộ quây hình nón và có thể di chuyển dọc theo trục của động cơ để thay đổi lượng khí cung cấp cho hệ thống. Trong một số chế độ, nguồn cung cấp không khí bị ngắt hoàn toàn.
Hệ thống làm mát cho không khí vào được đặt ngay sau cửa hút. Người ta tính toán rằng khi bay ở tốc độ cao, không khí vào phải nóng lên đến nhiệt độ 1000 ° C hoặc cao 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 là một máy nén đặc biệt được thiết kế để nén không khí đi vào trước khi nó được đưa đến buồng đốt. Về mặt này, SABER tương tự như động cơ tuốc bin phản lực truyền thống, nhưng nó thiếu tuabin phía sau buồng đốt và một số yếu tố khác. Máy nén được dẫn động bởi tuabin lấy năng lượng từ hệ thống làm mát không khí.
Buồng đốt từ cấu tạo SABER tương tự như các cụm động cơ tên lửa đẩy chất lỏng. Với sự trợ giúp của một máy bơm turbo, nó được đề xuất để 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.
Xung quanh buồng đốt chính là một buồng thứ hai tương tự như động cơ ramjet. Nó được thiết kế để hoạt động ở một số chế độ nhất định và tăng tổng lực đẩy của động cơ. Giống như buồng đốt chính, buồng đốt phụ một lần 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 - chiều 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 chế độ hoạt động, tùy chọn SABER như vậy 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 tất cả các vấn đề bằng cách sử dụng một động cơ duy nhất.
Phương thức hoạt đông
Động cơ SABER có thể được sử dụng trên các loại xe khác nhau, chủ yếu là trên các phương tiện 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.
Cất cánh và bay trong khí quyển nên được thực hiện bằng cách sử dụng chế độ vận hành đầu tiên của động cơ. Trong trường hợp này, cửa hút gió 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 tăng tốc hơn nữa, chế độ thứ ba được sử dụng. Trên đó, cửa hút gió được đóng lại, và cung cấp oxy lỏng cho buồng đốt chính. Trên thực tế, trong cấu hình này, SABER trở thành hình dáng của một động cơ tên lửa truyền thống. Chế độ này cung cấp hiệu suất bay tối đa.
Các ứng dụng
Cho đến nay, động cơ hybrid từ REL chỉ tồn tại dưới dạng tài liệu và các đơn vị riêng lẻ, nhưng các lĩnh vực ứng dụng của nó đã được xác định. Các nhà máy điện như vậy nên được quan tâm trong bối cảnh phát triển hơn nữa của ngành hàng không và du hành vũ trụ, bao gồm cả. 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 âm đầy hứa hẹn cho các mục đích khác nhau. Với việc sử dụng các công nghệ như vậy, có thể tạo ra máy bay vận tải, chở khách hoặc máy bay quân sự.
Toàn bộ tiềm năng của động cơ hybrid có thể được giải phóng với một 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 lối thoát xuống độ cao cần thiết, tiếp theo là tăng tốc và bay vào quỹ đạo. Máy bay vũ trụ với động cơ hybrid nên có những ưu điểm quan trọng giúp nó hoạt động dễ dàng hơn.
Các phát triển của SABER có thể được thực hiện dưới dạng các thành phần riêng biệt. Ví dụ, REL tin rằng hệ thống làm mát được phát triển của không khí đi vào có thể được sử dụng trong quá trình hiện đại hóa các động cơ tuốc bin phản lực hiện có hoặc đang phát triển. 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. Trên cơ sở của chúng, bạn có thể tạo ra một sản phẩm thực sự có kích thước theo yêu cầu với các đặc điểm được chỉ định. Đối với các thử nghiệm đầu tiên, một SABER có kích thước trung bình, hiệu suất cao 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 hành thực tế
Các nghiên cứu và thử nghiệm đầu tiên trong khuôn khổ dự án SABER đã diễn ra vào đầu những năm mười nhằm mục đích tìm ra các giải pháp thiết kế tối ưu. Đến nay, REL đã hoàn thành thiết kế và bắt đầu quá trình thử nghiệm các bộ phận riêng lẻ của động cơ hybrid.
Một vài tuần trước, công ty phát triển đã thông báo rằng họ đang tiến hành các cuộc thử nghiệm trên 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 M = 5, nhiệt độ - 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 nêu tên.
Trước đó đã báo cáo kiểm tra các thành phần động cơ khác. Việc hoàn thành tất cả các hoạt động này cho phép REL chuyển sang lắp ráp một động cơ nguyên mẫu 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. Những đánh giá đó khách quan như thế nào và liệu chúng có tương ứng với thực tế hay không vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng. 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.
