محرك SABER الهجين. للغلاف الجوي والفضاء
على مدى السنوات القليلة الماضية ، قامت شركة Reaction Engines Limited (REL) البريطانية ، بالتعاون مع منظمات أخرى ، بتطوير مشروع SABER (محرك صاروخ تنفس الهواء المتآزر). الهدف من هذا المشروع هو إنشاء محرك هجين جديد بشكل أساسي قادر على استخدام الهواء الجوي ومؤكسد سائل. حتى الآن ، نجح المشروع في إظهار بعض النجاح.
تطوير المشروع
يعتمد مفهوم محرك SABER من REL على الأفكار الموضوعة والتي تم اختبارها جزئيًا في الثمانينيات. في ذلك الوقت ، كان المتخصصون البريطانيون يطورون الطائرة الفضائية HOTOL ، والتي تم اقتراح محرك هجين من نوع LACE. لا يمكن تحقيق هذا المشروع ، ولكن تم استخدام مقترحاته في التطورات الجديدة.
بدأ تصميم SABER بشكله الحالي في مطلع العقود الماضية. تم إجراء بعض الدراسات التي جعلت من الممكن تكوين المظهر العام لمحرك هجين وتحديد طرق تطويره. في المستقبل ، تمكنت REL من جذب اهتمام العملاء المحتملين والحصول على الدعم ، مما أدى إلى تسريع العمل.
وحدات داخلية بدون سكن وانسيابية. من اليسار إلى اليمين: غرفة الاحتراق الرئيسية والضاغط والمبرد المسبق
حتى الآن ، طورت REL الجزء الأكبر من وثائق التصميم وبدأت في اختبار مكونات المحرك الفردية. يتم استخدام اثنين من مرافق الاختبار الداخلية في المملكة المتحدة والولايات المتحدة لاختبار المنتجات.
تم اختبار جزء من المكونات والمفاهيم في الممارسة العملية وتأكيد إمكاناتها. في المستقبل القريب ، يجب أن يظهر نموذج أولي كامل لمحرك هجين ، بما في ذلك جميع المكونات المختبرة. سيبدأ اختباره في ظروف الجناح في 2020-21. لا يزال توقيت ظهور محرك مناسب للتركيب على طائرة حقيقية غير معروف. ربما لن يحدث ذلك حتى النصف الثاني من العشرينات.
تصميم هجين
يجب أن يعمل منتج SABER في الغلاف الجوي وخارجه ، مما يؤدي إلى تطوير الاتجاه المطلوب وتوفير التسارع لسرعات عالية. أدت هذه المتطلبات إلى الحاجة إلى استخدام تصميم خاص بسمات مميزة. يحتوي على عناصر مميزة لمحركات الصواريخ التوربينية النفاثة والسائلة. يتيح لك استخدامها في مجموعات مختلفة الحصول على عدة أوضاع تشغيل لمراحل مختلفة من الرحلة.
مبدأ تشغيل المحرك في الوضع النفاث. تشير الأسهم الزرقاء الصغيرة إلى حركة الهواء المبرد ، الأحمر - غير المبرد ، المزود إلى غرفة التدفق المباشر
يشتمل محرك SABER على العديد من العناصر الرئيسية الموجودة في مبيت واحد. يتم إعطاء الجزء الرئيسي للمنتج تحت مدخل الهواء الأمامي بجسم مركزي. هذا الأخير مصنوع على شكل هدية مخروطية ويمكن أن يتحرك على طول محور المحرك لتغيير إمداد الهواء للنظام. في بعض الأوضاع ، يتم حظر إمداد الهواء تمامًا.
مباشرة خلف جهاز السحب يوجد نظام تبريد للهواء الوارد. عند الطيران بسرعات عالية ، من المتوقع أن يتم تسخين الهواء الداخل إلى درجة حرارة 1000 درجة مئوية أو أكثر. يجب أن يخفض المبرد المسبق الخاص الذي يحتوي على عدة آلاف من الأنابيب الرفيعة المملوءة بالهيليوم السائل درجة حرارة الهواء إلى قيم سالبة في جزء من الثانية. يتم توفير نظام مضاد للتجمد.
يشغل الجزء المركزي من المحرك ما يسمى ب. النواة - ضاغط خاص مصمم لضغط الهواء الداخل قبل إرساله إلى غرفة الاحتراق. في هذا الصدد ، يشبه SABER المحركات التوربينية التقليدية ، ومع ذلك ، فإنه يفتقر إلى التوربينات خلف غرفة الاحتراق وبعض العناصر الأخرى. يتم توفير محرك الضاغط بواسطة توربين يأخذ الطاقة من نظام تبريد الهواء.
تشبه غرفة الاحتراق SABER محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل. بمساعدة المضخة التوربينية ، يُقترح توفير الوقود والمؤكسد - الهواء الغازي أو الأكسجين السائل ، اعتمادًا على طريقة التشغيل. في كلا الوضعين ، يتم استخدام الهيدروجين المسال كوقود.
حول غرفة الاحتراق الرئيسية توجد غرفة ثانية مشابهة لمحرك نفاث. الغرض منه هو العمل في أوضاع معينة وزيادة قوة الدفع للمحرك. مثل غرفة الاحتراق الرئيسية ، يعمل التدفق المباشر الإضافي على الهيدروجين.
الآن الهدف من مشروع SABER هو تطوير محرك هجين بأداء عالٍ بما فيه الكفاية وأبعاد محدودة. يجب ألا يكون المنتج النهائي أكبر من المنتج المسلسل Pratt & Whitney F135 - لا يزيد طوله عن 5,6 متر وقطره أقل من 1,2 متر. وفي نفس الوقت ، يجب ضمان التنوع والأداء العالي.
اعتمادًا على وضع التشغيل ، سيكون هذا الإصدار من SABER قادرًا على الطيران بسرعات تصل إلى M = 25. سيصل الحد الأقصى للدفع في وضع "الهواء" إلى 350 كيلو نيوتن ، في وضع الصاروخ - 500 كيلو نيوتن. ستكون السمة الإيجابية الرئيسية هي القدرة على حل جميع المشكلات بمحرك واحد.
طرق التشغيل
يمكن استخدام محرك SABER في مركبات من فئات مختلفة ، خاصة على متن طائرات الفضاء. سيوفر وجود عدة طرق تشغيل إمكانية الإقلاع والهبوط الأفقي ، والطيران في الغلاف الجوي والدخول إلى المدار.
"جوهر" المحرك. عجلة ضاغط مرئية
يجب أن يتم الإقلاع والطيران في الجو من خلال الوضع الأول لتشغيل المحرك. في هذه الحالة ، يكون مدخل الهواء مفتوحًا ، ويقوم "القلب" بتزويد غرفة الاحتراق بالهواء المضغوط. بعد التسارع إلى سرعات تفوق سرعة الصوت ، يتم تشغيل غرفة الاحتراق ذات التدفق المباشر. يوفر استخدام دائرتين ، وفقًا للحسابات ، سرعة طيران تصل إلى M = 5,4.
لمزيد من رفع تردد التشغيل ، يتم استخدام الوضع الثالث. على ذلك ، يتم حظر دخول الهواء ، ويتم توفير الأكسجين السائل إلى غرفة الاحتراق الرئيسية. في الواقع ، في هذا التكوين ، يصبح SABER مثل محرك صاروخي تقليدي. يوفر هذا الوضع أقصى أداء طيران.
Сферы применения
حتى الآن ، لا يوجد المحرك الهجين من REL إلا في شكل وثائق ووحدات فردية ، ولكن تم تحديد نطاقه بالفعل. يجب أن تكون محطات الطاقة هذه ذات أهمية في سياق التطوير الإضافي طيران والملاحة الفضائية ، بما في ذلك. عند تقاطع هذين الاتجاهين.
سيكون SABER أو منتج مشابه مفيدًا في إنشاء طائرات جوية تفوق سرعتها سرعة الصوت لأغراض مختلفة. باستخدام هذه التقنيات ، من الممكن إنشاء طائرات نقل أو ركاب أو طائرات مقاتلة.
يمكن فتح الإمكانات الكاملة لمحرك هجين بمساعدة طائرة فضائية. في هذه الحالة ، ستوفر SABER إقلاعًا وهبوطًا أفقيًا ، بالإضافة إلى الوصول إلى الارتفاعات المطلوبة ، متبوعة بالتسارع والطيران في المدار. يجب أن تتمتع الطائرة الفضائية ذات المحركات الهجينة بمزايا مهمة تبسط تشغيلها.
يمكن تنفيذ تطورات SABER كمكونات منفصلة. لذلك ، في REL يعتقدون أن نظام التبريد المطور للهواء الوارد يمكن استخدامه في تحديث المحركات التوربينية الحالية أو في تطوير محركات نفاثة واعدة. يمكن الحصول على أكثر النتائج إثارة للاهتمام في مجال الطيران عالي السرعة.
يقدم مشروع سابر في جوهره مجموعة من التقنيات الرئيسية لبناء محرك هجين متعدد الأوضاع. بناءً عليها ، يمكنك إنشاء منتج حقيقي للأبعاد المطلوبة بالخصائص المحددة. بالنسبة للاختبارات الأولى ، يتم إنشاء SABER متوسط الحجم ذو الأداء العالي. إذا كان هناك اهتمام من العملاء ، فقد تظهر تعديلات جديدة تفي بمتطلبات محددة.
يمارس
أجريت الدراسات والاختبارات الأولى في إطار مشروع SABER في بداية السنوات العاشرة وكان الهدف منها البحث عن حلول التصميم المثلى. حتى الآن ، أكملت REL تطوير المشروع وبدأت عملية اختبار المكونات الفردية للمحرك الهجين.
قبل أسابيع قليلة ، أعلنت شركة التطوير عن اختبارات مقاعد البدلاء لنظام تبريد الهواء. أثناء الاختبار ، وصلت سرعة الهواء عند مدخل الجهاز إلى М = 5 ، وكانت درجة الحرارة 1000 درجة مئوية. يُذكر أن النموذج الأولي نجح في التعامل مع مهامه وقدم انخفاضًا حادًا وسريعًا في درجة حرارة التدفق. ومع ذلك ، لم يتم إعطاء أرقام محددة.
في وقت سابق تم الإبلاغ عن فحوصات لمكونات أخرى للمحرك. يسمح الانتهاء من جميع هذه الأنشطة لـ REL بالانتقال إلى تجميع محرك تجريبي كامل. من المتوقع ظهوره في 2020-21. في الوقت نفسه ، سيتم إجراء اختبارات مقاعد البدلاء ، وفقًا لنتائجها سيكون من الممكن تحديد آفاق التنمية الحقيقية.
تقدر شركة Reaction Engines Limited بشدة مشروعها الجديد وتعتقد أن أمامها مستقبل عظيم. ليس من الواضح تمامًا مدى موضوعية مثل هذه التقييمات وما إذا كانت تتوافق مع الواقع. لا يمكن الإجابة على مثل هذه الأسئلة إلا في غضون سنوات قليلة ، بعد الانتهاء من جميع التدابير اللازمة وإنشاء طائرة حقيقية بمحركات SABER.
معلومات