Nos últimos anos, a empresa britânica Reaction Engines Limited (REL), em cooperação com outras organizações, tem desenvolvido o projeto SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). O objetivo deste projeto é criar um motor híbrido fundamentalmente novo capaz de usar o ar atmosférico e um oxidante líquido. Até o momento, o projeto tem mostrado algum sucesso.
Desenvolvimento de projeto
O conceito do motor REL SABER é baseado em ideias estabelecidas e parcialmente testadas na década de oitenta. Naquela época, especialistas britânicos desenvolviam o avião espacial HOTOL, para o qual foi proposto um motor híbrido do tipo LACE. Esse projeto não pôde ser implementado, mas suas propostas foram utilizadas em novos desenvolvimentos.
O design do SABRE em sua forma atual começou na virada das últimas décadas. Alguns estudos foram realizados para moldar a aparência geral do motor híbrido e determinar o caminho de seu desenvolvimento. No futuro, a REL conseguiu despertar o interesse de clientes em potencial e obter suporte, o que acelerou o trabalho.
Até agora, o REL concluiu a maior parte da documentação do projeto e começou a testar os componentes individuais do motor. Duas instalações de teste internas no Reino Unido e nos EUA são usadas para testar produtos.
Alguns dos componentes e conceitos foram testados na prática e comprovaram seu potencial. Em um futuro próximo, um protótipo completo de um motor híbrido deve estar disponível, incluindo todos os componentes testados. Seus testes nas condições do estande terão início em 2020-21. O momento do aparecimento de um motor adequado para instalação em aeronaves reais permanece desconhecido. Isso provavelmente não acontecerá até a segunda metade dos anos vinte.
Design híbrido
O produto SABRE deve operar na atmosfera e além, desenvolvendo o impulso necessário e proporcionando aceleração para altas velocidades. Tais requisitos levaram à necessidade de um projeto especial com características específicas. Ele contém elementos característicos de motores turbojato, ramjet e foguetes de propelente líquido. Seu uso em diferentes combinações torna possível ter vários modos de operação para diferentes estágios de voo.
O motor SABRE contém vários componentes principais alojados em um único alojamento. A parte da cabeça do produto é fornecida sob a entrada de ar frontal com um corpo central. Este último é feito na forma de uma carenagem cônica e pode ser movido ao longo do eixo do motor para alterar o fornecimento de ar ao sistema. Em alguns modos, o suprimento de ar é completamente interrompido.
Um sistema de resfriamento para o ar que entra é colocado diretamente atrás da entrada. É calculado que, ao voar em altas velocidades, a entrada de ar deve aquecer a uma temperatura de 1000 ° C ou mais. Um pré-resfriador especial com vários milhares de tubos finos cheios de hélio líquido deve reduzir a temperatura do ar a valores negativos em uma fração de segundo. Um sistema anti-gelo é fornecido.
A parte central do motor é ocupada pelos chamados. o núcleo é um compressor especial projetado para comprimir o ar que entra antes de ser enviado para a câmara de combustão. Nesse aspecto, o SABRE é semelhante aos motores turbojato tradicionais, mas não possui a turbina atrás da câmara de combustão e alguns outros elementos. O compressor é acionado por uma turbina que obtém energia do sistema de resfriamento de ar.
A câmara de combustão da composição SABRE é semelhante aos conjuntos de motores de foguete de propelente líquido. Com o auxílio de uma turbo-bomba, propõe-se fornecer combustível e um oxidante - ar gasoso ou oxigênio líquido, dependendo do modo de operação. Em ambos os modos, o hidrogênio liquefeito é usado como combustível.
Ao redor da câmara de combustão principal há uma segunda câmara semelhante a um motor ramjet. Ele é projetado para funcionar em certos modos e aumentar o empuxo total do motor. Como a câmara de combustão principal, a câmara de combustão de passagem única funciona com hidrogênio.
Agora, o objetivo do projeto SABRE é desenvolver um motor híbrido com desempenho suficientemente alto e dimensões limitadas. O produto acabado não deve ser maior do que o Pratt & Whitney F135 de série - não mais do que 5,6 m de comprimento e menos de 1,2 m de diâmetro. Ao mesmo tempo, versatilidade e alto desempenho devem ser garantidos.
Dependendo do modo de operação, tal opção SABRE será capaz de voar a velocidades de até M = 25. O empuxo máximo no modo "ar" chegará a 350 kN, no modo foguete - 500 kN. A principal característica positiva será a capacidade de resolver todos os problemas usando um único motor.
Modos de operação
O motor SABRE pode ser usado em veículos de várias classes, principalmente em veículos aeroespaciais. A presença de diversos modos de operação proporcionará a possibilidade de decolagem e pouso horizontal, vôo na atmosfera e entrada em órbita.
A decolagem e o vôo na atmosfera devem ser realizados usando o primeiro modo de operação do motor. Neste caso, a entrada de ar é aberta e o "núcleo" fornece ar comprimido para a câmara de combustão. Após a aceleração para altas velocidades supersônicas, a câmara de combustão de fluxo direto é ligada. O uso de dois circuitos, de acordo com os cálculos, fornece uma velocidade de vôo de até M = 5, 4.
Para maior aceleração, o terceiro modo é usado. Nele, a entrada de ar é fechada e o oxigênio líquido é fornecido para a câmara de combustão principal. Na verdade, nesta configuração, o SABRE torna-se uma aparência de um motor de foguete tradicional. Este modo fornece desempenho máximo de vôo.
Formulários
Até agora, o motor híbrido da REL existe apenas na forma de documentação e unidades individuais, mas suas áreas de aplicação já foram determinadas. Essas usinas de energia devem ser de interesse no contexto do desenvolvimento futuro da aviação e da astronáutica, incl. na junção dessas duas direções.
O SABRE ou um produto semelhante será útil na criação de aeronaves atmosféricas hipersônicas promissoras para diversos fins. Com o uso dessas tecnologias, é possível criar aeronaves de transporte, de passageiros ou militares.
Todo o potencial de um motor híbrido pode ser liberado com um avião aeroespacial. Neste caso, o SABRE proporcionará a decolagem e aterrissagem horizontal, bem como uma saída para as altitudes exigidas, seguida de aceleração e vôo para a órbita. Um avião espacial com motores híbridos deve ter vantagens importantes que o tornam mais fácil de operar.
Os desenvolvimentos do SABRE podem ser implementados como componentes separados. Por exemplo, a REL acredita que o sistema de resfriamento desenvolvido para o ar que entra pode ser usado na modernização de motores turbojato existentes ou no desenvolvimento de promissores. Os resultados mais interessantes disso podem ser obtidos no campo da aviação de alta velocidade.
Em sua essência, o Projeto SABRE oferece um conjunto de tecnologias-chave para a construção de um mecanismo multimodo híbrido. Com base neles, você pode criar um produto real das dimensões exigidas com as características especificadas. Para os primeiros testes, é criado um SABRE de médio porte e alto desempenho. Se houver interesse dos clientes, podem aparecer novas modificações que atendam a requisitos específicos.
Prática prática
Os primeiros estudos e testes no âmbito do projeto SABRE ocorreram no início dos anos décimos e tinham como objetivo encontrar as melhores soluções de design. Até o momento, REL concluiu o projeto e iniciou o processo de teste de componentes individuais do motor híbrido.
Há algumas semanas, a desenvolvedora anunciou que estava realizando testes de bancada do sistema de refrigeração a ar. Durante o teste, a velocidade do ar na entrada do dispositivo atingiu M = 5, a temperatura - 1000 ° C. É relatado que o protótipo cumpriu com sucesso suas tarefas e proporcionou uma diminuição acentuada e rápida na temperatura de fluxo. No entanto, nenhum número específico foi nomeado.
Verificações relatadas anteriormente em outros componentes do motor. A conclusão de todas essas atividades permite que a REL prossiga para a montagem de um protótipo de motor completo. Seu aparecimento está previsto para 2020-21. Paralelamente, serão realizados testes de bancada, com os resultados dos quais será possível determinar as reais perspectivas de desenvolvimento.
A Reaction Engines Limited aprecia muito seu novo projeto e acredita que ele tem um grande futuro. Até que ponto essas avaliações são objetivas e se correspondem à realidade não está totalmente claro. A resposta a tais questões só poderá ser dada dentro de alguns anos, após a conclusão de todas as medidas necessárias e a criação de uma verdadeira aeronave com motores SABRE.
