على مدى السنوات العديدة 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 ، أظهر المشروع بعض النجاح.
تطوير المشروع
يعتمد مفهوم محرك REL SABER على الأفكار الموضوعة والتي تم اختبارها جزئيًا في الثمانينيات. في ذلك الوقت ، كان المتخصصون البريطانيون يطورون طائرة الفضاء HOTOL ، والتي تم اقتراح محرك هجين من نوع LACE. لا يمكن تنفيذ هذا المشروع ، ولكن تم استخدام مقترحاته في التطورات الجديدة.
بدأ تصميم SABER بشكله الحالي في مطلع العقود الماضية. تم إجراء بعض الدراسات لتشكيل المظهر العام للمحرك الهجين وتحديد مسار تطوره. في المستقبل ، تمكنت REL من جذب اهتمام العملاء المحتملين والحصول على الدعم ، مما أدى إلى تسريع العمل.
حتى الآن ، أكملت REL الجزء الأكبر من وثائق التصميم وبدأت في اختبار مكونات المحرك الفردية. يتم استخدام مرفقين للاختبار الداخليين في المملكة المتحدة والولايات المتحدة الأمريكية لاختبار المنتجات.
تم اختبار بعض المكونات والمفاهيم في الممارسة العملية وأثبتت إمكاناتها. في المستقبل القريب ، يجب أن يتوفر نموذج أولي كامل لمحرك هجين ، بما في ذلك جميع المكونات المختبرة. سيبدأ اختباره في ظل ظروف الجناح في 2020-2021. لا يزال توقيت ظهور محرك مناسب للتركيب على طائرة حقيقية غير معروف. ربما لن يحدث هذا حتى النصف الثاني من العشرينات.
تصميم هجين
يجب أن يعمل منتج SABER في الغلاف الجوي وما وراءه ، مما يؤدي إلى تطوير الاتجاه المطلوب وتوفير التسارع لسرعات عالية. أدت هذه المتطلبات إلى الحاجة إلى تصميم خاص بميزات محددة. يحتوي على عناصر مميزة لمحركات الصواريخ التوربينية والنفاثة والوقود السائل. يتيح استخدامها في مجموعات مختلفة إمكانية الحصول على عدة طرق تشغيل لمراحل مختلفة من الرحلة.
يحتوي محرك SABER على العديد من المكونات الرئيسية الموجودة في مبيت واحد. يتم إعطاء الجزء الرئيسي للمنتج تحت مدخل الهواء الأمامي بجسم مركزي. هذا الأخير مصنوع على شكل هدية مخروطية ويمكن تحريكه على طول محور المحرك لتغيير إمداد الهواء للنظام. في بعض الأوضاع ، يتم إغلاق مصدر الهواء تمامًا.
يتم وضع نظام تبريد للهواء الداخل خلف المدخل مباشرة. يُحسب أنه عند الطيران بسرعات عالية ، يجب أن ترتفع درجة حرارة مدخل الهواء إلى درجة حرارة 1000 درجة مئوية أو أعلى. يجب أن يخفض المبرد المسبق الخاص المزود بعدة آلاف من الأنابيب الرفيعة المملوءة بالهيليوم السائل درجة حرارة الهواء إلى قيم سالبة في جزء من الثانية. يتم توفير نظام مضاد للتجمد.
الجزء المركزي من المحرك مشغول بما يسمى. القلب عبارة عن ضاغط خاص مصمم لضغط الهواء الداخل قبل إرساله إلى غرفة الاحتراق.في هذا الصدد ، يشبه SABER المحركات التوربينية التقليدية ، لكنه يفتقر إلى التوربينات الموجودة خلف غرفة الاحتراق وبعض العناصر الأخرى. يتم تشغيل الضاغط بواسطة توربين يأخذ الطاقة من نظام تبريد الهواء.
تشبه غرفة الاحتراق من تركيبة SABER مجموعات محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل. بمساعدة مضخة توربو ، يُقترح توفير الوقود والمؤكسد - الهواء الغازي أو الأكسجين السائل ، اعتمادًا على وضع التشغيل. في كلا الوضعين ، يتم استخدام الهيدروجين المسال كوقود.
حول غرفة الاحتراق الرئيسية توجد حجرة ثانية مشابهة لمحرك نفاث. إنه مصمم للعمل في أوضاع معينة وزيادة قوة الدفع الإجمالية للمحرك. مثل غرفة الاحتراق الرئيسية ، تعمل غرفة الاحتراق الإضافية مرة واحدة على الهيدروجين.
الآن الهدف من مشروع SABER هو تطوير محرك هجين بأداء عالٍ بما فيه الكفاية وأبعاد محدودة. لا ينبغي أن يكون المنتج النهائي أكبر من 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 خيار SABER هذا 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 باستخدام محرك واحد.
أساليب عملها
يمكن استخدام محرك SABER في المركبات من مختلف الفئات ، وخاصة المركبات الفضائية. سيوفر وجود عدة طرق تشغيل إمكانية الإقلاع والهبوط الأفقي ، والطيران في الغلاف الجوي والدخول إلى المدار.
يجب أن يتم الإقلاع والطيران في الغلاف الجوي باستخدام 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 التسارع ، يتم استخدام الوضع الثالث. على ذلك ، يتم إغلاق مدخل الهواء ، ويتم توفير الأكسجين السائل إلى غرفة الاحتراق الرئيسية. في الواقع ، في هذا التكوين ، يصبح SABER أشبه بمحرك صاروخي تقليدي. يوفر هذا الوضع أقصى أداء طيران.
التطبيقات
حتى الآن ، لا يوجد المحرك الهجين من REL إلا في شكل وثائق ووحدات فردية ، ولكن تم تحديد مجالات تطبيقه بالفعل. يجب أن تكون محطات الطاقة هذه ذات أهمية في سياق التطوير الإضافي للطيران والملاحة الفضائية ، بما في ذلك. عند تقاطع هذين الاتجاهين.
سيكون SABER أو منتج مشابه مفيدًا في إنشاء طائرات جوية تفوق سرعة الصوت واعدة لأغراض مختلفة. باستخدام هذه التقنيات ، من الممكن إنشاء طائرات نقل أو ركاب أو طائرات عسكرية.
يمكن إطلاق العنان للإمكانات الكاملة لمحرك هجين باستخدام طائرة فضائية. في هذه الحالة ، ستوفر SABER إقلاعًا وهبوطًا أفقيًا ، بالإضافة إلى مخرج للارتفاعات المطلوبة ، متبوعًا بالتسارع والطيران في المدار. يجب أن تتمتع الطائرة الفضائية ذات المحركات الهجينة بمزايا مهمة تجعل تشغيلها أسهل.
يمكن تنفيذ تطورات SABER كمكونات منفصلة. على سبيل المثال ، تعتقد REL أنه يمكن استخدام نظام التبريد المطور للهواء الوارد في تحديث المحركات التوربينية التوربينية الواعدة أو في تطويرها. 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. على أساسها ، يمكنك إنشاء منتج حقيقي للأبعاد المطلوبة بالخصائص المحددة. بالنسبة للاختبارات الأولى ، يتم إنشاء SABER متوسط الحجم وعالي الأداء.إذا كان هناك اهتمام من العملاء ، فقد تظهر تعديلات جديدة تفي بمتطلبات محددة.
ممارسة عملية
أجريت الدراسات والاختبارات الأولى في إطار مشروع SABER في أوائل العشر وكان الهدف منها إيجاد حلول التصميم المثلى. حتى الآن ، أكملت REL التصميم وبدأت عملية اختبار المكونات الفردية للمحرك الهجين.
قبل أسابيع قليلة ، أعلنت شركة التطوير أنها تجري اختبارات مقاعد البدلاء لنظام تبريد الهواء. أثناء الاختبار ، وصلت سرعة الهواء عند مدخل الجهاز إلى M = 5 ، ودرجة 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 تسمية أي أرقام محددة.
تم الإبلاغ مسبقًا عن فحوصات على مكونات المحرك الأخرى. يسمح الانتهاء من جميع هذه الأنشطة لـ REL بالانتقال إلى تجميع محرك نموذج أولي 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 لها مستقبلًا عظيمًا. 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.
