Das britische Unternehmen Reaction Engines Limited (REL) hat in den letzten Jahren in Zusammenarbeit mit anderen Organisationen das Projekt SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine) entwickelt. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines grundlegend neuen Hybridmotors, der atmosphärische Luft und ein flüssiges Oxidationsmittel verwenden kann. Bis heute hat das Projekt einige Erfolge gezeigt.
Projektentwicklung
Das Konzept des REL SABRE-Motors basiert auf Ideen, die bereits in den 80er Jahren festgelegt und teilweise getestet wurden. Britische Spezialisten entwickelten damals das Raumflugzeug HOTOL, für das ein Hybridtriebwerk vom Typ LACE vorgeschlagen wurde. Dieses Projekt konnte nicht umgesetzt werden, aber seine Vorschläge wurden in Neuentwicklungen verwendet.
Das Design des SABRE in seiner heutigen Form begann um die Wende der letzten Jahrzehnte. Einige Studien wurden durchgeführt, um das Gesamtbild des Hybridmotors zu prägen und den Weg seiner Entwicklung festzulegen. In Zukunft konnte REL potenzielle Kunden interessieren und Unterstützung bekommen, was die Arbeit beschleunigte.
Inzwischen hat REL den Großteil der Konstruktionsdokumentation fertiggestellt und mit dem Testen einzelner Motorkomponenten begonnen. Zum Testen von Produkten werden zwei hauseigene Testeinrichtungen in Großbritannien und den USA genutzt.
Einige der Komponenten und Konzepte sind praxiserprobt und haben ihr Potenzial bewiesen. In naher Zukunft soll ein vollwertiger Prototyp eines Hybridmotors inklusive aller getesteten Komponenten zur Verfügung stehen. Die Erprobung unter den Bedingungen des Standes wird 2020-21 beginnen. Der Zeitpunkt des Erscheinens eines Motors, der für den Einbau in reale Flugzeuge geeignet ist, bleibt unbekannt. Dies wird wohl erst in der zweiten Hälfte der zwanziger Jahre geschehen.
Hybrid-Design
Das SABRE-Produkt muss in der Atmosphäre und darüber hinaus funktionieren, den erforderlichen Schub entwickeln und eine Beschleunigung auf hohe Geschwindigkeiten ermöglichen. Diese Anforderungen haben dazu geführt, dass ein spezielles Design mit spezifischen Merkmalen erforderlich ist. Es enthält Elemente, die für Turbojet-, Staustrahl- und Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke charakteristisch sind. Ihre Verwendung in verschiedenen Kombinationen ermöglicht mehrere Betriebsmodi für verschiedene Flugphasen.
Der SABRE-Motor enthält mehrere Hauptkomponenten, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind. Der Kopfteil des Produkts befindet sich unter dem frontalen Lufteinlass mit einem zentralen Körper. Letztere ist in Form einer konischen Verkleidung ausgeführt und kann entlang der Achse des Motors verschoben werden, um die Luftzufuhr zum System zu ändern. In einigen Modi wird die Luftzufuhr vollständig abgeschaltet.
Direkt hinter dem Einlass befindet sich ein Kühlsystem für die einströmende Luft. Es wird berechnet, dass sich der Lufteinlass beim Fliegen mit hohen Geschwindigkeiten auf eine Temperatur von 1000° C oder höher erwärmen sollte. Ein spezieller Vorkühler mit mehreren tausend dünnen Röhrchen gefüllt mit flüssigem Helium soll die Lufttemperatur im Bruchteil einer Sekunde auf negative Werte senken. Ein Anti-Icing-System ist vorhanden.
Der zentrale Teil des Motors wird von der sogenannten besetzt. Der Kern ist ein spezieller Kompressor, der die einströmende Luft komprimiert, bevor sie in die Brennkammer geleitet wird. In dieser Hinsicht ähnelt SABRE traditionellen Turbojet-Triebwerken, es fehlen jedoch die Turbine hinter der Brennkammer und einige andere Elemente. Der Kompressor wird von einer Turbine angetrieben, die Energie aus dem Luftkühlsystem entnimmt.
Die Brennkammer aus der SABRE-Zusammensetzung ähnelt den Baugruppen von Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken. Mit Hilfe einer Turbopumpe wird vorgeschlagen, Brennstoff und ein Oxidationsmittel - je nach Betriebsart gasförmige Luft oder flüssiger Sauerstoff - zuzuführen. In beiden Modi wird verflüssigter Wasserstoff als Kraftstoff verwendet.
Um die Hauptbrennkammer herum befindet sich eine zweite Kammer ähnlich einem Staustrahltriebwerk. Es wurde entwickelt, um in bestimmten Modi zu arbeiten und den gesamten Triebwerksschub zu erhöhen. Wie die Hauptbrennkammer wird auch die Zusatz-Durchlaufbrennkammer mit Wasserstoff betrieben.
Ziel des Projekts SABRE ist es nun, einen Hybridmotor mit ausreichend hoher Leistung und begrenzten Abmessungen zu entwickeln. Das fertige Produkt sollte nicht größer sein als das serienmäßige Pratt & Whitney F135 - nicht mehr als 5,6 m Länge und weniger als 1,2 m Durchmesser, gleichzeitig sollen Vielseitigkeit und hohe Leistung gewährleistet sein.
Je nach Betriebsmodus kann eine solche SABRE-Option mit Geschwindigkeiten bis zu M = 25 fliegen. Der maximale Schub im "Luft" -Modus erreicht 350 kN, im Raketenmodus - 500 kN. Das wichtigste positive Merkmal wird die Fähigkeit sein, alle Probleme mit einem einzigen Motor zu lösen.
Betriebsarten
Der SABRE-Motor kann in Fahrzeugen verschiedener Klassen eingesetzt werden, vor allem in Luft- und Raumfahrtfahrzeugen. Das Vorhandensein mehrerer Betriebsarten bietet die Möglichkeit des horizontalen Starts und der Landung, des Fluges in der Atmosphäre und des Eintritts in die Umlaufbahn.
Start und Flug in der Atmosphäre sollten mit der ersten Betriebsart des Triebwerks durchgeführt werden. In diesem Fall ist der Lufteinlass geöffnet und der „Kern“versorgt die Brennkammer mit Druckluft. Nach Beschleunigung auf hohe Überschallgeschwindigkeiten wird die Direktstrom-Brennkammer eingeschaltet. Die Verwendung von zwei Kreisen ermöglicht nach Berechnungen eine Fluggeschwindigkeit von bis zu M = 5, 4.
Zur weiteren Beschleunigung wird der dritte Modus verwendet. Darauf wird der Lufteinlass geschlossen und der Hauptbrennkammer wird flüssiger Sauerstoff zugeführt. Tatsächlich wird der SABRE in dieser Konfiguration zu einem Anschein eines traditionellen Raketentriebwerks. Dieser Modus bietet maximale Flugleistung.
Anwendungen
Bisher existiert der Hybridmotor von REL nur in Form von Dokumentationen und Einzelaggregaten, seine Einsatzgebiete sind jedoch bereits festgelegt. Solche Kraftwerke sollten im Rahmen der Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrt inkl. an der Kreuzung dieser beiden Richtungen.
SABRE oder ein ähnliches Produkt werden bei der Entwicklung vielversprechender atmosphärischer Hyperschallflugzeuge für verschiedene Zwecke nützlich sein. Mit der Verwendung solcher Technologien ist es möglich, Transport-, Passagier- oder Militärflugzeuge zu erstellen.
Das volle Potenzial eines Hybridantriebs kann mit einem Luft- und Raumfahrtflugzeug entfesselt werden. In diesem Fall sorgt SABRE für horizontalen Start und Landung sowie einen Ausstieg in die erforderlichen Höhen, gefolgt von Beschleunigung und Flug in die Umlaufbahn. Ein Raumflugzeug mit Hybridantrieb sollte wichtige Vorteile haben, die den Betrieb erleichtern.
SABRE-Entwicklungen können als separate Komponenten implementiert werden. REL ist beispielsweise der Ansicht, dass das entwickelte Kühlsystem der einströmenden Luft bei der Modernisierung bestehender oder bei der Entwicklung vielversprechender Turbojet-Triebwerke eingesetzt werden kann. Die interessantesten Ergebnisse lassen sich dabei im Bereich der Hochgeschwindigkeitsluftfahrt erzielen.
Im Kern bietet das SABRE-Projekt eine Reihe von Schlüsseltechnologien für den Bau eines hybriden Multi-Mode-Motors. Auf ihrer Grundlage können Sie ein echtes Produkt mit den erforderlichen Abmessungen mit den angegebenen Eigenschaften erstellen. Für die ersten Tests wird ein mittelgroßer, leistungsstarker SABRE erstellt. Bei Interesse von Kunden können neue Modifikationen erscheinen, die spezifischen Anforderungen entsprechen.
Praktische Praxis
Die ersten Studien und Tests im Rahmen des SABRE-Projekts fanden Anfang der zehnten Jahre statt und sollten optimale konstruktive Lösungen finden. Bis heute hat REL das Design abgeschlossen und mit dem Testen einzelner Komponenten des Hybridmotors begonnen.
Vor einigen Wochen gab die Entwicklungsfirma bekannt, dass sie Prüfstandstests der Luftkühlung durchführt. Während des Tests erreichte die Luftgeschwindigkeit am Einlass des Geräts M = 5, die Temperatur - 1000° C. Es wird berichtet, dass der Prototyp seine Aufgaben erfolgreich bewältigt und einen starken und schnellen Abfall der Vorlauftemperatur ermöglicht hat. Es wurden jedoch keine konkreten Zahlen genannt.
Zuvor gemeldete Überprüfungen anderer Motorkomponenten. Der Abschluss all dieser Aktivitäten ermöglicht es REL, mit der Montage eines vollwertigen Prototypmotors fortzufahren. Sein Erscheinen wird in den Jahren 2020-21 erwartet. Parallel dazu werden Bench-Tests durchgeführt, anhand deren Ergebnisse die realen Entwicklungsperspektiven ermittelt werden können.
Reaction Engines Limited schätzt sein neues Projekt sehr und glaubt, dass es eine große Zukunft hat. Wie objektiv solche Einschätzungen sind und ob sie der Realität entsprechen, ist nicht ganz klar. Die Antwort auf solche Fragen kann erst in wenigen Jahren, nach Abschluss aller notwendigen Maßnahmen und der Schaffung eines echten Flugzeugs mit SABRE-Triebwerken, gegeben werden.
