Au cours des dernières années, la société britannique Reaction Engines Limited (REL), en coopération avec d'autres organisations, a développé le projet SABRE (Synergetic Air Breathing Rocket Engine). L'objectif de ce projet est de créer un moteur hybride fondamentalement nouveau capable d'utiliser de l'air atmosphérique et un comburant liquide. À ce jour, le projet a connu un certain succès.
Le développement de projets
Le concept du moteur REL SABRE est basé sur des idées établies et partiellement testées dans les années quatre-vingt. A cette époque, des spécialistes britanniques développaient l'avion spatial HOTOL, pour lequel un moteur hybride de type LACE était proposé. Ce projet n'a pas pu être mis en œuvre, mais ses propositions ont été utilisées dans de nouveaux développements.
La conception du SABRE dans sa forme actuelle a commencé au tournant des dernières décennies. Certaines études ont été menées pour façonner l'apparence globale du moteur hybride et déterminer la voie de son développement. À l'avenir, REL a pu intéresser des clients potentiels et obtenir de l'aide, ce qui a accéléré le travail.
À ce jour, REL a terminé la majeure partie de la documentation de conception et a commencé à tester les composants individuels du moteur. Deux installations de test internes au Royaume-Uni et aux États-Unis sont utilisées pour tester les produits.
Certains composants et concepts ont été testés dans la pratique et ont prouvé leur potentiel. Dans un avenir proche, un prototype à part entière d'un moteur hybride devrait être disponible, comprenant tous les composants testés. Son expérimentation dans les conditions du stand débutera en 2020-21. Le moment de l'apparition d'un moteur adapté à une installation sur de vrais avions reste inconnu. Cela n'arrivera probablement pas avant la seconde moitié des années vingt.
Conception hybride
Le produit SABRE doit fonctionner dans l'atmosphère et au-delà, en développant la poussée requise et en fournissant une accélération à des vitesses élevées. De telles exigences ont conduit à la nécessité d'une conception spéciale avec des caractéristiques spécifiques. Il contient des éléments caractéristiques des turboréacteurs, statoréacteurs et moteurs-fusées à propergol liquide. Leur utilisation dans différentes combinaisons permet d'avoir plusieurs modes de fonctionnement pour différentes étapes de vol.
Le moteur SABRE contient plusieurs composants principaux logés dans un seul boîtier. La partie de tête du produit est donnée sous la prise d'air frontale avec un corps central. Ce dernier est réalisé sous la forme d'un carénage conique et peut être déplacé le long de l'axe du moteur pour modifier l'alimentation en air du système. Dans certains modes, l'alimentation en air est complètement coupée.
Un système de refroidissement pour l'air entrant est placé directement derrière l'admission. Il est calculé que lors du vol à grande vitesse, l'entrée d'air doit se réchauffer à une température de 1000 ° C ou plus. Un pré-refroidisseur spécial avec plusieurs milliers de tubes minces remplis d'hélium liquide devrait réduire la température de l'air à des valeurs négatives en une fraction de seconde. Un système d'antigivrage est fourni.
La partie centrale du moteur est occupée par ce qu'on appelle. le noyau est un compresseur spécial conçu pour comprimer l'air entrant avant qu'il ne soit envoyé à la chambre de combustion. À cet égard, SABRE est similaire aux turboréacteurs traditionnels, mais il lui manque la turbine derrière la chambre de combustion et certains autres éléments. Le compresseur est entraîné par une turbine qui prend l'énergie du système de refroidissement par air.
La chambre de combustion de la composition SABRE est similaire aux assemblages des moteurs-fusées à ergols liquides. A l'aide d'une turbopompe, il est proposé de fournir du carburant et un comburant - air gazeux ou oxygène liquide, selon le mode de fonctionnement. Dans les deux modes, l'hydrogène liquéfié est utilisé comme carburant.
Autour de la chambre de combustion principale se trouve une seconde chambre semblable à un statoréacteur. Il est conçu pour fonctionner dans certains modes et augmenter la poussée totale du moteur. Comme la chambre de combustion principale, la chambre de combustion auxiliaire à passage unique fonctionne à l'hydrogène.
Désormais, l'objectif du projet SABRE est de développer un moteur hybride aux performances suffisamment élevées et aux dimensions limitées. Le produit fini ne doit pas être plus grand que le Pratt & Whitney F135 de série - pas plus de 5,6 m de long et moins de 1,2 m de diamètre. Dans le même temps, la polyvalence et les hautes performances doivent être garanties.
Selon le mode de fonctionnement, une telle option SABRE pourra voler à des vitesses allant jusqu'à M = 25. La poussée maximale en mode "air" atteindra 350 kN, en mode fusée - 500 kN. La principale caractéristique positive sera la possibilité de résoudre tous les problèmes à l'aide d'un seul moteur.
Modes de fonctionnement
Le moteur SABRE peut être utilisé sur des véhicules de différentes classes, principalement sur des véhicules aérospatiaux. La présence de plusieurs modes de fonctionnement offrira la possibilité de décollage et d'atterrissage horizontaux, de vol dans l'atmosphère et d'entrée en orbite.
Le décollage et le vol dans l'atmosphère doivent être effectués en utilisant le premier mode de fonctionnement du moteur. Dans ce cas, l'entrée d'air est ouverte et le "noyau" fournit de l'air comprimé à la chambre de combustion. Après l'accélération à des vitesses supersoniques élevées, la chambre de combustion à flux direct est mise en marche. L'utilisation de deux circuits, selon les calculs, fournit une vitesse de vol allant jusqu'à M = 5, 4.
Pour une accélération supplémentaire, le troisième mode est utilisé. Sur celui-ci, l'entrée d'air est fermée et de l'oxygène liquide est fourni à la chambre de combustion principale. En fait, dans cette configuration, le SABRE devient un semblant de moteur-fusée traditionnel. Ce mode offre des performances de vol maximales.
Applications
Jusqu'à présent, le moteur hybride de REL n'existe que sous forme de documentation et d'unités individuelles, mais ses domaines d'application ont déjà été déterminés. De telles centrales électriques devraient présenter un intérêt dans le contexte du développement futur de l'aviation et de l'astronautique, incl. à la jonction de ces deux directions.
SABRE ou un produit similaire sera utile dans la création d'avions atmosphériques hypersoniques prometteurs à diverses fins. Avec l'utilisation de telles technologies, il est possible de créer des avions de transport, de passagers ou militaires.
Le plein potentiel d'un moteur hybride peut être libéré avec un avion aérospatial. Dans ce cas, SABRE fournira un décollage et un atterrissage horizontaux, ainsi qu'une sortie aux altitudes requises, suivies d'une accélération et d'un vol en orbite. Un avion spatial avec des moteurs hybrides devrait avoir des avantages importants qui le rendent plus facile à utiliser.
Les développements SABRE peuvent être mis en œuvre en tant que composants séparés. Par exemple, REL pense que le système de refroidissement développé de l'air entrant peut être utilisé dans la modernisation de turboréacteurs existants ou dans le développement de turboréacteurs prometteurs. Les résultats les plus intéressants peuvent être obtenus dans le domaine de l'aviation à grande vitesse.
À la base, le projet SABRE propose un ensemble de technologies clés pour la construction d'un moteur multimode hybride. Sur leur base, vous pouvez créer un produit réel des dimensions requises avec les caractéristiques spécifiées. Pour les premiers tests, un SABRE de taille moyenne et performant est créé. S'il y a un intérêt de la part des clients, de nouvelles modifications peuvent apparaître qui répondent à des exigences spécifiques.
Pratique pratique
Les premières études et tests dans le cadre du projet SABRE ont eu lieu au début des dixièmes et visaient à trouver des solutions de conception optimales. À ce jour, REL a terminé la conception et a commencé le processus de test des composants individuels du moteur hybride.
Il y a quelques semaines, la société de développement a annoncé qu'elle effectuait des tests au banc du système de refroidissement par air. Lors du test, la vitesse de l'air à l'entrée de l'appareil a atteint M = 5, la température - 1000°C. Il est rapporté que le prototype a réussi à accomplir ses tâches et a permis une diminution nette et rapide de la température d'écoulement. Cependant, aucun numéro spécifique n'a été nommé.
Contrôles précédemment signalés sur d'autres composants du moteur. L'achèvement de toutes ces activités permet à REL de passer à l'assemblage d'un moteur prototype à part entière. Son apparition est attendue en 2020-21. Parallèlement, des bancs d'essai seront organisés, en fonction des résultats desquels il sera possible de déterminer les réelles perspectives de développement.
Reaction Engines Limited apprécie grandement son nouveau projet et pense qu'il a un bel avenir. L'objectivité de ces évaluations et leur correspondance avec la réalité ne sont pas tout à fait claires. La réponse à ces questions ne pourra être donnée que dans quelques années, après l'achèvement de toutes les mesures nécessaires et la création d'un véritable avion avec des moteurs SABRE.
