Кіріспе
Синергетикалық ауамен дем алатын зымыран қозғалтқышы – гибридтік рамджет және зымыран қозғалтқышы.
Бұл конструкция екі жұмыс режимі бар, біріктірілген циклды зымыран қозғалтқышынан тұрады. Ауамен дем алу режимі турбокомпрессорды кіретін конус артында орналасқан жеңіл ауа алдын ала салқындатқышымен үйлестіреді. Жоғары жылдамдықтарда бұл алдын ала салқындатқыш қысылған ыстық ауаны салқындатады, әйтпесе қозғалтқыш төтеп бере алмайтын температураға жетер еді, нәтижесінде қозғалтқыш ішіндегі қысымның өте жоғары коэффициентіне ие болар едік. Қысылған ауа кейіннен зымыранның жану камерасына жіберіледі, онда ол сақталған сұйық сутегімен бірге тұтанады. Жоғары қысым коэффициенті қозғалтқышқа өте жоғары жылдамдықтар мен биіктіктерде жоғары итермелеуді қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Ауаның төмен температурасы жеңіл қорытпаларды пайдалануға және орбитаға жету үшін қажетті өте жеңіл қозғалтқыш құруға мүмкіндік береді. LACE концепциясынан өзгеше, SABRE-дің алдын ала салқындатқышы ауаны сұйылтпайды, бұл оның тиімдірек жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Мах 5.14 жылдамдығына жеткенде және 28.5 км биіктікте кіретін конус жабылады.
Тарих
Прекулер тұжырымдамасы 1955 жылы Роберт П. Кармайкл ұсынған идеядан дамыды. Одан кейін 1960 жылдары General Dynamics компаниясы АҚШ Әуе күштерінің аэроғарыш ұшақтары бағдарламасы аясында сұйық ауа циклы қозғалтқышы (LACE) идеясын зерттеді. 1989 жылы HOTOL жобасына қаржы тоқтатылғаннан кейін Бонд және басқа бірнеше адам зерттеулерді жалғастыру үшін Reaction Engines Limited компаниясын құрды. RB545 прекулерінің нашарлау және сұйық сутегінің көп мөлшерде жұмсалуы сияқты мәселелері болды, сондай-ақ ол патенттермен және Ұлыбританияның Құпиялылық заңымен шектелгендіктен, Бонд SABRE-ді әзірледі. 2016 жылы жобаға Ұлыбритания үкіметі мен ESA толық циклды демонстрациялау үшін 60 миллион фунт стерлинг қаржы бөлді. 2021 жылдың шілдесінде Ұлыбритания Ғарыш агенттігі одан әрі дамыту үшін қосымша 3.9 миллион фунт стерлинг көмек берді.
Тұжырымдама
RB545 сияқты, SABRE конструкциясы да дәстүрлі зымыран қозғалтқышы емес, сондай-ақ дәстүрлі реактивті қозғалтқыш та емес, төмен жылдамдықтарда/биіктіктерде қоршаған ортадан ауа пайдаланатын және жоғары биіктікте сақталған сұйық оттегін қолданатын гибридтік қозғалтқыш. SABRE қозғалтқышы "келіп түсетін ауаны салқындата алатын жылу алмастырғышқа сенеді, бұл сутекпен араласу үшін оттегін қамтамасыз етеді және атмосфералық ұшу кезінде реактивтік итеру күшін береді, ал кейін ғарышқа шыққанда резервуардағы сұйық оттегіге ауысады". Ауамен тыныс алатын режимде ауа қозғалтқышқа кіреберіс арқылы кіреді. Айналма жүйе ауаның бір бөлігін алдын ала салқындатқыш арқылы компрессорға бағыттайды, ол оны жанар маймен жану камерасына жібереді, ал шығарылатын газдар итеру күшін қамтамасыз ету үшін сопло арқылы үдетіледі. Кіретін ауаның қалған бөлігі айналма жүйе арқылы жалын ұстағыштар сақинасына дейін жалғасады, олар ауамен тыныс алатын ұшу режимінің бір бөлігі үшін рамджет ретінде қызмет етеді. Гелий циклы алдын ала салқындатқыштан отынға жылуды беру және қозғалтқыш сорғылары мен компрессорларын қозғау үшін қолданылады.
Алдын ала салқындатқыш
Ауа қозғалтқышқа дыбыс жылдамдығынан асып түсетін немесе гипердыбыстық жылдамдықпен кіргенде, қысылу салдарынан қозғалтқыш көтере алатын температурадан ыстық болып қайнайды. Салқындатқыш 16 800 жұқа қабырғалы құбырдан тұратын ұсақ құбырлы жылу алмастырғыштан құралған. Мұздың түсуін болдырмау жүйесі құпия сақталған, бірақ REL 2015 жылы патенттер арқылы метанолді шашыратып, 3D басып шығарылған мұзды кетіру құралын жариялады, себебі оларға серіктес компаниялар қажет болды және сырттан жұмыс істегенде құпияны сақтап тұру мүмкін болмады.
Компрессор
Дыбыс жылдамдығынан бес есе төмен және 25 шақырым биіктікте, орбитаға жету үшін қажетті жылдамдық пен биіктіктің 20 пайызына тең, алдын ала салқындатқыштан өткен салқындатылған ауа өзгертілген турбокомпрессорға түседі. Бұл турбокомпрессор конструкциясы жағынан дәстүрлі реактивті қозғалтқыштардағыларға ұқсас, бірақ кіретін ауаның төмен температурасының арқасында жоғары қысым коэффициентінде жұмыс істейді. Компрессор 140 атмосфера қысымдағы сығылған ауаны негізгі қозғалтқыштардың жану камераларына жібереді. Дәстүрлі реактивті қозғалтқышта турбокомпрессорды жану газдарымен қуатталатын газ турбинасы айналдырады. SABRE турбинасын гелий циклымен басқарады, ол алдын ала салқындатқыштан және пребурнерден алынған жылу энергиясымен қамтамасыз етіледі.
Жанар камералары
SABRE қозғалтқыштарындағы жану камералары стехиометриялық жүйелермен салыстырғанда сұйық сутегін пайдалануды одан әрі азайту үшін сұйық сутегінің орнына тотықтырғышпен (ауа / сұйық оттегімен) салқындатылады.
Дымқыл тұғырлар
Кәдімгі қозғалтқыш мүндзгішінің ең тиімді жұмыс істейтін атмосфералық қысымы мүндзгіш қоңырауының геометриясымен анықталады. Қоңыраудың әдеттегі геометриясы өзгермейді, бірақ атмосфералық қысым биіктікке байланысты өзгереді, сондықтан төменгі атмосферада жоғары өнімділікке есептелген мүндзгіштер биіктік көтерілгенде тиімділігін жоғалтады. Дәстүрлі ракеталарда бұл мәселе атмосфералық қысымға сәйкес бірнеше сатыларды пайдалану арқылы шешіледі. SABRE қозғалтқышы төменгі және жоғары биіктікте жұмыс істеуге арналған. Барлық биіктікте тиімділікті қамтамасыз ету үшін жылжымалы, кеңейтілмелі мүндзгіш қолданылады. Біріншіден, төменгі биіктікте, ауамен тыныс алатын ұшу кезінде қоңырау артқа жылжытылады және мүндзгіштің жану камерасына қосылады, ол қоңыраудың жоғарғы бөлігін айналдыра орналасып, кеңейту-бұрылыс мүндзгішін құрайды. Кейіннен SABRE зымыран режиміне ауысқанда, қоңырау алға жылжып, ішкі зымыранның жану камерасының қоңырауының ұзындығын ұзартады, осылайша тиімдірек ұшу үшін әлдеқайда үлкен, жоғары биіктіктегі мүндзгіш жасалады.
Байпасты оттегіштері
Сұйылудан аулақ болу қозғалтқыштың тиімділігін арттырады, себебі энтропия аз түзіледі демек, сұйық сутегінің аз бөлігі буланып кетеді. Дегенмен, ауаны салқындату үшін қозғалтқыш ядросында жағыла алатыннан гөрі көбірек сұйық сутек қажет болады. Артық сутек "ағын құбырлы рамджет жалдағыштары" деп аталатын жалдағыштар арқылы шығарылады.
Қозғалтқыш
Гибридтік зымыран қозғалтқышының статикалық итермелеу мүмкіндігінің арқасында, көлік қалыпты турбореактивті ұшақ сияқты ауадағы режимде ұшыруға қабілетті.