Milník motoru pro kosmické letadlo

Je známo, že stavba orbitálních nosičů je velmi nákladná a prakticky každá kosmická společnost se snaží nějakým způsobem ceny snižovat. Nejlépe se to daří asi společnosti SpaceX, která část svých raket umí zachránit a zase opětovně použít. Není přitom žádným tajemstvím, že dlouhodobým cílem kosmonautiky je vyvinout dopravní systém fungující na základě principů letecké dopravy. To se ovšem snadněji řekne, než uskuteční. O čemž svědčí například příběh raketoplánů. Přesto je myšlenka kosmického letounu stále živá a jeden dlouhodobý projekt by skutečně jednou mohl způsobit onu zmiňovanou revoluci v letectví a kosmonautice. Ovšem má to jeden podstatný háček: Vývoj a stavbu novátorského motoru, který je natolik složitý, že se stále pohybuje na hranici našich možností. Společnost Reaction Engines to ovšem i přesto zkouší.

Pre-cooler je nejvýkonnější velkoplošná chladící jednotka na světě schopná převést až 400 MW.

Pre-cooler je nejvýkonnější velkoplošná chladící jednotka na světě schopná převést až 400 MW. Kredit: Reaction Engines

Synergetický, vzduch nasávající reaktivní raketový motor SABRE je speciálně navržen tak, aby byl při počáteční fázi letu schopný čerpat atmosférický vzduch a po dosažení 25 km při rychlosti Mach 5 se dokázal přepnout do čistě raketového režimu. V něm začne okysličovadlo odebírat již z přídavných nádrží, aby se mohl bez problémů dostat do kosmu. Jenže to není tak jednoduché. Konkrétně inženýři řeší chlazení vzduchu, který při rychlostech přesahující Mach 5, může mít teplotu přesahující 1000 °C. Takto horký vzduch není možné přímo pustit do motoru. Je ho tedy třeba nejdříve ochladit na teplotu -140 °C a to velmi, velmi rychle. K čemuž má sloužit předřadná chladící jednotka (pre-cooler). Ta pro takto obrovské a rychlé změny teploty vzduchu využívá cirkulaci vysokotlakého hélia. Jenže krom snížení teploty je nutné zajistit přívod vnějšího vzduchu tak, aby se do motoru dostával pod dostatečným tlakem a zabránit tvorbě nebezpečného ledu.

Právě předchlazovač, který má za úkol chladit nasávané plyny tak, aby jejich vysoká teplota nepoškodila stěny motoru, je naprosto klíčovým prvkem a jeho správná funkce je malým technickým zázrakem a to doslova. Proto jakákoliv novinka ohledně tohoto zařízení vzbuzuje patřičnou pozornost a nejinak tomu bylo po oznámení informace o dalším testu v pořadí.

Britská společnost Reaction Engines nedávno úspěšně odzkoušela tuto inovativní předchlazovací jednotku a to rovnou při teplotách proudění vzduchu, které odpovídají rychlosti 1715 m/s. Simuluje tedy podmínky letu při Mach 5, neboli pětinásobku rychlosti zvuku. Tento úspěch představuje další významný milník ve vývoji přelomového motoru SABRE a jak bylo řečeno, tento motor má ambice zjednodušit přístup do vesmíru a mohl by znamenat revoluci v hypersonickém létání. Vedoucí sekce ESA pro pohonné inženýrství – Mark Ford doslova uvedl: „Toto není jen vynikající úspěch sám o sobě, ale i jeden důležitý krok, díky kterému jsme blíže k prokázání proveditelnosti celé koncepce motoru SABRE“.

Testovací sestava při poslední zkoušce. Červené šipky značí horký vzduch, který produkuje proudový motor. Poté je prudce ochlazen a uniká do prostoru za chladičem (modré šipky). Zdroj: https://www.esa.int

Zkušební jednotka předchlazovače byla vyrobena ve Velké Británii a poté ji společnost poslala na testovací kampaň do svého testovacího zařízení v Colorado Air and Space Port v USA, kde se na zkouškách podílí od roku 2017 také agentura DARPA. Nutno podotknout, že pro celý projekt a jeho pokračování byl poslední dosažený úspěch odpovědí, zda jsou motory SABRE proveditelné. Stačí si jen uvědomit, že nic podobného tu předtím nebylo. Nejrychlejší nadzvukový dopravní letoun Concorde byl až dvakrát pomalejší než je plánovaná provozní rychlost motorů SABRE a dokonce i legendární SR-71 Blackbird se požadovaným hodnotám ani nepřiblížil.

V budoucnu by SABRE mohl sloužit jako základ opakovaně použitelného kosmického letounu známého doposud pod názvem Skylon. Společnost ovšem již delší dobu toto označení nepoužívá.  Díky počáteční fázi letu, při které bude stroj schopen dosáhnout pětinásobku rychlost zvuku a vystoupá na 25 km, bude potřebovat mnohem méně těžkého kapalného kyslíku pro dosažení oběžné dráhy. Takový systém by oproti konvenčním raketám se srovnatelnými parametry, mohl mít až o polovinu menší hmotnost. Výhodou je například snížení nákladů nebo možnost vyšší kadence startů.

Testovací středisko v Colorado Air and Space Port v USA, kde proběhl poslední test simulující proudění vzduchu při Mach 5.

Testovací středisko v Colorado Air and Space Port v USA, kde proběhl poslední test simulující proudění vzduchu při Mach 5. Zdroj: https://www.esa.int

Poslední pozemní test zatím dosáhl rekordního výsledku v celém probíhajícím zkušebním programu „HTX“. Podařilo se úspěšně zchladit proudící vzduch o teplotě přesahující 1000 °C za méně než 50 milisekund na požadovanou hodnotu. Již minulá zkouška provedená letos v dubnu dokázala účinnost předchladiče, který byl testován při teplotách okolo 420 °C, což odpovídá teplotním podmínkám odpovídajícím letu při Mach 3,3. Pro zajímavost se tehdy během provozu podařilo dosáhnout přenosu tepla o hodnotě 1,5 MW, což odpovídá energetické spotřebě asi 1 000 domácností.

ESA prostřednictvím Britské kosmické agentury investovala 10 milionů eur do rozvoje tohoto motoru a 50 milionů liber (58 milionů eur) dostala společnost od Britské kosmické agentury (UKSA). ESA rovněž vykonává úlohu technického dohledu jménem UKSA. Letos v březnu tyto dvě agentury přezkoumaly a schválily předběžný návrh demonstračního jádra motoru společnosti SABRE, který Reaction Engines použije k provedení pozemního testování ve svém zatím nedokončeném testovacím zařízení TF1 v Británii (Westcott, Buckinghamshire). Spoluzakladatel Reaction Engines a současný hlavní technologický ředitel Richard Varvill zdůraznil, že tento úspěch byl vyvrcholením více než 30letého úsilí: „Toto je významný moment pro Reaction Engines i ve vývoji motoru SABRE, který má potenciál způsobit revoluci jak v přístupu do vesmíru, tak i ve vysokorychlostním létání“.

Nutno ovšem dodat, že od skutečného letu nějakého demonstračního stroje s motory SABRE jsme ještě daleko. První letové zkoušky se očekávají okolo roku 2025 a osobně si troufám odhadnout, že to bude spíše o něco později. Tedy okolo roku 2026-2027. Do té doby se ovšem může hodně věcí změnit, takže držme palce a buďme hrdí na to, že takto ambiciozní projekt vzniká právě v Evropě.

Počítačový model přelomového motoru SABRE, který vyvíjí britská společnost Reaction Engines Ltd.

Počítačový model přelomového motoru SABRE, který vyvíjí britská společnost Reaction Engines Ltd. Zdroj: https://www.esa.int

Základní parametry motoru SABRE

Režim sání vzduchu:
Rychlost: Mach 5.4
Čistý tah (max): 350 kN
Hmotnostní průtok vzduchu: 125kg/s
Specifický impuls: 28,000 N s /kg (Navržen pro Mach 5)

Raketový režim:
Rychlost: Mach 25
Čistý tah: 500 kN
Specifický impuls ve vakuu: 4,500 N s /kg

Zdroje informací: 
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_
https://www.kosmonautix.cz/2019/03/skylon-je-realite-o-krok-bliz/
https://www.reactionengines.co.uk/news/reaction-engines-test
http://forum.kosmonautix.cz/viewtopic.php

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology.jpg
https://s18.postimg.cc/f6tnzpnxl/example_precooler_l.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage/images.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage.jpg

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

64 komentářů ke článku “Milník motoru pro kosmické letadlo”

  1. tonda napsal:

    Děkuji za přehledný a shrnující článek o tomto motoru.Já už jsem si myslel,že tento motor byl v tichosti zrušen a mám radost,že tomu tak není!Super!

  2. H7 napsal:

    Pěkné…
    Nemá někdo podrobnější info o principu chlazení? Za 50ms o 1000°C řádové na metrech při takových objemech vzduchu? To je masakar.
    H7

  3. Josef napsal:

    Přečetl jsem si i jeden z dřívějších článků o této problematice na Kosmonautixu včetně diskuse a stále postrádám jednu klíčovou informaci – kam se vlastně odvádí teplo z předchladiče? Jako fyzika by mne to docela zajímalo. Jinak se mi zdá že rozpočty na vývoj tohoto motoru jsou docela nízké – kolik lidí na tom vlastně pracuje? A nakonec – v předchozím článku(březen 2019) byla zmínka, že se na tom pracuje už třicet let. Trošku mi to připomíná jadernou fůzi – před čtyřiceti léty jsem o ní četl že bude za třicet let, teď čtu zase že za třicet let. Jsem možná konzervativní ale v kosmonautice spíše spoléhám na Spacex.

    • Jolinar napsal:

      Presne jak pisete, taky nechapu kam se odvadi to teplo…

      A proc vlastne nemuze jit horky vzduch do spalovaci komory? Nemel by snad vetsi emergii? Tedy vetsi vykon?

      • Karel Zvoník napsal:

        Vysoká teplota by poškodila motor. Například lopatky turpočerpadla nebo stěny motoru. Jsou dvě možnosti buď postavit motor z odolných materiálů, jako například nikl. Což by drasticky zvedlo i jeho hmotnost nebo prově pokusit se horký vzduch ochladit. Chladícím médiem je kapalné helium, které proudí bludištem mnoha a mnoha malých trubiček v předchladiči.Teplo končí v lázni kapalného helia, kde se o správnou teplotu stará tepelný výměník HX3, který má za úkol udržovat stalou teplotu helia.

        • Josef napsal:

          Teplo končí v lázni kapalného helia, kde se o správnou teplotu stará tepelný výměník HX3, který má za úkol udržovat stalou teplotu helia. No a co se stane s tím teplem dále? Druhá věta termodynamiky je jasná, teplo se samovolně přenáší pouze s tělesa teplejšího na chladnější.

          • Karel Zvoník napsal:

            To záleží na fázi letu. Podminky se v motoru budou samozřejmě měnit. Navíc úplné detaily nejsou známé, což je pochopitelné, když uvážíme, že se jedná o novou technologii. Nějaké přebytečné teplo by měly zpracovávat také ramjety po stranách motory, což dodá i tah.

          • Rostislav Hučka napsal:

            Pokud si dobře pamatuji, tak by se mělo používat pro ochlazování palivo (kapalný vodík) podobně jako se regenerativně chladí trysky běžných raket. Nemůžu to ale teď na webu https://www.reactionengines.co.uk. najít

          • Karel Zvoník napsal:

            Kapalný vodík bude chladit pouze hélium v předchladiči. Pro zajímavost uvedu, že předchladič obsahuje 50 km tenkostěnných trubiček umístěných v jednotce jejíž stěny jsou tenčí než lidský vlas.

          • Josef napsal:

            Ted reaguji na to, co p. Zvoník napsal ve 12:00. Nepochybně máte pravdu, že o této nové technologii zatím mnoho informací nemáme. Já si dokonce myslím, že nás firma spíše záměrně mate, jinak by jednoznačně vysvětlila základní otázky spojené s touto konstrukcí a nemuseli bychom spekulovat nebo uvažovat o vysvětleních, která jsou v elementárním rozporu s termodynamikou. Ani v cizojazyčných zdrojích (pokud jsem hledal) nebyla jednoznačná vysvětlení. U klasické kosmické techniky (třeba Falcon 9) na takové rozpory nenarazíte. To jsou důvody mého skeptického postoje k celému projektu.

          • Karel Zvoník napsal:

            Dá se toho najít poměrně dost, ale přesné detaily chybí. Jak jsem napsal výše motor bude vytvářet termální energii kterou využijí postranní ramjety. Doplním ještě, že hélium bude ochlazováno kapalným vodíkem. Pošlu Vám odkaz na detailnější práce ohledně výměníku tepla.
            https://web.archive.org/web/20110725042437/http://www.reactionengines.co.uk/downloads/Heat%20exchanger%20development%20at%20REL%20IAC%2008%20C4.5.2.pdf

          • Jolinar napsal:

            pokud by se pro chlazeni vzduchu pouzilo kapalne palivo pak by to davalo smysl. Ale pak je otazka zda je tepelna kapacita paliva dostatecna i pro regenerativni chlazeni trysky…

          • Antocyanin napsal:

            Osobne dost pochybuji, ze to helium bude kapalne, protoze jeho heatsink bude kapalny vodik o teplote 22K, zatimco helium 4 kapalni pri 4.2K. Je samozrejme mozne, ze toho dosahnout stlacenim, ale prijde mi to tepelne dost daleko, nicmene fazovy diagram helia z hlavy neznam. Muj odhad je, ze helium bude plynne uz jenom proto, aby ten tepelny vymennik mohl byt co nejsubtilnejsi a mel co nejvetsi plochu.

            Nicmene pokud vyrobce pise, ze helium byde kapalne, tak verte vyrobci a ne me :-).

            Jsem rad, ze se v kosmonautice konecne odehrava nejaky pokrok. Po Elonove: „opraskeme Von Braunuv motor z druhovalecne A4 a udelame ho z lepsich materialu“ to docela potesi. Tim nechci rict, ze SpaceX neudelala nic noveho (i pristani 1. stupne i full-flow staged combustion Raptor jsou super veci), ale mezi SABRE a Merlinem je rozdil asi jako mezi prvnim prototypem spalovaciho motoru a motorem z druhovalecne A4 (take zname jako V2).

            Jeste poznamka k jednotkam – nevim jako ostatni ctenari, ale ja jsem nikdy a nikde nevidel udavat specificky impuls jinak nez v sekundach. Clovek se zamysli, vydeli to 9.8106 a je tam, ale je to nezvykle.

          • Karel Zvoník napsal:

            Jednotky jsem převzal z webu Reaction Engines Ltd, Britové jsou prostě trochu jiní. 🙂 Jinak nevylučuji ani hélium v plynném stavu.

          • Dušan Majer napsal:

            Používají se obě verze. Lehce jsem ten rozdíl nakousnul v tomhle článku o specifickém impulsu.

          • Petr Šída napsal:

            Na druhé straně musíte mít něco, co teplo odebere, to je asi jasné, proč by měl být motor proti zákonům mi není jasné

            na jedné straně tam máte chladný vodík, který je třeba ohřát, na straně druhé tam mohou být radiátory

            proč firma není sdílná, uvědomujete si, jak progresivní projekt to je? a jaké může být jeho využití? Sdílet něco takového …

            vzpomeňte na vojáky

          • Karel Zvoník napsal:

            Jinak v tom jmenovaném předchozím článku z března jsem vytvořil grafiku, kde je vše poměrně jednoduše vysvětleno.
            Grafika zde: https://i0.wp.com/www.kosmonautix.cz/wp-content/uploads/SABRE-blog.jpg?ssl=1

          • Josef napsal:

            Děkuji za odkaz na článek, hodně se vysvětlilo. Chlazení héliem (to je samozřejmě v plynném stavu)je zřejmě z bezpečnostních důvodů – v případě přímého chlazení vodíkem a porušení trubek výměníku by vodík okamžitě začal hořet a způsobit destrukci celého výměníku. Hélium má předávat teplo kapalnému vodíku. Při zkouškách vývojového exempláře použili místu vodíku dusík z důvodu výše uvedených, to by ale nemělo pozorného čtenáře zmást.

        • Vojta napsal:

          To je jen jedna část problému. Druhá je v tom, že horký vzduch má příliš nízkou hustotu a i kdyby turbína teplotu vydržela, nezvládla by ho stlačit tolik, aby dokázal okysličovat dostatečné množství paliva. Respektive aby to dokázala, musela by vydržet i mnohem větší tlak a byl by na ní i mnohem větší požadavek na výkon. Precooler řeší všechny tyto problémy, ale sám je nesmírně složitým zařízením, takže se logicky musí řešit problémy s ním.

          • JosVerstapen napsal:

            Helium určitě nebude plynné, už jenom z toho důvodu že se hovoří o vysokotlakém heliu. Ta cirkulace celého pre-cooleru je jejich know-how a kdyby chtěli tak na jejich stránkách by se tím určitě pochlubili.
            Celý systém chlazení a předávání tepla z jedné složky do druhé je skutečná revoluce tak aby to bylo funkční.
            Dle mého soudu, horký vzduch předá kapalnému heliu teplo a to se odvede směrem k výtoků plynu motoru, kdy se zvětší průtok helia a přejde z kapalného do plynného a teplo se částečně vyzáří vně.
            Pak se opět stlačí za vyšších tlaků a použitím kapalného dusíku zpět do kapaliny a okruh se opakuje!
            Každopádně ve specifikaci pre-cooleru, se psalo jak o kapalném heliu, o kapalném kyslíku tak i o kapalném dusíku!! Ale jak přesně vše funguje, abychom pochopili odvod obrovského tepla a neporušení termodynamického zákona, to se asi teď nedozvíme.

            Ještě podotknu, že i přímo ministerstvo obrany UK dalo 10M liber na vývoj. V minulosti to byl Boeing HorizonX Ventures a Rolls-Royce

          • ventYl napsal:

            Pre mna je tato technologia zaujimava aj preto, ze ak nejako zasadne vylepsili konstrukcne riesenie pre-coolera, resp. vseobecne heat-exchangera so specifickymi poziadavkami na mass-flow na primarnej strane (predpokladam nizke tlakove straty, aby cerpacia ucinnost celeho motora bola rozumna), moze tento vyskum najst uplatnenie trebars aj pri heat exchangeroch Stirlingovych motorov. Uz v 80. rokoch napr. NASA skumala vyuzitie Stirlingovho motora v pozemnych aplikaciach ale vtedy to cele defakto skapalo na prilis rozmernom a komplikovanom exchangeri. Ak by tato vec aj bola komplikovana, ale bola podstatne kompaktnejsia na jednotku vykonu, dalo by sa s tym mozno nieco robit.

          • JosVerstapen napsal:

            Takže hlavní pointa předání tepla je že hélium je potom chlazeno kapalným vodíkem z hlavní nádrže před tím, než je spáleno v motoru.
            Víc by mohlo pomoci k porozumění od Richard Varvill: https://web.archive.org/web/20110725042437/http://www.reactionengines.co.uk/downloads/Heat%20exchanger%20development%20at%20REL%20IAC%2008%20C4.5.2.pdf
            Zkouším si to přeložit nejsem ale tak dobrý EN. Abych některé věci nepochopil špatně

  4. Majo napsal:

    No neviem neviem.Takéto 30 ročné projekty a furt nič.Aj tak sa zatiaľ všetci spolehajú na SpaceX.A skutočné cestovanie po slnečnej sústave možno s NTP.

  5. Jiří Kos napsal:

    Neschladí nakonec naděje na větší využití tohoto způsobu dopravy do vesmíru kritický nedostatek hélia, které, jak jsem se nedávno dozvěděl, se ani nedá na Zemi nijak vyrobit?

  6. Jiří Kos napsal:

    Děkuji za vysvětlení. Ovšem problém s nedostatkem hélia obecně stejně bude. Snad má být nějaké na Měsíci …

  7. pbpitko napsal:

    Neverím ani za mak tomu že sa to podarí zrealizovať !

    • Dušan Majer napsal:

      Naštěstí technika postupuje bez ohledu na to, zda její realiazci někdo věří nebo ne. Stačí se podívat, kolik lidí nevěřilo vlakům, autům, raketám, nebo motorickému přistávání prvních sutpňů. 😉

      • xxl napsal:

        tak ludia na druhej strane verili aj tom, ze je mozne vytvorit perpetum mobile, ale premenit olovo na zlato buchanim kladiva, alebo najnovsie verili vo funkcnost emdrive pohonu 🙂 ten dokonca aj nasa otestovala a vraj to funguje az sa nakoniec prislo na to, ze to nefunguje, ale predtym nasa potvrdila jeho funkcnost 🙂

        takze nie vsetko na com pracuju studovani ludia a seriozne organizacie je realne. niektore veci su proste nerealne, napriek tomu, ze tu budete davat priklady o tom ako sa veci ktorym ludia neverili staly skutocnymi, lebo rovnako plati aj opak

        • ldx napsal:

          Ach jo. Věřit něčemu (racionálně) je o tom mít nějaký ukazatel a k němu směřovat. Zatímco Perpeetum mobile a podobné věci od začátku byly a jsou v rozporu s logikou a samozřejmě základními fyzikálními principy. Je to SLEPÁ víra.

          U vědeckých projektů je princip a cíl jasný, ukazatele jsou a víra pak vychází z fundamentu, který není v žádném rozporu s logikou a fakty. Většinou je pak realizace věcí času (vývoj potřebuje čas), celkového pokroku a investovaných peněz. A dokud nejsou splněny tyto tři podmínky, realizace se nedočkáme. Ale můžeme v to oprávněně věřit…

          Dá se s tím samozřejmě různě hrát, navýšením některé ze složek můžeme částečně kompenzovat nedostatek u jiné (například více peněz znamená více lídí ve vývoji a tím kratší čas). Takže si položte otázku, která nebo které z těch podmínek nejsou splněny a bude vše jasné.

      • tycka napsal:

        „motorickému přistávání prvních sutpňů“
        Spousta – neříkám, že to jsem já – tomu nevěří stále. Lépe řečeno nevěří, že se to ekonomicky vyplatí a SpaceX považují stále jen za jeden velký tunel na peníze investorů.

        • Dušan Majer napsal:

          Zeptám se tedy, co ti lidé považují za dostatek startů s použitými stupni, aby změnili názor? Zdá se, že jim dosavadních 26 nestačí. Bude stačit 50 nebo rovnou 100?

          • Libor napsal:

            kdyby šlo o jednu a tu samou trubku, tak už by se o znovupoužitelnosti dalo mluvit

          • tycka napsal:

            Třeba opakované použití stejného nosiče v rekordně krátké době. Odpadl by jejich argument, že podle názoru odborníku z jiných vesmírných agentur je prý nosič kompletně rozebrán a vše pečlivě a nákladně zkontrolováno

      • tycka napsal:

        Ono se často podaří zkonstruovat a vyrobit funkční vzorek. Jenže následná sériová výroba, by byla tak nákladná, že za danou cenu by si výrobek koupil jen málokdo. Takže výroba proto vůbec nezačne – jednoduše by se rozjezd výroby ekonomicky nevyplatil.

    • Karel Zvoník napsal:

      Teď je otázka čemu nevěříte, že se podaří vyvinout motor SABRE nebo kosmický letoun? Ke kosmickému letounu je pravda ještě daleko, ale již teď lze říci, že se týmu povedla menší revoluce, protože mají evidentně nejefektivnější chladící jednotku na světě, která by mohla najít uplatnění i v jiných motorech. Již teď lze hovořit o obrovském úspěchu, byť to není úplně zřejmé.

  8. Geo napsal:

    Tak mají chladič, tak ještě ten motor !
    Ne to je vtip
    Myšlenka zajímavá řešení obtížné !

  9. pave69 napsal:

    Držím jim palce a i když všechno vyřeší, tak vidím velký problém v „nečistotách“ vzduchu – např. ptáci. Vzhledem ke konstrukci precooleru způsobí i malý předmět v těch mikrotrubičkách mnohem větší masakr než u lopatek dnešních turbodmychadel. Možná budou muset startovat na jiné motory a na SABRE přepnout až někde v 10-15 km..?

  10. Jirka napsal:

    Nenašli jste někde jak se takový motor bude nahazovat? Kde vezmou dostatečný tlak helia na prvotní roztočení turbíny kompresoru? Nebo tam bude další pomocná jednotka?

    • Karel Zvoník napsal:

      SABRE má i předspalovací komoru tzv. Preburner. Motor nasaje vzduch, který projde předchladičem. Předchlazený vzduch turbokompresor dále stlačí a doputuje do komory předspalování, kam je také přiváděn vodík z nádrží. Vznikne plyn, který roztočí turbínu pohánějící čerpadla a kompresory. Plyn pak dále pokračuje do hlavní spalovací komory raketového motoru, kde se smísí s dalším vodíkem a proběhne úplné spalování. Vzduch, který neprošel předchladičem, obejde spalovací komoru a přes nízkotlaký kompresor přejde do komory ramjetu, který vytvoří další, přídavný tah. Turbo kompresor (TK) je podobný těm z konvenčních proudových motorů, ale pracuje při abnormálně vysokém tlaku, což usnadňuje právě nízká teplota předchlazeného vzduchu, a TK je poháněn plynovou turbínou, která pracuje s odpadním teplem vzniklém v héliovém okruhu.

  11. Hawk napsal:

    Na to jaky ma technologie potencial mi prijdou investice necelych 70 mil.EUR (10 mil. ESA + 58 mil. UKSA) pomerne smesne. Prekvapuje me tez absence investic z vojenskeho sektoru.
    Jedine vysvetleni je, ze pravdepodobnost uspechu je opravdu mala a nikdo se nechce finance spalit, ci v pripade zachazeni s verejnymi prostredky zodpovidat.

  12. Tomáš Pilař napsal:

    v nasávaném vzduchu je kyslíku jenom 21%, popsaný systém znamená, že se ochladí všechen vzduch. 4/5 hmotnosti (=dusík) musím ochladit, ale nedokážu použít při spalování (pokud nepočítám produkci oxidů dusíku). Ochladit přenesením tepla do spalovaného vodíku moc nejde, protože vodík je lehoučký (Ar=1, a přitom je potřeba ochladit směs s Ar=cca 15. Hmotnostně jdou dva díly vodíku proti 75 dílům vzhuchu.
    Na celém konceptu nacházím 2 významné podivnosti:
    – kam bude odvedeno teplo ze vstupujícího stlačovaného vzduchu
    – jaká je efektivita raketového motoru, když se ve spalinách toulá 4/5 balastu, který se neúčastní reakce

    poznámky:
    Ar= relativní atomová hmotnost („r“ má být jako spodní index)
    Ar jsem zaokrouhloval (pro kupecké počty nemá smysl se hrabat s desetinkami, když mi to nevychází o parník)

    • Karel Zvoník napsal:

      Ještě Vám to tedy zkopíruji, možná jste si toho nevšiml: Motor nasaje vzduch, který projde předchladičem. Předchlazený vzduch turbokompresor dále stlačí a doputuje do komory předspalování, kam je také přiváděn vodík z nádrží. Vznikne plyn, který roztočí turbínu pohánějící čerpadla a kompresory. Plyn pak dále pokračuje do hlavní spalovací komory raketového motoru, kde se smísí s dalším vodíkem a proběhne úplné spalování. Vzduch, který neprošel předchladičem, obejde spalovací komoru a přes nízkotlaký kompresor přejde do komory ramjetu, který vytvoří další, přídavný tah. Turbo kompresor (TK) je podobný těm z konvenčních proudových motorů, ale pracuje při abnormálně vysokém tlaku, což usnadňuje právě nízká teplota předchlazeného vzduchu, a TK je poháněn plynovou turbínou, která pracuje s odpadním teplem vzniklém v héliovém okruhu.

      • Tomáš Pilař napsal:

        Já jsem si toho všiml, jenom mi to nedává smysl, tak jsem doufal, že mi to někdo vysvětlí „jako pro blbýho/ oklikou/ z druhé strany“. Furt nechápu, kam se ztratí teplo odebrané předchladičem a snažil jsem se dopočítat, že to do vodíku nemůže být, protože zchlazovaných plynů je hmotnostně 37x víc, tak se vodík dávno změní na plyn (a nepůjde čerpat turbočerpadlem = dodávat v dostatečném množství do spalovací komory) než se teplota vstupujícího vzduchu sníží byť jenom k 0stC. O tom, že by vstupující vzduch byl zkapalněn, ani nemluvě (a pak ho nejde nacpat do spalovací komory…).
        Prosím jako pro blbýho, zkuste mi to rozebrat (alespoň rámcově), jaký podíl vzduchu má jít předchladičem, o kolik má být zchlazen. Z toho třeba dokážem doodhadnout, jestli skupenské teplo vodíku může s tím mít něco společného alepoň řádově. Zatím pro mě nikoli. Tepla odebraného do helia je taky potřeba se zbavit a taky netuším jak.

        • Karel Zvoník napsal:

          Všechny dostupné informace tu už v podstatě byly napsány. Jaký podíl, kolik co čeho prostě není veřejnosti známé. Vstupující vzduch nebude zkapalněn a odebrané teplo skončí v přídavném spalování a část využije motor k pohonu některých částí jako například turbo kompresoru, respektive plynové turbíny, která využije teplo odvedené z předchladiče. Toto je ovšem uvedeno už v příspěvku, který jsem Vám zkopíroval.

          • Tomáš Pilař napsal:

            Děkuji za reakce, už z dostupných dat nic nevykoukáme (a fyzikálně mi to dál nedává smysl).

        • josef napsal:

          Vaše kvantitativní úvaha není fyzikálně správná. Na spálení dvou molů vodíku potřebujete jeden mol kyslíku, tedy zhruba pět molů vzduchu (vodík, kyslík i dusík jsou plyny z dvouatomovými molekulami, bagatelní složky vzduchu neuvažujeme). Plyny s dvouatomovou molekulou mají stejná molární tepla (v plynném stavu), úvaha o hmotnostních poměrech je chybná, je třeba uvažovat poměr látkových množství plynu a to je 2 ku 5 (vodík v poměru ke vzduchu), což je daleko příznivější než 1 ku 37 jak tvrdíte. Navíc je zde bonus v podobě vypařování kapalného vodíku. Celé to dává daleko lepší fyzikální smysl než tvrdíte.

          • Tomáš Pilař napsal:

            Máte pravdu (dogooglil jsem si to), ten parník je menší než jsem si myslel. Zkuste se mnou uvažovat, nemůžu se zbavit dojmu, že je dodávána směs trochu chybných informací, aby to nemohl nikdo zopakovat (nebo zkontrolovat).
            Raketový motor si nemůže užít atmosférického kyslíku, protože je zařízený (provozní tlaky, provedení čerpadel,..) na kapalná paliva. Takže atmosférický let musí být na ramjet (neptejte se mě, jak se celé letadlo rozhýbe na rychlost, kdy to začne fungovat). Pokud se podaří rozdělit vstupující vzduch na teplý a studený proud (např. všechen vzduch stlačím – malou část ochladím tepelným výměníkem – a můžu ještě trochu stlačit – zapálím – na výstupu smíchám s teplým proudem), tak to třeba může fungovat trochu lím než se běžně u ramjetu předpokládá.
            Jenomže to pak musíme připustit, že informace o použití vzduchu v ratetovém motoru je chybná, informace o využití odpadního tepla z heliového okruhu je chybná… Asi lze uplácat několik dalších scénářů, podle toho, které z dostupných informací budem ignorovat

          • Josef napsal:

            S Vašimi závěry souhlasím. Domnívám se, že chlazení vzduchu má umožnit použití tryskového či náporového motoru do vyšších rychlostí. Protichůdné informace jsou dány neúplnými zdroji (ta technologie by se hodila i pro hypersonické střely) nebo jejich nepřesným výkladem (viz jeden z mých dřívějších příspěvků o chlazení dusíkem).

  13. Peter Kandráč napsal:

    je to zaujímavé, ale fyzikálne mi to celé veľmi nedáva zmysel. Keď som videl tú grafiku, tak mi hneď napadli rakety systému Krug zo 60-tych rokov. Viď: https://www.valka.cz/1147-2K11-Krug
    Tie boli samozrejme oveľa jednoduchšie, ramjety na letecký petrolej, naštartované raketovými motormi na tuhé palivo, ale parametre mali celkom pôsobivé aj na dnešnú dobu.
    Celý ten systém sa mi javí prekomplikovaný. Náporový vzduch sa ochladí vo výmenníku s héliom, ktoré potom poháňa turbínu a tá zase turbokompresor, ktorý héliom ochladený vzduch opäť stlačuje (a tým nevyhnutne zahrieva) a púšťa do spaľovacej komory. Aké bude skupenstvo jednotlivých zložiek môžem len špekulovať, ale je sakra dôležité či sú turbíny konštruované na kvapalinu, alebo plyn. Veľa kvalitných pochybností tu už dal Tomáš Pilař a ani jedna nebola uspokojivo vysvetlená, väčšinou s odkazom na firemné tajomstvo. Áno, aj to existuje, ale 30 rokov vývoja a nič prakticky využiteľné? Taký aerospike už preukázal funkčnosť a je o dva rády jednoduchší.
    Ale ten superrýchly tepelný výmenník by mohol byť prínosom inde, napr. ako tu bolo spomenuté pri Stirlingových motoroch.

  14. Tomáš Pilař napsal:

    Jdu brutálně s křížkem po funuse (dlouho jsem byl mimo provoz, omlouvám se). Kdyby někdo se mnou chtěl nahlas uvažovat co z presentované technologie dává smysl, dopustím se následujících předběžných úvah:
    – vstupující vzduch nelze ochladit, tak aby kondenzoval, protože teplo není kam odvést a bylo by nezbytné ochladit i dusík (4/5 práce by bylo zmařeno)
    – ramjet nemůže využívat spalovací komoru raketového motoru, protože ta je optimalizovaná na vysoké tlaky (čerpadla paliva a okysličovadla jsou v raketách dimenzované na přepravu kapalných látek pod vysokým tlakem a spalovací komora dtto), udělat to jinak zahodíme kus efektivity
    – mohlo by dávat smysl rozdělit vstupující vzduch na dva proudy, jeden stlačit v předstihu (tím se ohřeje)a teplo přenést do druhého zatím nestlačeného. Vznikne horký a studený proud, studený proud lze ještě víc stlačit a dosáhnout jinak nedosažitelné efektivity ramjetu. Chladič přenášející teplo mezi proudy by mohl být naplněný heliem (helium v plyné fázi se používá pro chlazení generátorů, tak je tam třeba nějaká souvislost)

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.