Motore SABRE


#1

Salve mi chiamo Ennio, per gli amici Bubba. Mi piacerebbe capire il funzionamento del motore SABRE, che concettualmente è molto diverso da un normale scramjet. Se qualcuno mi potesse dare una risposta tecnicamente precisa, lo ringrazio fin da adesso moltissimo.


#2

Intanto benvenuto nel forum! :slight_smile:
Venendo alla tua domanda, il motore SABRE (in pratica quello che equipaggerà il razzo Skylon) funziona in modalità esoreattore, quindi utilizza ossigeno atmosferico, fino a una quota di 26 km e a una velocità di Mach 5 se non ricordo male (1.6 km/s), poi passa in modalità endoreattore per le fasi finali dell’ascesa verso l’orbita, utilizzando l’ossigeno contenuto nei serbatoi. Penso che quest’immagine possa esserti utile: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sabre-model.jpg


#3

So che la Marquardt, una ditta americana che lavorò molto sugli statoreattori negli anni '50 e '60, aveva ideato un sistema chiamato LACE nel quale, contrariamente ad uno statoreattore normale, l’ossigeno atmosferico veniva separato dall’azoto e liquefatto prima di essere utilizzato come comburente, e che per il SABRE si sono ispirati a questa architettura. Ma non mi è chiaro che vantaggi ci siano rispetto ad uno scramjet che utilizzi aria normale.


#4

L’ossigeno brucia di più rispetto alla normale d’aria. :star_struck:


#5

Inoltre, se viene liquefatto, a parità di volume c’è molto più comburente in massa, e il salto termico è enormemente più alto…
Mi chiedo solo come facessero a separare/liquefarre l’ossigeno, in volo ed a un ritmo elevato come quello richiesto dall’alimentazione di un endoreattore… O.O


#6

Ma certo, l’ossigeno puro come comburente è molto più efficiente dell’aria normale, dovevo pensarci subito. Se l’argomento vi interessa, possiamo leggerci questo intanto, http://www.reactionengines.co.uk/downloads/JBIS_v56_108-117.pdf e, se avete voglia di aiutarmi in una ricerca più approfondita, vi ringrazio fin da adesso.


#7

Spinta: 1350 kN a livello del mare, 1800 kN nel vuoto.
Rapporto spinta-peso: fino a 14.
Se vuoi saperne di più, forse questo può interessarti. http://en.wikipedia.org/wiki/SABRE_(rocket_engine)


#8

“Skylon and Sabre aren’t entirely conceptual, either. The heart of the Sabre, the bleeding-edge precooler which will almost-instantly liquefy oxygen from the air has been tested for real and its main obstacle - the matter of not having the precooler clog itself up with ice from water vapour in the air - has been overcome.”

http://www.theregister.co.uk/2012/05/18/space_business_spaceport_report/page2.html


#9

sarebbe molto interessante capire come siano riusciti risolvere il problema della solidificazione del vapore d’acqua contenuto nell’aria alle bassissime temperature a cui lavora lo scambiatore di calore a elio liquido che serve liquefare l’ossigeno.

facendo un OT, questo problema è quello che impedisce il funzionamento dei motori ad aria compressa per autotrazione utilizzati, per esempio, nella tanto pubblicizzata vettura EOLO di qualche anno fa.


#10

Su Wikipedia ho trovato questo schema:


#11

Come ha scritto Matteo Carpentieri
https://www.astronautinews.it/2012/11/29/altro-passo-in-avanti-per-lo-spazioplano-skylon/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=altro-passo-in-avanti-per-lo-spazioplano-skylon
“La tecnologia chiave del propulsore è la tecnologia di pre-raffreddamento, progettata per portare la temperatura dell’aria in ingresso al motore da oltre 1000°C a 150°C sotto zero in meno di un centesimo di secondo, il tutto senza che si formino particelle di ghiaccio. I test appena effettuati hanno dimostrato la viabilità di questo importante componente, riuscendo a portare l’aria alla temperatura richiesta senza la formazione di brina”

Chissà come avviene questo miracolo… ?


#12

Per completezza riporto anche qui: ESA finanzia lo sviluppo di SABRE.
Prototipo dimostratore atteso per il 2020.


#13

C’è un articolo su Sabre in Aviation Week, dovrebbe essere pubblico: http://aviationweek.com/technology/reaction-engines-refines-hypersonic-engine-demonstrator-plan
Pare che puntino ad un dimostratore da “solo” 20 t di spinta, 1/4 del nominale, da provare a terra o appendere ad un jet per i test in volo.
Lo scambiatore elio/aria, cuore del progetto, dovrebbe portare l’aria da 1000 °C a -150 °C in meno di 1/100", attraverso una giungla di 2000 km di tubetto da 1 mm con parete di 20 micron, percorso da elio gassoso a 300 bar. Sono 6000 m2 di area di scambio, lascio ad altri fare i calcoli di fattibilità :smiley:
Si parla della seconda metà degli anni '20, stay tuned.

Dimenticavo, ecco lo scambiatore:


#14

Sì, ho visto questo “coso” dal vivo all’ultimo Farnborough Air Show. Non so se funzionerà, ma di certo è impressionante.


#15

Da +1000 a -150 in un centesimo di secondo! Veramente impressionante!


#16

Nuovi investimenti per Sabre: in costruzione lo stabilimento dove verrà costruito e collaudato.
http://aviationweek.com/technology/reaction-engines-begins-test-facility-construction


#17

Speriamo che la politica dei piccoli passi paghi… e Sabre vada avanti!


#18

non è più semplice portarsi dietro già l’ossigeno liquido piuttosto che l’elio liquido per produrlo?


#19

C’è una bella notizia, che pesco da Aviation Week.
Reaction Engines sta allestendo uno stand di prova al Front Range Airport, vicino a Watkins, Colorado. Qui un motore a getto J79, derivato da un F-4 Phantom, fornirà gas caldo a oltre 1000 °C per provare lo scambiatore di calore del Sabre, quello che dovrebbe portare il gas da 1000 °C (temperatura dinamica dell’aria viaggiando a Mach 5) a -150 °C in 20 millesimi di secondo. L’aria verrebbe poi compressa da un turbocompressore, mescolata con idrogeno liquido superraffreddato, e provvederebbe alla spinta, almeno fino alla quota di 30 km.
Reaction sta completando lo scambiatore presso i laboratori in UK, in vista di un test nell’estate.
Lo stand di prova è a seguito di un interesse del DARPA per questa tecnologia, che ha garantito a Reaction un contratto nel 2017. Anche Boeing, Rolls-Royce e BAE Systems stanno investendo in Reaction.

Questa è la vista del test stand:

Il motore a getto è a destra, con uno spillamento dei gas caldi verso lo scambiatore di calore, che è nell’edificio
Questa è una vista di massima del motore, lo scambiatore è la parte bianca a sinistra:

Credito immagini Guy Norris/AW&ST, l’articolo è riportato integralmente in https://www.reactionengines.co.uk/turbojet-runs-precursor-hypersonic-engine-heat-exchanger-tests/

Commento personale: vedere che enti come DARPA, Boeing, RR e BAE investono pesantemente in questo progetto è incoraggiante. Significa cche qualcun altro ha verificato i dati del progetto, e che forse è fattibile, anche se ci sono dubbi sulla scalabilità.


#20

Grazie Marco per la bella notizia, ma anche per i dettagli con cui l’hai corredata!

Sono andato a vedermi il concetto di temperatura dinamica, che mi ricordava quello di temperatura cinetica.
Se ho ben capito la differenza è che nel primo caso le particelle si muovono in un flusso (come in un motore a getto), nel secondo invece le particelle hanno traiettorie differenti, avendo pochissima probabilità di scontrarsi a causa della… “rarefattezza”.

Poi ho letto che esiste una temperatura totale che è data dalla somma della temperatura dinamica + la temperatura statica (quest’ultima è la temperatura come siamo abituati a pensarla noi della troposfera cioè quando le particelle sono tante e si urtano e la velocità del flusso è trascurabile).

Tutto giusto fin qui?

Allora ditemi un po’:
in una bella giornata senza vento un termometro segna 25°C. Se la stessa massa aria si mette a fluire (senza comprimersi) in una piacevole brezza cosa segnerà il termometro? la temperatura totale, quindi un valore leggermente maggiore di 25°C?