¿Cómo logra el preenfriador del motor Sabre un desempeño tan alto?

El artículo de BBC News Rolls-Royce y Boeing invierten en un motor espacial del Reino Unido sobre Reaction Engines Limited (REL) y sus estados de motor Sabre

REL está desarrollando lo que llama el motor Sabre. Esta planta de energía está diseñada para empujar un vehículo desde un punto de partida hasta la órbita en un solo paso.

Funcionaría como un motor a reacción convencional hasta aproximadamente Mach 5,5 (5,5 veces la velocidad del sonido) antes de pasar al modo cohete para el resto del ascenso.

Las tecnologías clave incluyen un intercambiador de calor de preenfriador compacto que puede tomar una corriente de aire entrante de más de 1000 °C y enfriarla a -150 °C en menos de 1/100 de segundo . Esto permitiría a Sabre usar oxígeno directamente de la atmósfera para la combustión en lugar de transportarlo en un tanque con la penalización de peso que ello implica. (énfasis añadido)

Un cambio de temperatura de 1000C a -150C expresado en términos absolutos es de aproximadamente 1273 K a 123 K, o más de un factor de 10 en temperatura absoluta, y en menos de 10 milisegundos.

¿Cómo funciona el preenfriador? ¿Cómo puede enfriar un flujo continuo de aire tan rápidamente a un volumen tan alto y seguir siendo físicamente pequeño y lo suficientemente liviano como para ser solo un componente de este asombroso motor?

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arriba: "Sabre funcionaría como un motor a reacción en la atmósfera inferior y como un motor de cohete en la alta atmósfera". De la BBC . Crédito: REL

"¿Cómo funciona el preenfriador?" – Hasta donde yo sé, no lo hace. Ha habido una demostración de viabilidad, lo que básicamente significa que un grupo de científicos han agitado sus manos lo suficientemente furiosamente como para convencer a un grupo de políticos de que, dadas cantidades ilimitadas de dinero, mano de obra y tiempo, existe la posibilidad de que realmente funcione en algún momento. tiempo no especificado en el futuro. O algo así.
@JörgWMittag Eso es incorrecto. Han demostrado que el preenfriador funciona, ejecutando uno en un banco de pruebas. Eso atrajo inversiones no de políticos, sino de compañías de defensa estadounidenses.
Aparentemente lo han demostrado a satisfacción de DARPA, USAF y Boeing. El hecho de que no vayan a divulgar la tecnología patentada ganada con tanto esfuerzo a la prensa no lo convierte en "handwavium".

Respuestas (2)

Utiliza muchos tubos ridículamente finos: unos 50 km en una unidad con paredes más delgadas que un cabello humano.

Cada unidad consta de unos 20-30 módulos, cada uno de los cuales consta de miles de tubos paralelos dispuestos muy juntos en una sola espiral de revolución. El helio, enfriado por el combustible de hidrógeno líquido (a menos de 20 K) entra en la espiral por el borde interior de la espiral y sale por el borde exterior.

Los módulos están intercalados y el aire pasa a través de 20 conjuntos de tubos progresivamente más fríos desde el exterior hacia el interior.

Así que básicamente es un área de superficie masiva sobre la que el aire pasa muy de cerca. El poco tiempo que tarda se debe a la velocidad con la que pasa el aire a través del sistema.

IIRC, las cotizaciones más recientes de la compañía lo tienen cayendo 1000 C en 1/25 de segundo.

Para una descripción un poco más técnica, vale la pena leer el artículo de IAC " HEAT EXCHANGER DEVELOPMENT AT REACTION ENGINES LTD ".

¿Tienes algunas referencias para leer más?

Hay algo de información en línea . Resumiendo, parece ser una cuestión de mejoras incrementales. En comparación con otros intercambiadores de calor, usan tuberías de refrigerante más pequeñas y de paredes más delgadas, tienen una geometría inteligente, etc. Wikipedia tiene información complementaria, incluida la razón para usar un circuito cerrado de helio para el enfriador, en lugar de usar directamente el combustible LH2 ( evitando la fragilización por hidrógeno). Una tecnología clave es el sistema de prevención de formación de hielo que consiste en inyectar metanol en la vía del aire. Este artículo describe esto un poco. Ahorran metanol capturando el metanol (ahora algo húmedo) y reutilizándolo en lugares donde los requisitos de descongelación son menos exigentes.

¿"mejoras incrementales" sobre qué? Esta es una buena respuesta, pero sin comprender cómo funcionan los preenfriadores de los motores de transición de aire a vacío anteriores , esta respuesta no me ayuda a comprender cómo funciona este. ¿Es posible agregar una explicación del principio subyacente? ¡Gracias!
¿Es solo que los tubos tienen un diámetro tan pequeño que las moléculas chocan con tanta frecuencia con ellos? ¿Se impide el flujo laminar en estos tubos, o todavía se produce el enfriamiento por convección transversal al flujo, sin contacto directo?
Incremental sobre el estado del arte en intercambiadores de calor, supongo. Obviamente, esta es la primera vez en esta aplicación, pero los intercambiadores de calor de una forma u otra son una tecnología muy bien desarrollada. es.wikipedia.org/wiki/…
¿Cómo logra el preenfriador del motor Sabre un desempeño tan alto?
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