Allison T40

Le T40 ainsi créé combinait deux sections de puissance Allison T38-A-1 côte-à-côte, avec une boîte à engrenages commune entraînant deux hélices contrarotatives. Bien que cette disposition semble similaire à celle du Double Mamba britannique, le T40 différait du moteur britannique par le fait que chaque unité de puissance entraînait à la fois les hélices avant et arrière, alors que sur le Double Mamba, chaque unité entraînait séparément une hélice[1].

Les unités de puissance T38-A-1 contenaient chacune des compresseurs à 17 étages[2], donnant un taux de compression de 6,3 pour 1[2], huit chambres de combustion, et quatre étages de turbine. Une boîte à deux engrenages réducteurs[2] était entraînée par les arbres provenant des unités de puissance. Chaque arbre de transmission intégrait un embrayage, afin de permettre aux unités d'être mises en route indépendamment[1] - [2].

Les accessoires comprenaient une unité de contrôle principale (Master Control Unit) montée au-dessus des compresseurs et un démarreur à air comprimé sur la boîte d'engrenages réducteurs. Cette dernière avait un rapport de réduction de 15,75 : 1[2] et était équipée d'un frein d'hélice pour prévenir le moulinage lorsque le moteur était arrêté. Le dégivrage des entrées d'air était effectué par de l'air chaud prélevé sur le compresseur[4]. L'hélice contrarotative était constituée de deux hélices tripales Aeroproducts de 4,30 m de diamètre reliées par des arbres concentriques[1]. 90 % de l'énergie développée par l'ensemble était consommée par l'hélice[4]. Le moteur produisait une puissance de 5 100 shp, auxquels s'ajoutaient environ 800 kgp de poussée résiduelle[2].

Des moteurs T40 sur le prototype XP5Y-1, en 1950.

Les tests du XT40 commencèrent le 4 juin 1948[4] et révélèrent des problèmes majeurs de vibrations en provenance de la boîte d'engrenages, dus à une mauvaise combinaison de fréquences causée par des dents d'engrenages mal conçues[3]. Le système de découplage, conçu pour déconnecter une unité de puissance en cas de panne avait, lui, parfaitement fonctionné. Le principal problème venait de la longueur des arbres de transmission reliant les turbines à la boîte à engrenages, constitués de trois sections de presque 90 cm[3]. Chacune de ces sections était reliée à la suivante par un roulement emballé dans de la graisse, mais c'étaient précisément ces roulements qui avaient tendance à chauffer puis casser sous la contrainte[3]. Les roulements présents à l'intérieur de la boîte à engrenages elle-même étaient lubrifiés par un circuit sous pression et ne posaient pas de problème[3].

Au cours d'un essai dans une salle de tests, l'une des deux unités de puissance développa une importante fuite d'huile et la tentative de la stopper fut vaine parce-que le moteur continuait à fonctionner en brûlant sa propre huile (!), provenant de la fuite. Après plusieurs tentatives infructueuses, la seule solution trouvée pour stopper la machine infernale consista à lui jeter et lui faire avaler des paquets de rondelles et de boulons par l'entrée d'air, afin de casser son compresseur, déclenchant ainsi à nouveau le système de découplage[1].

Le premier essai en vol du T40 eut lieu à bord du prototype XP5Y-1[2] - [4] de l'hydravion de transport Convair R3Y Tradewind, le 18 avril 1950, l'appareil étant équipé de quatre T40-A-4, développant 5 250 ch (3 915 kW). L'utilisation en service du T40 révéla de nombreux problèmes d'intégrité des hélices et des boîtes à engrenages, avec au-moins à chaque fois une perte d'hélice en vol et une séparation de boîte d'engrenages. Un problème inhabituel fut découvert pendant le roulage au sol du chasseur à turbopropulseur texte=Republic XF-84H Thunderscreech, l'hélice spéciale transsonique à trois pales créait des harmoniques qui se révélèrent dangereux pour les êtres humains dans un certain rayon autour de l'avion[1].

Les plus gros problèmes du T40 furent sa boîte d'engrenages fragile, et le système de contrôle de l'hélice, qui utilisait 25 tubes à vide, et qui était loin d'être fiable. Un travail de développement considérable dut être effectué sur ce système, qui devait être extrêmement fiable et fournir une protection parfaite contre tous les types de problèmes possibles en vol[3]. Il devait cependant toujours pouvoir assurer un alignement correct du pas d'hélice, du débit de carburant, de la vitesse des moteurs et des différentes températures, sur une plage de régimes allant de « plein gaz avant » à « plein gaz arrière » (full reverse)[3]. Comme les turbines à gaz individuelles étaient reliées par un embrayage à la boîte d'engrenages, il fut pensé dans de nombreux cas que l'avion ne pourrait voler en croisière qu'avec un seul des deux moteurs en route, et allumer le deuxième seulement lorsqu'il était nécessaire d'obtenir plus de puissance. En pratique cette solution ne fonctionna pas vraiment bien. L'échec de la détection que l'un des deux T38 avait cassé (celui de droite), et que son compresseur était en train de dévorer la puissance du moteur restant, encore en bon état, mena à la perte du premier prototype du Douglas XA2D-1[4] et de son pilote le 14 décembre 1950[1].

La boîte à engrenages était tenue dans une structure soudée par six supports Dynafocal, l'assemblage soudé étant attaché de façon rigide au longeron avant. Les rotations de la boîte à engrenages, produites par les défauts d'alignement de l'hélice, étaient absorbées par des barres de torsion disposées sur la structure de support de l'ensemble[3]. Des dispositions alternatives, telles que des procédures d'alignement précises, un soufflage d'air de refroidissement sur le carénage des roulements, l'équilibrage à haute vitesse des arbres de transmission, le renfort des roulements de structure supportant les arbres et la modification du support de la boîte de vitesses, permirent de rendre l'utilisation du T40 presque normale, sans pour autant avoir réussi à éliminer les problèmes de surchauffe des roulements intermédiaires des deux arbres[3].

Une nouvelle approche concernant le problème de l'installation du moteur devait être effectuée. À ce moment, la compagnie Allison conçut, fabriqua et testa un jeu d'assemblage de roulements qui étaient complètement enfermés dans un tube connecté aux sections de puissance et à la boîte de vitesses. Cet assemblage fut enfin installé dans l'avion et testé en vol, avec des résultats enfin encourageants[3].

Un autre problème du T40 était sa susceptibilité à l'ingestion d'eau[3]. Avec ce moteur, il était possible de perdre la totalité de la puissance d'une des deux turbines en pulvérisant un simple brouillard de fine gouttelettes d'eau devant les entrées d'air[3]. Ce problème fut très pénalisant pour la définition de la configuration finale de l'ensemble du moteur.

La compagnie proposa l’Allison T44 (désignation interne Model 503), avec trois unités de puissance, mais aucun ne fut produit et le projet fut abandonné[5].

Après le succès initial plutôt mitigé du T40, l’US Navy sponsorisa le développement d'un nouveau turbopropulseur, le T54, environ 28 % plus gros que le T40, mais ces travaux d'études furent vite dépassés par ceux de l'Allison T56 (Allison 501-D), et le développement fut arrêté[1].

• Allison T38
• Allison T56
• Armstrong Siddeley Double Mamba
• Pratt & Whitney Canada PT6T
• Teledyne CAE T67

• (en) Anthony L. Kay, Turbojet : History and development 1930–1960, vol. 2 : USSR, USA, Japan, France, Canada, Sweden, Switzerland, Italy, Czechoslovakia and Hungary, Marlborough, Wiltshire (England), Crowood Press, 2007, 1^re éd., 240 p. (ISBN 978-1-86126-939-3)
• (en) Bill Gunston, The Development of Jet and Turbine Aero Engines, Sparkford, Somerset (UK), Patrick Stephens, Haynes Publishing, 15 octobre 2006, 4^e éd., 272 p. (ISBN 1-85260-618-5 et 978-1852606183, présentation en ligne)
• (en) Richard A. Leyes et William A. Fleming, The history of North American small gas turbine aircraft engines, Reston (Virginie, USA), AIAA, 1999, 998 p. (ISBN 1563473321 et 9781563473326, présentation en ligne)

• Dual Turbine Produces 5,500 hp ancien article avec une belle illustration présentant comment les deux moteurs sont reliés à leur boîte à engrenages.