General Electric YF120
Le General Electric YF120 était un turboréacteur à double flux à cycle variable, conçu par le constructeur motoriste américain General Electric Aircraft Engines entre la fin des années 1980 et le début des années 1990 pour le projet Advanced Tactical Fighter (en) de l’US Air Force (qui mena à l'apparition du Lockheed Martin F-22 Raptor).
| General Electric YF120 | |
 Un YF120 exposé au National Museum of the United States Air Force en 2015 | |
| Constructeur |  General Electric Aircraft Engines
|
|---|---|
| Premier vol | Années 1980 |
| Utilisation | • Lockheed YF-22 • Northrop YF-23 |
| Caractéristiques | |
| Type | Turbofan Ă cycle variable[1] double corps Ă faible taux de dilution et postcombustion |
| Longueur | 4 242 mm |
| Diamètre | 1 067 mm |
| Masse | 1 860 kg |
| Composants | |
| Compresseur | • BP : Soufflante à deux étages • HP : 5 étages axiaux[2] |
| Chambre de combustion | Annulaire |
| Turbine | • HP : 1 étage • BP : 1 étage contrarotatif[3] |
| Performances | |
| Poussée maximale avec PC | ~ 160 kN |
| Taux de dilution | 0,32 : 1 |
GE perdit la compétition face au F119 de Pratt & Whitney.
Conception et développement
General Electric débuta le développement de l'YF120 pour la compétition ATF au début des années 1980. Contrairement à son concurrent Pratt & Whitney, GE choisit de ne pas développer un turbofan à faible taux de dilution classique, et développa un moteur à cycle variable. Cette décision fut prise en raison de l'une des nécessités majeures du programme ATF, qui stipulait que l'avion devait pouvoir voler à sa vitesse de croisière sans allumer sa postcombustion (régime de « supercroisière »). Cette performance nécessitait un moteur pouvant produire une importante poussée à sec et rester efficace dans tous les domaines de vol[4].
La technologie employée pour la conception du cœur de l'YF120 (la partie qui gère le flux principal et la combustion) fut développée au-cours de deux programmes industriels gouvernementaux : l’Advanced Technology Engine Gas Generator (ATEGG) et le Joint Technology Demonstration Engine (JTDE)[2].
Le , le premier des deux prototypes YF-22, propulsé par deux YF120, a battu un record de vitesse en supercroisière, avec une vitesse de Mach 1,58[5].
Cycle variable
Le cycle variable de l'YF120 fonctionnait en modifiant le taux de dilution du moteur pour différents régimes de fonctionnement, permettant au moteur de se comporter comme un turbofan à faible taux de dilution ou comme un turboréacteur pur[4]. En configuration à faible taux de dilution (comme le concurrent F119), le moteur se comportait de manière similaire à celle de moteurs comparables. Toutefois, lorsque cela était nécessaire, le moteur pouvait rediriger plus d'air à travers le cœur chaud du moteur, et celui-ci se comportait comme un turboréacteur à simple flux, améliorant aussi sa poussée spécifique (en). Cette solution technologique rendait le moteur bien plus efficace à haute altitude et à de forts niveaux de poussée que les turbofans traditionnels[6].
Un inconvénient attendu de ce système de cycle variable aurait été une inévitable prise de poids et une plus grande complexité. GE affirma avoir combattu ces défauts en employant des vannes contrôlées par un système sous pression très simple, au lieu d'un système mécanique compliqué. GE déclara que ce système n'avait ajouté que 5 kg à la masse totale du moteur[4]. De plus, un F120 de production aurait dû avoir 40 % de pièces en moins que le turboréacteur F110[2].
Poussée vectorielle
L'YF120 possédait une tuyère vectorielle bidimensionnelle, qui permettait d'orienter l'avion dans l'axe de tangage. Ce système procurait à l'avion ainsi équipé un grand avantage en matière de manœuvrabilité, en augmentant le moment de tangage disponible pour l'avion à tous les régimes de vol. Ce mouvement est normalement assuré par les stabilisateurs horizontaux et/ou les canards de l'avion, mais l'orientation du flux des gaz du turboréacteur augmente de manière importante ce degré de mouvement, en particulier à basses vitesses, lorsque les gouvernes aérodynamiques n'ont pas beaucoup d'effet, par manque d'écoulement d'air.
Bien que l'YF120 n'entrât jamais en production, il fut installé sur l'un des deux prototypes de l'YF-22 et utilisé pour le programme de démonstration de vol à forts angles d'attaque, inclus dans la compétition ATF. Au cours de cette démonstration, l'avion vola à un angle d'attaque de 60° à une vitesse de 151,86 km/h, et continuait à être manœuvrable. Des analyses ultérieures révélèrent que l'avion aurait pu maintenir un vol contrôlé à des angles allant jusqu'à 70°[7].
Développement avancé
L'YF120 fut également proposé comme base de développement pour un moteur plus exotique, le Turbine-Based Combined Cycle (TBCC), qui aurait dû être utilisé par un démonstrateur comme le Boeing X-43B et d'autres avions hypersoniques futurs. En particulier, l'YF120 aurait servi de base au Revolutionary Turbine Accelerator (RTA-1), aussi désigné GE-57[8]. La technologie à cycle variable utilisée dans l'YF120 aurait été utilisée non-seulement pour transformer le moteur en turboréacteur, mais également en statoréacteur. Dans ce dernier mode, tout le flux d'air aurait directement été dévié du cœur du moteur vers sa section de postcombustion, dans laquelle il aurait été brûlé comme dans un statoréacteur. Ce système est sur le papier très similaire à celui déjà utilisé depuis longtemps par les moteurs Pratt & Whitney J58 de l'avion-espion américain SR-71 Blackbird.
Les vannes de dérivation se seraient ouvertes à partir de Mach 1,4, et à Mach 4, tout le flux d'air du moteur aurait contourné le cœur de celui-ci, alimentant directement le canal de postcombustion[8]. Ce moteur aurait pu accélérer de 0 à Mach 4,1 (à 17 000 m d'altitude) en 8 minutes[8] - [9].
Applications
Notes et références
- (en) Aronstein et Hirschberg 1998, p. 224
- (en) Guy Norris, « Power Struggle », Flight International magazine, Flight Global/Archives, vol. 138, no 4227,‎ , p. 22 & 23 (lire en ligne [PDF])
- Fazel Kauser, « An Overview of Gas Turbine Propulsion Technology », 30th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 27-29 juin 1994, Indianapolis, IN. AlAA 94-2828.
- (en) Julian Moxon, « ATF rivals ready for engine contest », Flight International magazine, Flight Global/Archives, vol. 136, no 4191,‎ , p. 22 & 23 (lire en ligne [PDF])
- (en) « YF-22 PAV-1 breaks supercruise speed record », Defense Daily, (consulté le )
- (en) « GE F120 Powerplant Uses Fan Bypass Door to Regulate Variable Cycle », Aviation Week & Space Technology, vol. 133, no 5,‎ , p. 21
- (en) Robert Barham, Thrust Vecto Aided Maneuvering of the YF-22 Advanced Tactical Fighter Prototype - AIAA-94-2105-CP, AIAA,
- (en) « Mach 7 engine to be turbine-based », Flight International magazine, Flight Global/Archives, vol. 164, no 4914,‎ , p. 13 (lire en ligne [PDF])
- (en) Guy Norris, « GE unveils ramjet design for shuttle », Flight International magazine, Flight Global/Archives, vol. 164, no 4901,‎ , p. 26 (lire en ligne [PDF])
Voir aussi
Articles connexes
Bibliographie
- (en) David C. Aronstein et Michael J. Hirschberg, Advanced Tactical Fighter to F-22 Raptor: Origins of the 21st Century Air Dominance Fighter, Arlington, Virginie (USA), American Institute of Aeronautics & Astronomy (AIAA), , 289 p. (ISBN 1563472821 et 978-1563472824)
Liens externes
- (en) « GE/Allison/Rolls-Royce Team Developing YF120 Fighter Engine for JSF Aircraft Candidates », GE Aviation, (consulté le )
- (en) « Engine & exhaust walkaround », YF-23.net, (consulté le )