Rolls-Royce Pegasus

En 1957, Michel Wibault, le concepteur d'avions français eut l'idée d'utiliser une poussée orientable pour un avion à décollage vertical. Cette poussée venait de quatre compresseurs centrifuges entraînés par un turbopropulseur Bristol BE.25 Orion via des arbres et des engrenages. Leur poussée était orientée en pivotant les sorties des compresseurs[5] - [6]. Dans son concept BE.52, Gordon Lewis prévoyait initialement un moteur avec deux jets orientables, associés au compresseur, et avec une poussée horizontale provenant d'une tuyère classique[5]. Le BE.52 fut construit autour d'un Bristol Siddeley Orpheus classique, qui par l'intermédiaire d'un arbre de transmission entraînait les trois premiers étages de compresseur d'un autre moteur de la maison, le Bristol BE.10 Olympus. Ces étages de compresseurs ajoutés étaient dotés d'entrées et de sorties séparées de celles de l'Orpheus[5]. Le travail fut supervisé par le directeur technique de la société, Stanley Hooker.

La Bristol Aeroplane Company commença à travailler sur le BE.53[7], alors désigné « Pegasus », en 1957. Alors que le BE.52 était en une seule partie et plus léger que le système conçu par Wibault, il était toutefois toujours trop lourd et trop complexe. Dans le BE.53, les étages de l'Olympus furent rapprochés des étages de l'Orpheus, ce qui simplifia le cheminement de l'air dans le moteur tout entier et permit en plus aux étages de l'Olympus de compresser l'air pour l'Orpheus, ce qui augmenta son taux de compression[5].

Le moteur fut conçu à l'écart pendant un an, puis la mise au point fut grandement facilitée lorsque l'on comprit quel type d'appareil allait être propulsé avec. En mai 1957, l'équipe reçut une lettre de soutien de la part de Sydney Camm, de la société Hawker, qui souhaitait trouver un remplaçant à son avion du moment, le Hunter. Le concepteur d'avions Ralph Hooper suggéra d'employer quatre sorties orientables (comme l'avait proposé Lewis peu de temps avant), les sorties arrière devant orienter les gaz chauds issus de la chambre de combustion du moteur. Deux sorties n'étaient pas suffisantes pour fournir la poussée nécessaire pour soulever l'avion. Le livre blanc de la Défense de 1957, qui se focalisait essentiellement sur les missiles et non sur les avions pilotés – qui y étaient décrits comme « obsolètes » –, fut une mauvaise nouvelle pour l'équipe de concepteurs, car elle laissa comprendre que le gouvernement ne ferait aucun effort pour investir dans le développement d'avions de combat non-encore existants, et donc qu'aucune aide financière ne serait débloquée par le ministère de la Défense pour l'ensemble moteur/avion en cours de développement[8].

La suite du développement du moteur fut effectuée en parallèle avec la structure du Hawker Siddeley P.1127, qui vola pour la première fois en 1960. L'étape suivante du développement de ce moteur fut testée dans le Kestrel FGA.1, dont neuf exemplaires furent construits. Ces appareils donnèrent ensuite naissance au Harrier. La conception du moteur fut soutenue financièrement à hauteur de 75 % par le Mutual Weapons Development Programme. Verdon Smith, de Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), qui naquit de l'union de Bristol Engines avec Armstrong Siddeley, accepta rapidement de financer le pourcentage restant[8]

Les tests en vol et le développement ne reçurent aucun appui financier du gouvernement. Les financements pour l'avion vinrent exclusivement de la société Hawker. Les premiers exemplaires du moteur manquaient de puissance et arrivaient tout-juste à soulever l'avion hors du sol, principalement parce que entre-temps l'avion avait pris de l'embonpoint. Les premiers essais furent des essais captifs, menés avec l'avion attaché au sol par des câbles, afin d'éviter de le voir partir à la renverse au premier coup de vent. Le premier prototype du moteur (l'un des deux BE53/2 construits), fut démarré pour la première fois le 2 septembre 1959, et utilisait une soufflante à deux étages et le cœur interne de l'Orpheus 6. Bien que la soufflante était déjà maintenue de manière convenable par le roulement qui était placé derrière elle, le modèle incorporait toujours les entretoises en avant de celle-ci. Le corps haute-pression du moteur était constitué de 7 étages de compresseur et un étage de turbine. La suite du développement du moteur fut effectuée en parallèle avec la structure du Hawker Siddeley P.1127, qui vola pour la première fois le 21 octobre 1960 avec le BE.53/3 (Pegasus 2). Le premier vol stationnaire libre fut accompli le 19 novembre 1960. La première – et difficile – transition du vol vertical vers le vol horizontal fut accomplie le 8 septembre 1961. La Royal Air Force n'était pas très enthousiasmée par l'idée de se convertir à la technologie ADAV, et elle décrivait l'ensemble du projet comme étant un « jouet pour amuser les foules ». Le premier prototype du P.1127 (le XP831) fit un atterrissage très raide au salon du Bourget de 1963. Les versions suivantes du P.1127 furent équipées du Pegasus 3, puis du Pegasus 5. Le Kestrel, qui succéda au P.1127, fut aussi équipé du Pegasus 5, qui avait été enfin débarrassé de ses entretoises frontales, et qui avait également reçu un étage de turbine haute-pression supplémentaire.

La production en série et l'amélioration constante des capacités du Pegasus furent poursuivies par Bristol Engines jusqu'en 1966, date à laquelle Rolls-Royce Ltd. racheta la compnagie. Un concept similaire, produisant une poussée de 159,69 kN avec postcombustion, le Bristol Siddeley BS.100, fut conçu pour un chasseur ADAV supersonique (le Hawker Siddeley P.1154), mais il n'entra pas en production, l'avion étant abandonné en 1965. Un dérivé sans vectorisation de poussée et fonctionnant à l'hydrogène liquide, le RB.420, fut conçu et proposé en 1970 comme réponse à un besoin de la NASA pour un moteur devant équiper la future navette spatiale, afin de la propulser pendant son vol de retour dans l'atmosphère. Finalement la NASA opta pour un retour en vol plané[9].

En 2012, on dénombrait 1 347 exemplaires produits du Pegasus, toutes versions confondues, et il cumulait deux millions d'heures de vol, cumulées par les Harriers de la Royal Air Force (RAF), Royal Navy, U.S. Marine Corps et les marines militaires de l'Inde, l'Italie, l'Espagne et la Thaïlande.

Emplacement des quatre tuyères sur l'avion.

Les tuyères avant, faites d'acier, sont alimentées en air provenant du compresseur BP, alors que les tuyères arrière, faites en Nimonic[8], expulsent les gaz chauds (650 °C) issus de la combustion à l'intérieur du moteur. La répartition des flux est d'environ 64/40 entre les tuyères avant et arrière, celles de l'avant ayant le plus gros travail à fournir[11]. Il était important que les quatre tuyères pivotent exactement en même-temps, ce qui fut réalisé en utilisant deux moteurs à air comprimé, alimentés en air par le compresseur HP du moteur. Afin de rendre le système théoriquement infaillible, les paires de tuyères étaient connectées entre-elles par... des chaînes de transmission de moto (!), ce qui a semble-t-il fait ses preuves. Les tuyères peuvent pivoter sur une plage de 98.5°[8].

Le Pegasus a également été le premier turbofan à posséder le premier étage de compresseur, désigné « étage zéro », en avant de son roulement avant. Cela a permis d'éliminer les supports radiaux habituels et le risque de givrage qu'ils représentaient.

Un Pegasus, au Bristol Industrial Museum, en Angleterre.

Le moteur est installé au centre du Harrier (probablement pour des raisons de centrage des masses), ce qui signifie que pour le démonter, il faut enlever toute l'aile de l'avion, celui-ci ayant déjà préalablement été installé sur des chandelles. Le changement de moteur nécessite au minimum huit heures[12]. Toutefois, avec les outils adaptés et un système de levage adéquat, il semblerait que cela puisse être accompli en moins d'une heure[13].

La poussée maximale produite au décollage par le Pegasus est limitée par la température admissible par les turbines du moteur, en particulier lorsque l'avion décolle déjà dans un climat assez chaud. Comme cette température ne peut pas être mesurée de manière fiable, les limites d'utilisation sont déterminées par la température d'échappement aux tuyères. Afin de permettre d'augmenter la poussée du moteur pour le décollage, et donc la température à l'intérieur du moteur, de l'eau est injectée dans la chambre de combustion et les turbines, afin de faire baisser la température à un niveau acceptable.

L'eau pour le système d'injection est contenue dans un réservoir situé entre la séparation des deux tuyères arrière du moteur. Il contient 500 livres (227 kg) d'eau distillée. Le débit d'eau nécessaire au refroidissement des turbines est d'environ 159 litres/min, pour une durée maximale d'approximativement 90 secondes. Cette quantité d'eau a été jugée suffisante et idéalement appropriée au rôle opérationnel particulier de cet avion. La sélection de deux débits d'injection d'eau (en anglais : wet ratings), pour les décollages courts ou verticaux, entraîne une augmentation différente de la vitesse du moteur, et donc de sa température interne au-delà des valeurs prévues sans injection d'eau (en anglais : dry ratings). Lorsque le réservoir d'eau est vidé de son contenu, les limites de poussée retombent au niveau « sec », et l'avion voit sa puissance baisser pour revenir à un niveau normal. Afin de maintenir en permanence le pilote informé du niveau d'eau restant dans le réservoir, il est averti par un voyant dans le cockpit.

• Bristol Siddeley Orpheus
• Rolls-Royce/MAN Turbo RB.193
• Bristol Siddeley BS.100
• Rolls-Royce LiftSystem
• Rolls-Royce Thrust Measuring Rig

• (en) Andrew Dow, Pegasus, the heart of the Harrier : The History and Development of the World's First Operational Vertical Take-off and Landing Jet Engine, Pen and Sword, 20 août 2009, 543 p. (ISBN 978-1-84884-042-3 et 1-84884-042-X, lire en ligne)
• (en) Sir Stanley Hooker, Not much of an engineer. An autobiography, Shrewsbury, Airlife Publ., 1984, 255 p. (ISBN 0-906393-35-3)
• (en) Aircraft Engineering and Aerospace Technology : Powerplant: Water Injection System, MCB UP Ltd., 1970 (ISSN 0002-2667), p. 31, 32

• [image] (en) « Publicité de 1960 pour le turbofan BS.53 » (consulté le 29 février 2016)
• (en) V. Ryan, « Vertical take-off and landing planes », Technology Student.com, 2002 (consulté le 29 février 2016)
• (en) Bill Gunston, « Designing the Pegasus », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 102, n^o 3319,‎ 19 octobre 1972, p. 531 à 535 (lire en ligne [PDF]) (avec une magnifique vue en coupe sur les deux pages suivantes)
• (en) « Pegasus Updating Prospects », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 111, n^o 3541,‎ 22 janvier 1977, p. 189 à 191 (lire en ligne [PDF])

• (en) [vidéo] Brits Who Made The Modern World sur YouTube
• (en) [vidéo] The Harrier Jump Jet sur YouTube