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Rolls-Royce RB.80 Conway

Le Rolls-Royce RB.80 Conway fut le premier turborĂ©acteur Ă  double flux (ou « turbofan Â») au monde Ă  entrer en service. Sa conception avait Ă©tĂ© dĂ©marĂ©e chez Rolls-Royce Limited dans les annĂ©es 1940, mais il ne fut utilisĂ© que brièvement entre la fin des annĂ©es 1950 et le dĂ©but des annĂ©es 1960, avant d'ĂŞtre vite remplacĂ© par d'autres turbofans plus modernes et performants. Il a propulsĂ© plusieurs versions des Handley Page Victor, Vickers VC10, Boeing 707-420 et Douglas DC-8-40. Le nom « Conway Â» est issu du nom de la rivière Conwy, du nord du pays de Galles, suivant les habitudes du constructeur de donner des noms de cours d'eau britanniques Ă  ses moteurs Ă  rĂ©action.

Rolls-Royce RB.80 Conway
(caract. Conway RB.80 RCo.12)
Vue du moteur
Un RCo.17 Mk.201.

Constructeur Rolls-Royce Limited
Utilisation • Boeing 707-420
• Douglas DC-8-40
• Handley Page Victor B.2
• Vickers VC10
Caractéristiques
Type Turbofan Ă  double corps
Longueur 3 409 mm
Diamètre 960 mm
Masse 2 000 kg
Composants
Compresseur • 7 étages BP
• 9 étages HP
Chambre de combustion Annulaire regroupant 10 tubes Ă  flamme sĂ©parĂ©s (type « cannular combustor Â»)
Turbine • 2 étages BP
• 1 étage HP
Performances
Poussée maximale à sec 76,3 kN
Taux de dilution 0,25
Rapport Poids/Poussée 26,21 kg/kN

DĂ©veloppement

Contexte

Dans les premiers turborĂ©acteurs, les gaz d'Ă©chappement Ă©taient beaucoup trop chauds et rapides pour produire une poussĂ©e efficace. PrĂ©lever une partie de cette Ă©nergie « gaspillĂ©e Â» devait permettre d'amĂ©liorer le rendement et de rĂ©duire la consommation en carburant du moteur. Un exemple Ă©vident est le turbopropulseur, qui utilise une sĂ©rie d'Ă©tages de turbine additionnels pour capturer cette Ă©nergie et entraĂ®ner une hĂ©lice. Il y a toutefois une limitation de l'efficacitĂ© d'une hĂ©lice, comparĂ©e Ă  la vitesse de progression en avant d'un aĂ©ronef. Si les turbopropulseurs sont des moteurs efficaces, ils ne le sont que si la vitesse ne dĂ©passe pas les 800 km/h. Cela signifiait qu'il existait un vide Ă  combler, entre la haute efficacitĂ© du turbopropulseur Ă  basse vitesse et celle du turborĂ©acteur Ă  hautes vitesses, et qu'aucune solution n'existait encore pour rĂ©gler ce problème. Cette plage de vitesses, situĂ©e entre 720 et 1 100 km/h, Ă©tait justement le domaine de vol prĂ©cis dans lequel Ă©voluaient la majoritĂ© des avions de ligne commerciaux la plupart du temps.

Le concept de base du flux secondaire (dĂ©signĂ© « bypass Â» en anglais) avait en fait Ă©tĂ© Ă©tudiĂ© dès les premiers jours de la conception du turborĂ©acteur. Ainsi, Alan Arnold Griffith avait dĂ©jĂ  proposĂ© de nombreux concepts de moteurs Ă  flux dĂ©rivĂ©s dès les annĂ©es 1930, pendant que lui et Hayne Constant travaillaient Ă  faire fonctionner leur rĂ©acteur Ă  flux axial au Royal Aircraft Establishment. La sociĂ©tĂ© Power Jets, et son ingĂ©nieur en chef Frank Whittle, avaient Ă©galement Ă©tudiĂ© plusieurs configurations avec flux secondaires. Malheureusement, la seconde Guerre mondiale et ses besoins pressants en matĂ©riel durent relĂ©guer la conception de ces moteurs Ă  des activitĂ©s de second ordre, et on leur prĂ©fĂ©ra l'emploi de turborĂ©acteurs basiques, moins efficaces mais bien plus faciles et rapide Ă  mettre en service opĂ©rationnel. La fin de la guerre changea de façon significative les prioritĂ©s, et en 1946 Rolls-Royce admit le fait que les moteurs existants, comme le Rolls-Royce Avon, Ă©taient suffisamment avancĂ©s pour qu'on puisse se dĂ©cider Ă  dĂ©marrer des Ă©tudes sur de nouveaux concepts, comme celui du turborĂ©acteur Ă  double flux.

Dans ce type de moteurs, dĂ©signĂ© « turbofan Â» (mais que l'on entend parfois dĂ©signĂ© « turbosoufflante Â», en français), une partie de l'air du compresseur contourne (« bypass Â») la partie centrale chaude du moteur, aussi dĂ©signĂ©e « cĹ“ur Â» (comprenant chambres de combustion et turbines), et est directement rejetĂ©e Ă  l'arrière du moteur, suivant un canal secondaire parallèle au flux principal. Lorsque l'air frais et Ă  faible vitesse de ce flux secondaire rencontre celui, très chaud et rapide, du flux principal, une forte augmentation de poussĂ©e est produite, grâce Ă  un phĂ©nomène de dilution qui amĂ©liore de manière importante le rendement du moteur. Un autre bĂ©nĂ©fice non nĂ©gligeable vient du fait que le flux de gaz chauds en provenance du cĹ“ur du rĂ©acteur est entourĂ© par un « tube Â» d'air frais et Ă©voluant Ă  une vitesse bien moins importante, ce qui agit comme une isolation sonore et rĂ©duit de facon importante le bruit produit par le moteur. Ce paramètre est d'une importance toujours croissante dans le domaine de l'aviation civile actuelle. Rolls-Royce a dĂ©signĂ© ce système « Bypass Turbojet Â», que l'on pourrait traduire par « turborĂ©acteur Ă  dĂ©rivation Â», mais le terme français qui reste presque exclusivement utilisĂ© est « turborĂ©acteur Ă  double flux Â».

Griffith suggĂ©ra de construire un moteur Ă  double flux purement expĂ©rimental, en utilisant des pièces de l'Avon et celles d'un autre moteur expĂ©rimental, le Rolls-Royce AJ.25 Tweed. En avril 1947, un prototype de 22 kN fut proposĂ©, mais dans les mois qui suivirent il fut modifiĂ© pour Ă©voluer en un concept plus gros, produisant une poussĂ©e de 41 kN, en rĂ©ponse Ă  une demande concernant un moteur devant Ă©quiper la version Mk.2 Ă  basse altitude du bombardier Vickers Valiant. Le feu vert pour la mise en fabrication de ce moteur plus gros fut donnĂ© en octobre, sous la dĂ©signation de RB.80.

Premiers modèles

Pendant son développement, il fut décidé d'améliorer encore le concept original en y ajoutant une caractéristique qui allait devenir un standard quelques années plus tard : le compresseur à double corps, désigné « two-spool compressor » en anglais. Les premiers moteurs consistaient généralement en une série d'étages de compresseur, reliés par un arbre unique à un ou plusieurs étages de turbine, avec des brûleurs insérés autour de l'arbre entre les deux parties. Bien que cet arrangement soit plutôt simple, il pose l'inconvénient de diminuer l'efficacité du compresseur. Les étages de compresseur, de même qu'une hélice d'avion, donnent un rendement maximal à une vitesse de rotation bien spécifique directement liée à la pression qui leur est appliquée en entrée (pression atmosphérique pour le premier étage, aussi désigné zero-stage). Logiquement, le compresseur idéal voudrait que chaque étage tourne à sa propre vitesse, afin de donner le meilleur rendement possible au moteur, mais en pratique cette réalisation est impossible. Rolls-Royce appliqua cependant l'idée au mieux en usant d'un compromis, le compresseur à double corps. Utilisé pour la première fois sur le Rolls-Royce Olympus[1], le compresseur était séparé en deux ensembles, opérant chacun dans un régime proche de celui de son rendement maximal, et entraînés par des ensembles de turbines séparés utilisant chacun un arbre coaxial indépendant. De nos jours, des systèmes à double, voir triple corps sont devenus monnaie courante. Il est toutefois difficile d'imaginer que des concepts avec un nombre supérieur de corps puissent être produits, car leur complexité mécanique deviendrait un problème difficilement surmontable.

Le moteur produit avait donc un compresseur basse-pression Ă  quatre Ă©tages, entraĂ®nĂ© par une turbine Ă  deux Ă©tages, et un compresseur haute-pression Ă  huit Ă©tages entraĂ®nĂ© par une autre turbine Ă  deux Ă©tages. DĂ©sormais connu sous la dĂ©signation attribuĂ©e par le Ministry of Supply RCo.2, la conception de ce moteur fut achevĂ©e en , et le premier exemplaire fut lancĂ© pour la première fois en avec une poussĂ©e produite de 44 kN. En parallèle, le Pathfinder (le Vickers Valiant Ă  basse altitude) avait Ă©tĂ© abandonnĂ©, et ce premier exemplaire produit fut Ă©galement destinĂ© Ă  ĂŞtre le dernier. Toutefois, ces travaux prouvèrent que le moteur semblait efficace et « avait parfaitement fonctionnĂ© au cours de ses 133 heures de vie opĂ©rationnelle »[2].

Les travaux sur le RCo.2 furent toutefois rapidement remis sur les rails, lorsqu'en la Royal Air Force attribua Ă  Rolls-Royce un contrat concernant la propulsion du Vickers V-1000, un gros avion de transport stratĂ©gique Ă  rĂ©acteurs qui devait permettre Ă  la force de bombardiers V bombers d'ĂŞtre soutenus sur le champ de bataille via un approvisionnement par voie aĂ©rienne. Vickers envisageait Ă©galement de dĂ©velopper une version avec passagers de cet appareil de base, qui aurait Ă©tĂ© dĂ©signĂ©e VC-7. Le V-1000 ressemblait Ă  un de Havilland Comet plus gros, mais il avait pris sur le Valiant sa disposition de voilure et y ajouta une flèche Ă  angles multiples (la mode du moment, dans les conceptions britanniques). Il employait aussi la disposition Ă  moteurs intĂ©grĂ©s dans les ailes du Comet, ce qui nĂ©cessitait le choix de moteurs Ă  section transversale rĂ©duite et limitait alors aussi leur taux de dilution maximal thĂ©orique. De plus, de par sa masse Ă  vide de 100 tonnes, l'avion nĂ©cessitait des moteurs d'une puissance plus Ă©levĂ©e, et Rolls rĂ©pondit Ă  cette demande en mettant au point le RCo.5, plus gros et plus puissant.

Ce nouveau moteur Ă©tait similaire au RCo.2 sur la plupart des points, les diffĂ©rences ne portant que sur des dĂ©tails. Le compresseur basse-pression disposait dĂ©sormais de six Ă©tages, et celui Ă  haute-pression neuf, entraĂ®nĂ©s respectivement par deux et un Ă©tages de turbine. Le premier RCo.5 fut lancĂ© en juillet 1953 et passa les tests de certification de puissance en aoĂ»t 1955, dĂ©veloppant une poussĂ©e de 58 kN. En parallèle, en cet Ă©tĂ© 1955, la construction du prototype du V-1000 Ă©tait bien loin d'ĂŞtre terminĂ©e dans les ateliers de Vickers Armstrong Ă  Wisley, et le projet fut annulĂ©. Ayant en tĂŞte l'idĂ©e secondaire de baser les V bombers Ă  l'extĂ©rieur du Royaume-Uni, le gouvernement commença Ă  douter de l'intĂ©rĂŞt d'utiliser le V-1000, et la solution de facilitĂ© fut d'abandonner purement et simplement le projet.

Versions de production

Le Rolls-Royce Conway RCo.12 d'un Boeing 707-420. Notez la forme particulière de l'échappement, visant à réduire le volume sonore généré par le moteur en fonctionnement.

Le Conway fut une nouvelle fois sauvĂ© de l'abandon, lorsque se prĂ©senta l'opportunitĂ© de motoriser la version B.2 du bombardier Handley Page Victor, le nouveau moteur devant remplacer le Sapphire des anciennes versions. Pour ce contrat, Rolls-Royce conçut un moteur encore plus gros, le RCo.8, qui produisait une poussĂ©e de 64 kN et fut lancĂ© pour la première fois en janvier 1956. Toutefois, le RCo.8 fut vite mis de cĂ´tĂ©, après que Rolls-Royce reçût une demande de la compagnie Trans-Canada Airlines (TCA) pour explorer l'idĂ©e d'installer des Conway sur les Boeing 707 et Douglas DC-8, une idĂ©e qui avait d'ailleurs intĂ©ressĂ© les deux constructeurs de ces avions. Rolls-Royce rĂ©pondit Ă  nouveau en proposant une version encore plus puissante de son moteur, le RCo.10 de 73 kN de poussĂ©e, qui fut immĂ©diatement suivi par sa dĂ©clinaison militaire de mĂŞme puissance RCo.11 pour le Victor. Le nouveau moteur diffĂ©rait du RCo.8 en ce qu'il possĂ©dait un nouvel « Ă©tage-zĂ©ro Â» (le premier Ă©tage du moteur, visible de l'extĂ©rieur) en avant du compresseur basse-pression, ce qui augmentait encore le flux d'air froid autour du cĹ“ur du moteur. Le RCo.10 vola pour la première fois dans un Avro Vulcan le , suivi par le RCo.11 dans un Victor le .

La sociĂ©tĂ© Boeing avait calculĂ© que le Conway, mĂŞme s'il disposait d'un bypass limitĂ© Ă  cause du montage « dans les ailes Â» des moteurs, augmenterait la distance franchissable du 707-420 de 8 %, comparĂ© au 707-320, identique mais propulsĂ© par des turborĂ©acteurs Ă  simple flux Pratt & Whitney JT4A (J75). En , la compagnie TCA commanda des DC-8 Ă  moteurs Conway, suivie par des commandes provenant d'Alitalia et de Canadian Pacific Airlines, tandis-que le « 707 Conway Â» fut commandĂ© par les compagnies BOAC, Lufthansa, Varig et Air India[3]. Le dĂ©veloppement du RCo.10 se passa si bien qu'après avoir livrĂ© une petite quantitĂ© de moteurs pour les tests, les livraisons ultĂ©rieures furent effectuĂ©es en passant sur le RCo.12 de 76,3 kN de poussĂ©e, qui fut conçu, produit et testĂ© avant que les fuselages des avions eurent Ă©tĂ© achevĂ©s. Ces modèles disposaient Ă©galement d'un Ă©chappement cruciforme, afin de diminuer le bruit produit par le moteur, et d'inverseurs de poussĂ©e pouvant fournir jusqu'Ă  50 % de poussĂ©e vers l'avant.

Bien qu'il ait Ă©tĂ© très efficace dans son rĂ´le, seulement 69 exemplaires de 707 et DC-8 furent construits avec le Conway, principalement en raison de l'apparition sur le marchĂ© des premiers turbofans de fabrication amĂ©ricaine, en particulier le Pratt & Whitney JT3D. Il n'en demeure pas moins que le Conway Ă©tait très efficace dans son domaine, et qu'il fut le premier moteur aĂ©ronautique Ă  recevoir l'autorisation d'ĂŞtre utilisĂ© avec des intervalles entre rĂ©visions s'Ă©talant jusqu'Ă  10 000 heures[4].

Rolls-Royce continua Ă  travailler sur le Conway et crĂ©a la version RCo.15. Elle Ă©tait similaire au RCo.12, mais disposait d'un Ă©tage-zĂ©ro plus grand, ainsi qu'un carĂ©nage correspondant agrandi lui-aussi. Cela rĂ©duisait sa consommation de carburant de 3 %, tout-en augmentant sa poussĂ©e vers une valeur de 82 kN. La conception gĂ©nĂ©rale de ces deux versions Ă©tait toutefois presque identique, Ă  tel point que les RCo.12 pouvaient facilement ĂŞtre reconstruits en RCo.15 pendant les phases de maintenance prolongĂ©es.

Versions finales

Le dernier dĂ©veloppement du Conway fut le RCo.42, conçu spĂ©cifiquement pour le Vickers VC10. Comme, Ă  ce moment-lĂ , le besoin de moteurs intĂ©grĂ© aux ailes avait Ă©tĂ© abandonnĂ© depuis dĂ©jĂ  longtemps, Rolls-Royce augmenta de manière considĂ©rable la taille de ses soufflantes, ce qui augmenta la dĂ©rivation de flux de seulement 25 % aux dĂ©buts, vers 60 % Ă  la fin de production de ces moteurs. Cette modification vit la poussĂ©e atteindre une valeur de 90,1 kN. DĂ©marrĂ© pour la première fois en mars 1961, ce moteur devint le Conway le plus fructueux, Ă©quipant toute la flotte de VC-10 en service, les derniers recevant une version lĂ©gèrement Ă©voluĂ©e RCo.43.

Caractéristiques

Le RCo.12 Conway Ă©tait un turborĂ©acteur Ă  double flux axial avec un faible taux de dilution, d'environ 25 %. Il avait un compresseur basse pression Ă  7 Ă©tages, les six premiers Ă©tant en aluminium et le septième en titane. Derrière Ă©tait prĂ©sent le compresseur haute-pression Ă  9 Ă©tages, avec les 7 premiers en titane et les deux derniers en acier. Le carĂ©nage du flux secondaire Ă©tait aussi fait en titane. La chambre de combustion consistait en 10 tubes Ă  flamme (« flame cans Â»), insĂ©rĂ©s Ă  l'intĂ©rieur d'un volume annulaire commun, dĂ©signĂ© « cannular combustor Â». Les Ă©tages de compresseur HP Ă©taient entraĂ®nĂ©s par une turbine Ă  un seul Ă©tage utilisant des ailettes creuses ventilĂ©es par de l'air frais sous pression venant du compresseur. Cette turbine Ă©tait suivie par une autre Ă  deux Ă©tages, qui entraĂ®nait le compresseur BP et la soufflante[5]. Les accessoires Ă©taient disposĂ©s autour de l'avant du moteur, afin de limiter l'augmentation du diamètre de l'ensemble.

Le moteur produisait une poussĂ©e au dĂ©collage de 76,3 kN et avait une consommation spĂ©cifique de carburant de 0,712 au dĂ©collage, et 0,87 en rĂ©gime de croisière.

En 1968 une soufflante dotée de pales Hyfil, en fibres de carbone, fut mise en service sur les Conway des VC-10 utilisés par la compagnie BOAC[6].

Versions

  • RCo.2 : Un seul exemplaire produit. Ce moteur devait Ă©quiper le futur Pathfinder, un Vickers Valiant volant Ă  basse-altitude qui fut annulĂ© peu de temps après. Il produisait une poussĂ©e de 44 kN ;
  • RCo.5 : Moteur plus gros et plus puissant, il aurait dĂ» Ă©quiper un autre avion dont le projet fut annulĂ©, le Vickers V-1000. Il dĂ©veloppait 54 kN de poussĂ©e ;
  • RCo.8 : Ce moteur devait propulser la version B.2 du bombardier Handley Page Victor, en remplaçant le Sapphire des anciennes versions. Il fut toutefois dĂ©laissĂ© au profit du RCo.10. Il produisait une poussĂ©e de 64 kN ;
  • RCo.10 : Ce moteur fut crĂ©Ă© Ă  la suite d'une demande de la compagnie Trans-Canada Airlines (TCA) pour explorer l'idĂ©e d'installer des Conway sur les avions de ligne Boeing 707 et Douglas DC-8. D'une poussĂ©e de 73 kN, il remplaça le RCo.8 sur les planches Ă  dessin pendant sa conception ;
  • RCo.11 : Le RCo.11 est un RCo.10 pour le bombardier Victor, produisant la mĂŞme poussĂ©e ;
  • RCo.12 : Ce moteur fut conçu, produit et testĂ© avant que les fuselages des avions devant recevoir le RCo.10 aient Ă©tĂ© achevĂ©s. Il remplaça donc rapidement le RCo.10 après les premières livraisons. Ces rĂ©acteurs disposaient d'un Ă©chappement cruciforme, afin de diminuer le bruit produit par le moteur, et d'inverseurs de poussĂ©e pouvant fournir jusqu'Ă  50 % de poussĂ©e vers l'avant. Ils produisaient 76,3 kN de poussĂ©e ;
  • RCo.15 : RCo.12 agrandi, disposant d'une soufflante et d'un carĂ©nage externe de plus grand diamètre. La consommation de carburant fut diminuĂ©e de 3 % et la poussĂ©e produite passa Ă  82 kN. Presque identiques, les RCo.12 pouvaient facilement ĂŞtre convertis en RCo.15 lors des opĂ©rations de maintenance programmĂ©e ;
  • RCo.42 : Version conçue spĂ©cifiquement pour le Vickers VC10. La soufflante vit son diamètre augmentĂ© de manière importante, le flux secondaire passant de 25 Ă  60 % du flux total du moteur. La poussĂ©e passa Ă  90,1 kN ;
  • RCo.42/1
  • RCo.43 : Version lĂ©gèrement Ă©voluĂ©e du RCo.42.

Applications

Exemplaires exposés

Des moteurs préservés sont en exposition dans les lieux suivants :

  • MusĂ©e de la Royal Air Force de Cosford (ancienne base de la RAF) ;
  • Un Conway en coupe est visible au National Museum of Flight d'East Fortune, en Écosse ;
  • Un autre Conway en coupe est visible au Brooklands Museum, Ă  Weybridge ;
  • Un Conway se situe Ă©galement dans l'espace de stockage du Canada Aviation and Space Museum ;
  • Un autre Conway peut ĂŞtre vu au Farnborough Air Science Trust Museum, Ă  Farnborough.

Notes et références

  1. (en) « Aero Engines 1954 », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 65, no 2359,‎ , p. 449 (lire en ligne [PDF]).
  2. (en) Kay 2007, p. 113.
  3. (en) Kay 2007, p. 114.
  4. (en) « Rolls-Royce Conway », MEMIM Encyclopedia (consulté le ).
  5. (en) « Conway : The evolution of the first Rolls-Royce bypass turbojet », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 77, no 2653,‎ , p. 77 (lire en ligne [PDF]).
  6. (en) « Engines », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 94, no 3107,‎ , p. 481 (lire en ligne [PDF]).

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

Document utilisé pour la rédaction de l’article : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

  • (en) Bill Gunston, World encyclopedia of aero engines, Phoenix Mill, Gloucestershire, Royaume-Uni, Sutton Publishing, , 5e Ă©d., 260 p. (ISBN 1-85260-163-9 et 978-0-75094-479-3, prĂ©sentation en ligne).
  • (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, Royaume-Uni, Crowood Press, , 1re Ă©d., 240 p. (ISBN 978-1-86126-939-3 et 1-86126-939-0, prĂ©sentation en ligne). Document utilisĂ© pour la rĂ©daction de l’article

Articles

  • (en) « Vue en coupe du Conway RCo.12 Mk.508, moteur standard du Boeing 707-420 », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 77, no 2653,‎ , p. 78 et 79 (lire en ligne [PDF]).
  • (en) « Rolls-Royce Conway By-pass Turbo Jets », Flight magazine, Flight Global/Archives, vol. 76, no 2648,‎ , p. 10 (lire en ligne [PDF]).


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