Pourquoi le moteur est devenu le projet le plus important dans l'aviation civile au cours de ces 30 dernières années ?
Les essais des nouveaux moteurs d'avions russes PD-14 ont commencé dès la fin de l'année dernière dans le laboratoire volant IL-76LL que les spécialistes surnomment « l'événement d'une importance exceptionnelle ». Quelle est la spécificité de ce moteur et pourquoi est-il appelé le plus important projet russe dans le domaine de l'aviation civile de ces 30 dernières années ?
Il convient de clarifier les sept faits sur le moteur prometteur PD-14.
PD-14 est un moteur de cinquième génération qui allie les meilleures traditions locales et les nouvelles normes de l'aviation du XXIe siècle. Le turboréacteur est un dispositif d'ingénierie assez complexe qui requiert des solutions de conception très compliquées. On peut citer par exemple une ailette de turbine dont près de 70 dans les rotations. Elle tourne à une fréquence de 12 mille tours par minute et subit une force centrifuge égale à 18 tonnes. À titre de comparaison : notons la charge qui pèse sur la suspension d'un bus à impériale de Londres.
Le projet PD-14 est une nouvelle page dans l'histoire des turboréacteurs à biflux canalisé. Il s'agit de la première conception nationale dans le domaine des moteurs civils au cours de ces 29 dernières années : le premier vol IL-76LL dans le cadre du programme d'essais PS-90A a eu lieu le 26 décembre 1986.
PD-14 a été créé sur la base de l'unique générateur de gaz spécialement conçu à cet effet, composé des trois éléments suivants : un compresseur de haute performance, une turbine de haute pression et une chambre de combustion à faibles émissions. Le générateur de gaz uniforme PD-14 permet de créer des moteurs avec une poussée de 8 à 18 tonnes.
La famille des moteurs basée sur le modèle PD-14 permet d'équiper pratiquement tous les avions russes de motopropulseurs modernes : du moteur PD-7 pour les avions court-courrier tels que le Soukhoï SuperJet 100 au PD-18 qui peut être installé sur les avions long-courrier Il-96. Sur la base du générateur de gaz PD-14, il est prévu de concevoir un moteur d'hélicoptère PD-10V qui remplacera le D-136 sur le Mi-26, le plus grand hélicoptère au monde. Ce moteur peut également être utilisé sur l'hélicoptère lourd russo-chinois, dont la conception est déjà cours. Sur la base du générateur de gaz PD-14, il est possible de fabriquer des installations de pompage de gaz voire des centrales électriques à turbine à gaz d'une puissance de 8 à 16 MW.
Pour le PD-14, 16 principales technologies ont été développées sous la gestion de l'Institut central de construction de moteurs d'avions (TsIAM), du principal Institut de recherche dans l'industrie et de la société Aviadvigatel : des ailettes monocristallines de turbine de haute pression avec système prometteur de refroidissement capable de fonctionner à des températures de gaz allant jusqu'à 2 000 °K ; une large ailette creuse à large corde de ventilateur en alliage de titane qui permet d'augmenter l'efficacité du niveau du ventilateur de 5 % par rapport au PS-90 ; une chambre de combustion à faible émission en alliage intermétallique ; des structures absorbant le son en matériaux composites ; des revêtements céramiques des pièces de la partie chaude ; des ailettes creuses de turbine à basse pression, et d'autres.
L'Institut russe des matériaux de construction pour l'industrie aéronautique (VIAM) a participé à la conception de près de 20 nouveaux matériaux pour le PD-14. L'utilisation de matériaux composites dans la conception du moteur et de l'ensemble-moteur, des ailettes creuses à large corde de ventilateur en titane ont largement réduit le poids du moteur. Le moteur PD-14 bénéficie des avantages incontestables suivants : réduction de la consommation spécifique de carburant de 10–15 %, baisse du coût du cycle de service de 15–20 % ; réduction des coûts de maintenance du moteur de 14–17 % par rapport aux modèles analogues existants.
Mais il ne suffit pas de concevoir un matériau : il est nécessaire d'obtenir une certification de conformité des normes internationales pour l'utiliser dans les moteurs d'avions civils. Dans le cas contraire, le moteur, même s'il est de bonne qualité, ne pourra être utilisé dans l'aviation au-delà des frontières de la Russie. Les règles sont très strictes, puisque nous parlons de la sécurité des personnes. Cela vaut également pour le procédé de fabrication du moteur : les entreprises de l'industrie doivent obtenir une certification de conformité de l'Agence européenne de la sécurité aérienne (EASA). Tout cela doit renforcer le niveau de la culture de production. La conception même du PD-14 repose sur une nouvelle technologie digitale, grâce à laquelle le 7e exemplaire du moteur a été assemblé à Perm (Russie) selon la technologie de production en série, tandis qu'auparavant un lot expérimental était fabriqué en 35 exemplaires maximum. Le projet PD-14 conservera de manière générale plus de 10 mille d'emplois hautement qualifiés en Russie.
Les émissions polluantes produites par le PD-14 ont pu être réduites grâce à l'optimisation des paramètres du cycle thermodynamique, à une chambre de combustion à faibles émissions et à une faible consommation spécifique de carburant. Les indicateurs d'émission obtenus sont inférieurs de 30–45 % par rapport aux normes établies.
Le PD-14 est un moteur silencieux. Une simulation en 3D des composants aérodynamiques, une augmentation du niveau de la dilution pour le passage à une bande à basse fréquence et l'utilisation de systèmes d'insonorisation efficaces de dernière génération ont permis de réduire considérablement le niveau de bruit. Les indicateurs de bruit avec une marge importante dépassent ceux recommandés par les normes de l'Organisation de l'aviation civile internationale.
Les avancées réalisées dans le domaine de la fabrication des moteurs d'avion sont dues à plusieurs paramètres, dont le principal réside dans la température du gaz de la turbine. Le passage vers chaque nouvelle génération de turboréacteurs, au total cinq, s'est caractérisé par une augmentation de température de 100–200 degrés.
Ainsi, la température des moteurs de la première génération (fin des années 1940) ne dépassait pas 877 °C, celle des moteurs de 2e génération (années 1950) atteignait 977 °C, celle des moteurs de 3e génération (années 1960) atteignait 1 176 °C et pour les moteurs de 4e génération (années 1970–1980), la température du gaz atteignait 1 376 °C. Les ailettes creuses des turbines des moteurs de 5e génération, dont les premiers prototypes sont apparus en Occident au milieu des années 1990, tournent à une température de 1 626 °C. Aujourd'hui, seuls 15 % des moteurs en exploitation à travers le monde, sont de 5e génération.
Outre les sociétés russes, seules les entreprises américaines, anglaises et françaises disposent d'un cycle complet de fabrication de turboréacteurs modernes. Autrement dit, les pays qui produisent des turboréacteurs modernes, sont plus rares que ceux qui détiennent l'arme nucléaire ou envoient des satellites dans l'espace. Par exemple, les longs efforts consentis par la Chine dans ce domaine n'ont toujours pas portés leurs fruits. Les Chinois ont rapidement copié l'avion de chasse russe Su-27, mais ils ne sont pas parvenus à copier le moteur AL-31F. Jusqu'à présent, la Chine doit acheter à la Russie ce moteur peu moderne depuis assez longtemps. Par conséquent, les technologies de conception des moteurs d'avions sont protégées comme le plus important secret d'État.
source: http://rostec.ru/fr/research/tecnology/4517828
Il convient de clarifier les sept faits sur le moteur prometteur PD-14.
PD-14 est un moteur de cinquième génération qui allie les meilleures traditions locales et les nouvelles normes de l'aviation du XXIe siècle. Le turboréacteur est un dispositif d'ingénierie assez complexe qui requiert des solutions de conception très compliquées. On peut citer par exemple une ailette de turbine dont près de 70 dans les rotations. Elle tourne à une fréquence de 12 mille tours par minute et subit une force centrifuge égale à 18 tonnes. À titre de comparaison : notons la charge qui pèse sur la suspension d'un bus à impériale de Londres.
1. Premier moteur d'avion créé en Russie après la chute de l'URSS
Le projet PD-14 est une nouvelle page dans l'histoire des turboréacteurs à biflux canalisé. Il s'agit de la première conception nationale dans le domaine des moteurs civils au cours de ces 29 dernières années : le premier vol IL-76LL dans le cadre du programme d'essais PS-90A a eu lieu le 26 décembre 1986.
PD-14 a été créé sur la base de l'unique générateur de gaz spécialement conçu à cet effet, composé des trois éléments suivants : un compresseur de haute performance, une turbine de haute pression et une chambre de combustion à faibles émissions. Le générateur de gaz uniforme PD-14 permet de créer des moteurs avec une poussée de 8 à 18 tonnes.
2. Projet de base pour la famille des moteurs
La famille des moteurs basée sur le modèle PD-14 permet d'équiper pratiquement tous les avions russes de motopropulseurs modernes : du moteur PD-7 pour les avions court-courrier tels que le Soukhoï SuperJet 100 au PD-18 qui peut être installé sur les avions long-courrier Il-96. Sur la base du générateur de gaz PD-14, il est prévu de concevoir un moteur d'hélicoptère PD-10V qui remplacera le D-136 sur le Mi-26, le plus grand hélicoptère au monde. Ce moteur peut également être utilisé sur l'hélicoptère lourd russo-chinois, dont la conception est déjà cours. Sur la base du générateur de gaz PD-14, il est possible de fabriquer des installations de pompage de gaz voire des centrales électriques à turbine à gaz d'une puissance de 8 à 16 MW.
3. Seize nouvelles technologies ont été conçues pour le PD-14
Pour le PD-14, 16 principales technologies ont été développées sous la gestion de l'Institut central de construction de moteurs d'avions (TsIAM), du principal Institut de recherche dans l'industrie et de la société Aviadvigatel : des ailettes monocristallines de turbine de haute pression avec système prometteur de refroidissement capable de fonctionner à des températures de gaz allant jusqu'à 2 000 °K ; une large ailette creuse à large corde de ventilateur en alliage de titane qui permet d'augmenter l'efficacité du niveau du ventilateur de 5 % par rapport au PS-90 ; une chambre de combustion à faible émission en alliage intermétallique ; des structures absorbant le son en matériaux composites ; des revêtements céramiques des pièces de la partie chaude ; des ailettes creuses de turbine à basse pression, et d'autres.
4. Vingt nouveaux matériaux ont été créés pour le projet
L'Institut russe des matériaux de construction pour l'industrie aéronautique (VIAM) a participé à la conception de près de 20 nouveaux matériaux pour le PD-14. L'utilisation de matériaux composites dans la conception du moteur et de l'ensemble-moteur, des ailettes creuses à large corde de ventilateur en titane ont largement réduit le poids du moteur. Le moteur PD-14 bénéficie des avantages incontestables suivants : réduction de la consommation spécifique de carburant de 10–15 %, baisse du coût du cycle de service de 15–20 % ; réduction des coûts de maintenance du moteur de 14–17 % par rapport aux modèles analogues existants.
Mais il ne suffit pas de concevoir un matériau : il est nécessaire d'obtenir une certification de conformité des normes internationales pour l'utiliser dans les moteurs d'avions civils. Dans le cas contraire, le moteur, même s'il est de bonne qualité, ne pourra être utilisé dans l'aviation au-delà des frontières de la Russie. Les règles sont très strictes, puisque nous parlons de la sécurité des personnes. Cela vaut également pour le procédé de fabrication du moteur : les entreprises de l'industrie doivent obtenir une certification de conformité de l'Agence européenne de la sécurité aérienne (EASA). Tout cela doit renforcer le niveau de la culture de production. La conception même du PD-14 repose sur une nouvelle technologie digitale, grâce à laquelle le 7e exemplaire du moteur a été assemblé à Perm (Russie) selon la technologie de production en série, tandis qu'auparavant un lot expérimental était fabriqué en 35 exemplaires maximum. Le projet PD-14 conservera de manière générale plus de 10 mille d'emplois hautement qualifiés en Russie.
5. Moteur d'avion écologique et silencieux
Les émissions polluantes produites par le PD-14 ont pu être réduites grâce à l'optimisation des paramètres du cycle thermodynamique, à une chambre de combustion à faibles émissions et à une faible consommation spécifique de carburant. Les indicateurs d'émission obtenus sont inférieurs de 30–45 % par rapport aux normes établies.
Le PD-14 est un moteur silencieux. Une simulation en 3D des composants aérodynamiques, une augmentation du niveau de la dilution pour le passage à une bande à basse fréquence et l'utilisation de systèmes d'insonorisation efficaces de dernière génération ont permis de réduire considérablement le niveau de bruit. Les indicateurs de bruit avec une marge importante dépassent ceux recommandés par les normes de l'Organisation de l'aviation civile internationale.
6. Premier moteur d'avion russe de 5e génération
Les avancées réalisées dans le domaine de la fabrication des moteurs d'avion sont dues à plusieurs paramètres, dont le principal réside dans la température du gaz de la turbine. Le passage vers chaque nouvelle génération de turboréacteurs, au total cinq, s'est caractérisé par une augmentation de température de 100–200 degrés.
Ainsi, la température des moteurs de la première génération (fin des années 1940) ne dépassait pas 877 °C, celle des moteurs de 2e génération (années 1950) atteignait 977 °C, celle des moteurs de 3e génération (années 1960) atteignait 1 176 °C et pour les moteurs de 4e génération (années 1970–1980), la température du gaz atteignait 1 376 °C. Les ailettes creuses des turbines des moteurs de 5e génération, dont les premiers prototypes sont apparus en Occident au milieu des années 1990, tournent à une température de 1 626 °C. Aujourd'hui, seuls 15 % des moteurs en exploitation à travers le monde, sont de 5e génération.
7. Les technologies du PD-14 sont un secret d'État
Outre les sociétés russes, seules les entreprises américaines, anglaises et françaises disposent d'un cycle complet de fabrication de turboréacteurs modernes. Autrement dit, les pays qui produisent des turboréacteurs modernes, sont plus rares que ceux qui détiennent l'arme nucléaire ou envoient des satellites dans l'espace. Par exemple, les longs efforts consentis par la Chine dans ce domaine n'ont toujours pas portés leurs fruits. Les Chinois ont rapidement copié l'avion de chasse russe Su-27, mais ils ne sont pas parvenus à copier le moteur AL-31F. Jusqu'à présent, la Chine doit acheter à la Russie ce moteur peu moderne depuis assez longtemps. Par conséquent, les technologies de conception des moteurs d'avions sont protégées comme le plus important secret d'État.
source: http://rostec.ru/fr/research/tecnology/4517828
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