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Pratt & Whitney se relance sur les moteurs hypersoniques

Alors que la propulsion hypersonique réutilisable augmente la liste des priorités du département américain de la Défense, Pratt & Whitney confirme maintenant qu’il travaille sur un programme de développement secret appelé Metacomet visant à résoudre le problème de la mise en service de systèmes de propulsion réutilisables à grande vitesse à faible coût.

Déjà âgé d’au moins deux ans, Metacomet – un nom lié à un chef Wampanoag du XVIIe siècle, homonyme d’une crête surplombant un centre de recherche de Pratt & Whitney dans le Connecticut – marque le retour de l’entreprise à la propulsion Mach 3-plus près d’une décennie après la vente de son Scramjet pionnier du bras Rocketdyne à la société mère d’Aerojet en 2012.

La propriété intellectuelle de l’ancien Rocketdyne étant interdite, la division GatorWorks de Pratt & Whitney, une unité de prototypage créée en 2018, a lancé Metacomet pour se concentrer sur des alternatives à faible coût à la propulsion des statoréacteurs et des scramjet pour les vols à grande vitesse.

Cet effort s’appuie sur l’expertise de l’entreprise en matière de moteurs de combat à turbine à gaz, et remonte en particulier à une expérience vieille de plusieurs décennies avec le moteur J58 unique développé pour le Mach 3-plus Lockheed SR-71. Cet avion a effectué un vol soutenu au-dessus du point de coupure Mach d’un turboréacteur normal en détournant l’air d’admission du compresseur directement dans la postcombustion.

«Plus vous allez vite, plus le système de propulsion est gros par rapport au véhicule et à la quantité de charge utile et de carburant que vous pouvez réellement intégrer», déclare David Stagney, directeur principal de GatorWorks. «Nous avons donc passé beaucoup de temps à revenir aux fondamentaux et à réfléchir à la manière de résoudre ce problème différemment. Nous savons que l’armée de l’air veut aller très vite. Ils souhaitent également disposer de solutions à très faible coût et pouvoir disposer d’une grande quantité de véhicules. »

En conséquence, Stagney dit que Pratt & Whitney aborde le problème sous un nouvel angle. «Nous pensons que nous pouvons fournir des capacités uniques en s’appuyant sur l’héritage que nous avons du moteur Mach 3 que nous avons construit il y a [plusieurs] décennies», dit-il. «Ces compétences de base sont toujours là, et notre objectif dans GatorWorks est de proposer un portefeuille complet de solutions différentes pour une gamme de solutions à haut Mach.»

Le constructeur du moteur estime que son approche de conception, qui est censée être adaptée à des vitesses plus élevées au-dessus de Mach 3 mais en dessous de Mach 5, est plus simple et plus abordable car elle évite le besoin de cycles statoréacteurs / scramjet purs ou les complexités de la transition de mode vers et de la puissance de la turbine.

«De toute évidence, il y a des compromis entre la vitesse, l’autonomie, le coût et la quantité de charge utile que vous pouvez emporter et installer sur un véhicule qui a du sens sur le plan économique», dit Stagney.

Metacomet semble brouiller la distinction normale entre les régimes «hautement supersonique» et «hypersonique». Décrire l’hypersonique comme tout ce qui se déplace plus vite que Mach 5 est une définition largement acceptée, quoique arbitraire. Pour les concepteurs de véhicules aériens, une condition hypersonique fait référence à une gamme d’effets aérodynamiques et thermiques qui se produisent à différentes vitesses au-dessus de Mach 5. Ils varient en fonction de la conception du véhicule et du profil de vol du véhicule. Ces effets influencent fortement les matériaux et la forme de la cellule, ainsi que le type de propulsion possible.

Les remarques de Stagney à propos de Metacomet suggèrent que le programme poursuit des configurations de moteur qui peuvent approcher ou dépasser la définition de vitesse arbitraire du terme hypersonique, mais ne parviennent pas à rencontrer les effets aérodynamiques et thermiques spéciaux au niveau du système.

«Nous avons trouvé des solutions vraiment uniques à ce problème sur tout le spectre des vitesses», ajoute-t-il. « Nous souhaitons proposer différentes solutions auxquelles on ne pense pas pour le moment et dont le coût par effet est bien inférieur. »

Le travail est particulièrement axé sur la réutilisabilité et une architecture évolutive qui peut être appliquée pour répondre à différentes priorités de mission dans une combinaison de différentes tailles, charges utiles, plages et vitesses.

Bien que la société refuse de fournir des détails sur l’ensemble de solutions Metacomet, des plans de test ou des applications potentielles, Stagney dit que le véhicule de démonstration Mayhem proposé par l’Air Force Research Laboratory (AFRL) pour un système de propulsion hypersonique respiratoire «est certainement l’un des programmes qui nous regardons, c’est sûr.

L’AFRL a révélé des plans pour le démonstrateur de système Mayhem le 13 août en tant que plate-forme «à plus grande échelle, extensible, respiratoire, hypersonique, multimission» qui peut transporter «des charges utiles plus importantes sur des distances plus loin que les capacités hypersoniques actuelles le permettent», selon un demande officielle d’information qui a été communiquée à l’industrie.

Malgré son millésime, le J58, qui a été développé dans les années 1960 et a pris sa retraite lorsque la NASA a mis fin aux vols d’essai du SR-71 en 1997, reste l’un des moteurs respiratoires à haute vitesse les plus réussis et les plus ingénieusement conçus.

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