Pratt & Whitney F119

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Pratt & Whitney F119
Pratt & Whitney F119.JPEG
Un P&W F119 en phase de test dans les locaux de Nellis Air Force Base

Constructeur Drapeau : États-Unis Pratt & Whitney
Utilisation Lockheed Martin F-22 Raptor
Caractéristiques
Type Turboréacteur double flux, double corps
Longueur 5 160[1] mm
Masse 1 769 kg
Composants
Compresseur Axial à 9 étages (dont 3 pour la soufflante)
Chambre de combustion Brûleurs sur un anneau circulaire
Turbine Deux turbines axiales
Performances
Poussée maximale à sec 29 000 lbf soit 116 kN
Poussée maximale avec PC 35 000 lbf soit 156 kN

Le Pratt & Whitney F119 (désigné en interne PW5000) est un turboréacteur double flux et double corps à postcombustion développé par l’Américain Pratt & Whitney entre la fin des années 1980 et le début des années 2000. Propulsant les Lockheed Martin F-22 Raptor, avions de chasse furtifs de l’US Air Force, il est par conséquent l’unique moteur d’avion de chasse de cinquième génération opérationnel à l’heure actuelle[2].

Le P&W F119 est également l’un des rares turboréacteurs capables de propulser l’avion qu’il équipe à une vitesse supersonique sans avoir recours à la postcombustion ; cette capacité est connue sous la dénomination supercruise ou supercroisière. Pour cela, il délivre une poussée de l’ordre de 35 000 lbf (156 kN) malgré 40 % de pièces en moins par rapport à son prédécesseur, de façon à diminuer les coûts de maintenance. Le P&W F119 dispose enfin d’une tuyère bidimensionnelle orientable de ±20° dans le but d’améliorer la manœuvrabilité de l’avion.

À ce jour, le P&W F119 équipe 187 exemplaires de F-22 Raptor et devrait être remplacé par le P&W F135, une variante du F119, pour équiper les Lockheed Martin F-35 Lightning II, le prochain chasseur omnirôle de l’USAF en cours de développement. Le P&W F119 a également été utilisé sur le prototype Northrop YF-23 Black Widow II.

Contexte et développement[modifier | modifier le code]

Au début des années 1980, l’administration de Ronald Reagan entame les premiers travaux sur le programme Advanced Tactical Fighter destiné à concevoir un avion de chasse de nouvelle génération — le Lockheed Martin F-22 Raptor — dans le but de remplacer les McDonnell Douglas F-15 Eagle et General Dynamics F-16 Falcon de l’US Air Force. En septembre 1983, le projet est entre autres soumis à Pratt & Whitney et General Electric, chargés de proposer un moteur.

Photographie d’un F-22 effectuant un virage en postcombustion dans un ciel parfaitement bleu.
Un F-22 ayant activé la postcombustion de ses moteurs.

Le cahier des charges du programme précise notamment que le nouvel avion doit être capable d’atteindre des vitesses supersoniques (vitesses supérieures à Mach 1) sans utiliser la postcombustion[3]. En effet, ce procédé, qui consiste à injecter du kérosène dans les gaz d’échappement du réacteur de façon à accroître soudainement la poussée, présente deux inconvénients. D’une part il provoque une augmentation de la chaleur dégagée par le moteur, ce qui risque de compromettre la furtivité du F-22[3], et d’autre part il génère une importante sur-consommation, limitant de fait l’autonomie de l’avion[1].

Conçu selon les principes de l’integrated product development pour « assurer un juste équilibre entre performance, sûreté, rentabilité, maniabilité et coût de maintenance »[3],[4], le P&W F119 remporte en avril 1991 l’appel d’offre de l’USAF, devant le General Electric YF120 (en)[1],[5]. Sa production débute alors dans l’usine de Middletown dans le Connecticut où seront construits la majorité des F119[3]. S’il est initialement prévu de produire un millier de moteurs, à raison de deux par avion F-22, à peine la moitié le seront finalement.

Historique[modifier | modifier le code]

  • Avril 1991 : le F119 remporte l’appel d’offre de l’USAF pour motoriser les F-22.
  • Décembre 1992 : premiers essais sur banc du F119.
  • Septembre 1997 : premier vol du F-22.
  • Décembre 2000 : premier F119 de série délivré à l’USAF.
  • Septembre 2007 : 300e moteur F119 délivré à l’USAF.
  • Février 2009 : le F119 compte 100 000 heures de vol.

Source : (en) « F119-PW-100 Turbofan Engine », sur PW.utc.com [PDF]

Technique[modifier | modifier le code]

Photographie du F119 placé sur un chariot de transport spécifique.
L’air entre par l’extrémité gauche du moteur.

Le Pratt & Whitney F119 débute par une soufflante à trois étages, suivi par six étages de compression. Le P&W F119 étant un turboréacteur double flux, une partie de l’air entrant par la soufflante ne passe pas par le compresseur et est directement dirigé vers la tuyère. Les aubes à longue corde[3] (dites « aubes fan large corde ») et les disques d’aubes de la plupart des étages sont réalisés dans une seule pièce de métal, limitant les défauts sur les pièces pouvant gêner la bonne compression de l’air[3],[5] ; cette caractéristique se nomme « blisk » ou en français « disque aubagé monobloc » (DAM). Ce métal d’ailleurs, utilisé dans la plupart des pièces du moteur, est constitué d’un alliage de titane dénommé « titane allié C » offrant une meilleure résistance à la fatigue et aux températures élevées ce qui permet de repousser les limites d’utilisation du moteur[3]. Le moteur dispose par ailleurs d’un système à calage variable[3] : l’incidence des aubes du compresseur peut être ajustée par des biellettes en fonction du régime-moteur afin d’éviter notamment le phénomène de décollement tournant.

La chambre de combustion pour sa part, conçue pour limiter au maximum le dégagement de fumée lors de la combustion du kérosène[6], dispose d’un isolant thermique en cobalt limitant l’oxydation induite par les fortes températures et prolongeant par conséquent sa durée de vie[3]. Enfin, le moteur se termine par une turbine haute pression et une turbine basse pression entraînant respectivement le compresseur et la soufflante[7] ; c’est la raison pour laquelle le P&W F119 est un turboréacteur double corps.

Vue 3/4 arrière du F119 placé sur un chariot de transport spécifique.
Dispositif de poussée vectorielle bidimensionnelle du P&W F119.

Les moteurs P&W F119 disposent par ailleurs d’une tuyère bidimensionnelle orientable de ±20° selon l’axe longitudinal du moteur. Ce dispositif de poussée vectorielle permet d’améliorer la manœuvrabilité de l’avion en vol mais également de réaliser des décollages sur de plus courtes distances. La buse, partie à l’extrémité de la tuyère, adopte une forme rectangulaire et non circulaire comme cela est généralement le cas ; cette forme permet d’accélérer le refroidissement des gaz d’échappement, diminuer par conséquent la signature infrarouge de l’avion et préserver encore une fois sa furtivité[8]. La buse est, pour la même raison, conçue dans un nouveau matériau composite en céramique (Ceramic Matrix Composite) destiné à absorber les émissions radar et infrarouge[6].

Le contrôle de régime du P&W F119 est assuré par deux unités électroniques FADEC de Hamilton Sundstrand constituées chacune de deux calculateurs, limitant de fait la probabilité d’une défaillance du moteur[3],[9].

Performances[modifier | modifier le code]

Le Pratt & Whitney F119 est l’un des turboréacteurs les plus performants des années 2000. À vitesses supersoniques, sa poussée (116 kN à sec) atteint pratiquement le double de celle des moteurs conventionnels et demeure supérieure même lorsque ces derniers ont recours à la postcombustion[3],[10]. En postcombustion, le P&W F119 développe environ 35 000 lbf (156 kN) – pour comparaison, la poussée des avions de chasse F-15 Eagle et F-16 Falcon, propulsé tous les deux par un Pratt & Whitney F100, est comprise entre 23 000 (102 kN) et 29 000 lbf (116 kN)[3] – pour un rapport poussée-poids de 7,8:1.

Cette performance, réalisée avec environ 40 % de pièces en moins de façon à diminuer les coûts de maintenance[3],[10],[5], est en partie le résultat d’une étude numérique CFD (Computational Fluid Dynamics) de l’écoulement de l’air dans le turboréacteur[3] mais également de l’utilisation de technologies de pointe ; la maîtrise des dernières techniques de soudage telles que le soudage par friction, le soudage par diffusion ou encore le soudage laser fut particulièrement important[4].

Dénominations spécifiques[modifier | modifier le code]

Le Northrop YF-23 Black Widow II est un prototype conçu lors de l’appel d’offre de l’USAF et concurrent du Lockheed Martin F-22 Raptor ; il est par conséquent motorisé par le P&W F119. Le Lockheed Martin X-35 est quant à lui un prototype du Lockheed Martin F-35 Lightning II motorisé par un F119-PW-611. Le F-35 Lightning II sera néanmoins finalement propulsé par le P&W F135, une variante du F119.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c (en) « Pratt & Whitney YF119-PW-100L Augmented Turbofan », sur National Museum of US Air Force (consulté le 2 septembre 2010)
  2. (en) Erin Dick, « Pratt & Whitney’s F119 Engine Powers F-22 at Farnborough Air Show », communiqué de presse P&W Military Engines, 19 juillet 2010. Consulté le 2 septembre 2010
  3. a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m et n (en) « Military: F-22 Raptor F119-PW-100 Engine », sur GlobalSecurity.org (consulté le 1er septembre 2010)
  4. a et b (en) « Pratt & Whitney’s F119-PW-100 Engine Receives AWS Outstanding Welding Award », sur American Welding Society.org (consulté le 2 septembre 2010)
  5. a, b et c [PDF] (en) « Modern Tactical Jet Engines », sur rand.org (consulté le 3 septembre 2010) [PDF]
  6. a et b (en) « Military: F-22 Raptor Stealth », sur GlobalSecurity.org (consulté le 2 septembre 2010)
  7. « Pratt & Whitney F119 », sur PW.utc.com (consulté le 3 septembre 2010)
  8. (de) Doug Richardson, « Stealth - Unsichtbare Flugzeuge », Stocker-Schmid AG, Dietikon-Zurich,‎ 2002 (ISBN 3-7276-7096-7)
  9. (en) « F-22A Raptor Advanced Tactical Fighter Aircraft, USA », sur airforce-technology.com (consulté le 2 septembre 2010)
  10. a et b (en) Carlo Kopp, « Lockheed-Martin / Boeing F-22 Raptor », sur Air Power Australia (consulté le 2 septembre 2010)

Annexes[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

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