Pratt & Whitney J-57, le réacteur du F-8 Crusader


F-8 Crusader Caractéristiques:(J-57-P-20A)
Longueur totale: 7,10 m
Longueur tuyère PC: 2,15 m
Diamètre: 1,02 m

Masse totale: 2 310 kg
Masse tuyère PC: 350 kg

Poussée à sec: 4 154 kgp
Poussée avec PC: 8 172 kgp
Taux de compression sol/vol: 10,5 / 12

Huile: 26 litres d'AIR-3514
Consommation d'huile moyenne: 0,8 l/h
Temps maxi en vol dos: 10 sec

Carburant: TR5 (JP/TR4 en remplacement)
Débit carburant pompe HP: 454 l/min
-réacteur: 151 l/min
-PC: 284 l/min
-fuite interne: 19 l/min


Tout au long de sa carrière le Crusader connu un seul type de réacteur, le J-57, mais sous plusieurs versions au fur et à mesure du temps et des évolutions de ce moteur.

La famille des réacteurs J-57 fut conçu à partir d'un turbopropulseur, le XT-45.
Ce moteur conçu spécialement pour équiper les futurs bombardier Boeing B-52, évolua rapidement vers un réacteur lorsqu'il fut acquis que ce dernier serait plus efficace qu'un moteur à hélice, fut-il turbo-propulsé.
Désigné par Pratt & Whitney JT-3C, ce moteur effectua ses premiers essais durant l'année 1952.
Le développement de ce réacteur pour le B-52 donna un réacteur double-flux sans post-combustion, mais doté d'une injection d'eau-méthanol pour fournir une puissance supplémentaire lors des décollages.
C'est à ce moment que le JT-3C pris sa désignation définitive, J-57-P. La version J-57-P-1W équipant les premiers B-52.
Face à l'excellent potentiel de ce réacteur, Pratt & Withney produisit:
- une version civile, le JT-3 pour le Boeing 707 qui était le dernier né des liners du constructeur de Seattle.
- un turbopropuseur T-57 pour motoriser les C-124 Globemaster.
Mais le constructeur développa surtout une version du J-57 avec post-combustion. Ce concept fit que le J-57 devint un des réacteurs majeurs de son époque en équipant pas moins de douze appareils militaires de son époque, dont le F-8 Crusader.

La première version qui équipa le Crusader fut le J57-P-11 de 4 400 kgp à sec et de 6 700 kgp avec postcombustion.
Ce modèle n'équipa cependant que les prototype du F-8, les premiers Crusader de série étant dotés du J-57-P-12.
Les F-8A de série furent ensuite doté du J-57-P-4A qui disposait de plus de puissance (4950 kg à sec / 7530 kg avec PC). Il va en être ainsi durant toute la vie du F-8 Crusader, à chaque fois que Chance-Vought développa une nouvelle version de son chasseur embarqué, Pratt & Whitney fournit un modèle plus puissant de son réacteur.
L'exception confirmant la règle, les F-8B furent également équipés avec des J-57-P-4A.
Ce fut avec les F-8C que la puissance fut à nouveau améliorée avec le J-57-P-16 de 4 154 kgp à sec et 7 672 kgp avec PC.
Les F-8D et E reçurent ce qui fut sans doute la version la plus prolifique de ce réacteur, le J-57-P-20A qui disposait d'une puissance de 4 154 kgp à sec et de 8 172 kgp avec PC.
Avec la fin de carrière et les modernisations des F-8 Crusader (versions H/J/RF-8G), le motoriste Pratt & Whitney développa une des dernières versions de son réacteur, le J-57-P-420 qui fournissait 5 629 kgp à sec et 8 898 kgp avec post-combustion.

Durant le conflit vietnamien, les équipes de maintenance avaient pris l'habitude de reprendre les réglages du débit carburant (Fuel Flow). En augmentant ce débit au delà des normes préconisées sur le NATOPS (livret constructeur), le réacteur fournissait alors, à régime moteur identique, plus de puissance. Cette modification "de terrain" avait le désavantage de réduire le potentiel des moteurs qui étaient soumis à des contraintes thermiques nettement plus élevées, mais en contre-partie, cela permettait aux pilotes de bénéficier d'un surplus de puissance non négligeable dans une région où le climat tropical ne favorisait pas le rendement des réacteurs. Cette modification fut particulièrement appréciée par les pilotes de RF-8G qui effectuaient des vols de reconnaissance à basse altitude et, qui devaient souvent faire face à des DCA ennemies fournies.
Ce réglage pouvait être fait très rapidement en donnant quelques "crans" de plus au régulateur carburant "military" et "afterburner", en ouvant une trappe de visite située sous le fuselage entre les quilles anti-roulis.


Le J-57-P-20A en détails:

Comme dans chaque désignation aux USA, celle du J-57 répondait à des critères bien précis:
- J = désigne un réacteur
- 57 = Modéle
- P = code constructeur (P correspondant à Pratt & Whitney)
- 20 = Type dans le modèle
- A = sous-série, ici le A signifie une sous-verion des P-20 qui disposait de 272,5 kgp supplémentaires.

Le J-57-P-20A était un réacteur avec post-combustion, à compresseur double à 16 étages, le sens de rotation était anti-horaire (vue de face).
Le premier compresseur axial, dit compresseur basse pression ou N1 disposait de 9 étages (un étage étant égal à un stator plus un rotor d'aubes réacteur).
Le second compresseur axial, dit compresseur haute pression ou N2 disposait de 7 étages.
Ces deux compresseurs n'étaient pas liés mécaniquement entre-eux, l'avantage de ce montage permettait d'avoir un ensemble compresseur plus léger avec un emcombrement réduit, une vitesse de rotation de N2 plus élevée sans que N1 n'atteigne des vitesses soniques, et enfin, une facilité de démarrage puisque seul N2 était alors entrainé lors de cette phase.
Chaque compresseur était lié mécaniquement avec une section de la turbine située derrière les chambres de combustion, le compresseur BP était lié à la turbine BP à deux étages et, le compresseur HP était lié à la turbine HP à un étage.

Une fois passé les compresseurs, l'air admis dans le réacteur débouchait dans huit chambres de combustion de forme tubulaire et disposées en couronne.
Le carburant était injecté dans ces chambres par quarante-huit brûleurs, au nombre de six par chambre.
Pour assurer l'allumage initial du carburant, le réacteur était doté de deux bougies d'allumage dans les chambres 4 et 5.
C'était également ces bougies qui étaient sollicitées lors des tirs missiles M-530 avec le contacteur "cont-ignit".
La consommation en régime Military était de 600 000 pounds/heure pour l'air et de 8 000 à 9 000 pounds/heure de carburant.

Une fois brulés, les gaz arrivaient dans les turbines HP et BP.
Une des fonctions principales de ces turbines étaient d'entrainer les compresseurs respectifs liés à chacunes des turbines.
Juste derrière les turbines les gaz débouchaient dans un conduit d'échappement dit "exhaust cone" doté de vingt-quatre aubes redresseuses, qui avaient pour fonction de réduire les turbulences en sortie de turbine.

La tuyère de post-combustion d'une longueur de 2,15 mètres disposait de vingt-quatre barres de pulvérisation de carburant, ce dernier s'emflammait grâce à l'envoi de carburant déjà enflammé provenant de la chambre de combustion n°3.
Une pièce de forme annulaire appelée accroche-flamme permettait de maintenir la combustion à proximité des barres de pulvérisation.

La tuyère d'échappement était équipée de paupières à deux positions (ouvert/fermé).
Ces huit paupières (ou volets de tuyère) étaient fermées à tous les régimes sauf au ralenti et en post-combustion.

Pour amener l'air au réacteur, le Crusader avait un conduit d'admission d'air d'un dizaine de mètres, qui permettait de maintenir une vitesse maximum d'admission à l'entrée du réacteur de Mach 0,5 maxi.
Le radiateur d'huile moteur disposait d'une porte située sur le flanc gauche du fuselage qui communiquait avec le conduit d'admission. Cette porte s'ouvrait à Mach 1,66 pour permettre d'évacuer l'excédent d'air admis vers le réacteur et ainsi éviter un bourrage compresseur.
Le J-57 était fixé au Crusader en quatre points, deux sur le palier avant du compresseur BP et deux autres sur le carter turbine.


Pour assurer le fonctionnement des différents organes du F-8 Crusader et de son réacteur, de l'air était prélevé à différents points du réacteur.
9ème étage compresseur:
-pressurisation du joint de palier n°1, n°2 et n°6.
-refroidissement du troisième du disque de turbine (second étage turbine BP).
-refroidissement du carter du palier n°6.
12ème étage compresseur:
-équilibrage de poussée sur le palier n°4 qui maintient en translation le compresseur/turbine HP.
-cet air prélevé était réinjecté ensuite au niveau du 10ème étage compresseur.
16ème étage compresseur:
-pressurisation du circuit de lubrification réacteur, des réservoirs de carburant, du circuit C.S.D..
-refroidissement du premier et second étage des turbines.
-conditionnement d'air cabine.
-antigivrage.
-circuit de commande des volets de tuyère.
-soufflage d'air B.L.C.
-vanne de décharge compresseur.


Les compresseurs et les turbines du J-57 étaient soutenus par huit roulements tous lubrifiés par le circuit d'huile moteur.
Le palier 1 soutenait l'avant du compresseur basse pression, le N°2 l'arrière.
Les palier 3 et 4 soutenaient respectivement l'avant et l'arrière du compresseur haute pression.
Le palier 5 se situait sur la turbine haute pression et le N°6 sur la turbine basse pression.
Une modification du J-57 fit ajouter deux paliers sur les arbres haute pression, et basse pression pour supprimer les effets de flambages de ces derniers. Ces deux paliers furent respectivement désignés N° 21/2 et 41/2.
La consommation d'huile moteur du J-57 était de 2,3 l/h en post-combustion et de 1,8 l/h en régime Military.


Afin d'éviter un risque de pompage réacteur (variations importantes du débit d'air et de la pression qui provoquent des accoups de fonctionnement), le J-57 était équipé d'une vanne de décharge qui rejetait à l'air libre l'excédent d'air à la sortie du compresseur BP.
Cette sortie d'air était située sur le flanc gauche du fuselage au niveau du volet de voilure.


Afin d'entrainer les différents organes nécessaires au fonctionnement du F-8 Crusader, le J-57 était doté d'un relais accessoires qui entrainait:
-les pompes hydrauliques Utility, PC-1 & 2.
-le régulateur carburant.
-la pompe carburant haute pression.
-la génératrice via le C.S.D.
-la pompe de pression d'huile et la pompe de récupération d'huile.


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