Le moteur PT6 célèbre son 50e anniversaire cette année, ce qui est pour nous l’occasion de saluer et d’applaudir les décisions prises par les ingénieurs qui l’ont conçu. À l’époque, ces ingénieurs ont fait des choix que leurs détracteurs ont qualifiés de contre-intuitifs à une époque où le moteur à piston dominait chez les manufacturiers de petits appareils. En rétrospective, leur initiative s’est avérée brillante, en ce sens qu’elle a directement contribué à la pérennité de ce moteur désormais légendaire. 

Rotation au banc du premier moteur PT6 entier, en février 1960.

Rotation au banc du premier moteur PT6 entier, en février 1960. Archives P&WC (Gestion des documents et de l’information).

« La toute première décision prise par cette équipe d’ingénieurs – commencer par fabriquer un moteur développant une puissance de 500 shp sur l’arbre – avait été judicieuse, affirme Luc Landry, directeur, Développement commercial, Produits de l’aviation générale, car il est souvent plus aisé de construire un petit moteur et de ne le développer qu’après l’avoir éprouvé. »

Allan Newland, concepteur en chef de l'équipe du moteur PT6, près du premier moteur; vue de câblage d'instrumentation.

Allan Newland, concepteur en chef de l'équipe du moteur PT6, près du premier moteur; vue de câblage d'instrumentation. Archives P&WC (Gestion des documents et de l’information).

À l’époque, comme le voulait l’approche traditionnelle, on utilisait la configuration du moteur à arbre unique pour relier le compartiment du générateur de gaz au compartiment de la turbine. Cela tendait à limiter la performance du moteur dans ses paramètres d’exploitation, à accroître les restrictions en matière d’opérabilité et à en diminuer la souplesse, tant pour l’exploitation que pour l’entretien. Les ingénieurs avaient décidé qu’il leur faudrait, pour la conception de leur nouveau moteur, prendre en compte tous ces aspects.

Après cinquante heures d'essais en charge prévol, les composants du moteur PT6 sont inspectés par Elvie Smith, le lieutenant-commandant J. Barnes de la Marine américaine, le chef d'escadrille W.R. Cole de l'ARC, et C. Stim de l'Armée américaine.

Après cinquante heures d'essais en charge prévol, les composants du moteur PT6 sont inspectés par Elvie Smith, le lieutenant-commandant J. Barnes de la Marine américaine, le chef d'escadrille W.R. Cole de l'ARC, et C. Stim de l'Armée américaine. Archives P&WC (Gestion des documents et de l’information).

Ils ont ainsi opté pour un moteur à turbine libre dont la source d’alimentation, la turbine de générateur de gaz, n’était pas reliée directement à l’arbre qui faisait tourner l’hélice.

La turbine n’étant pas directement reliée à l’arbre, démarrer le moteur devient bien plus simple. Il suffit que le démarreur allume le générateur de gaz qui, à son tour, active les autres sections du moteur. Si la turbine motrice est reliée à l’arbre, le démarreur doit mettre en marche l’intégralité du moteur, produire un couple plus puissant, ce qui nécessite un système de démarrage beaucoup plus imposant. « C’est un peu comme si on démarre le moteur d’une voiture au neutre par rapport à démarrer après avoir embrayé », précise M. Landry.

La turbine libre et la sélection du système de distribution du carburant permettent aussi d’utiliser un système de contrôle hydromécanique simple. C’est précisément ce que fait ce système de commande moteur : commander le moteur, en s’assurant qu’il ne fait pas de survitesse, qu’il est alimenté en carburant en quantité suffisante pour exécuter la tâche qui lui est demandée, etc. Cette configuration favorise aussi la sélection d’une grande variété de vitesses pour l’hélice; cette caractéristique est importante en ce qu’elle permet à l’hélice d’absorber la pleine puissance de la poussée au décollage, de donner une poussée maximale sur la distance de roulement au décollage et lors de la montée, et d’améliorer la performance générale du moteur comme de l’appareil sous de très nombreuses conditions d’exploitation, ce qu’avaient prévu les ingénieurs concepteurs. L’architecture de base du moteur PT6 et sa boîte d’engrenage offrent également un grand choix de vitesses pour l’hélice, que ce soit pour les appareils nécessitant de petites comme de grandes hélices. Certains avions doivent être munis de petites hélices pour obtenir l’autorisation de décoller; ces hélices doivent tourner à grande vitesse pour être efficaces. Les grandes hélices doivent tourner plus lentement pour faire ce qu’on attend d’elles.

Enfin, le moteur à turbine libre est analogue au coupleur hydraulique d’une transmission de voiture. « Les ingénieurs concepteurs d’alors avaient compris qu’il s’agissait là d’une caractéristique importante », précise M. Landry. En comparaison avec un moteur à turbine fixe, le moteur à turbine libre d’un hélicoptère requiert un simple embrayage à gallets moins complexe pour découpler le rotor principal.

Cette architecture offre aussi d’autres avantages, car elle permet notamment d’utiliser une hélice simple, également appelée hélice à simple effet, configurée avec un ressort d’un côté et avec un piston hydraulique de l’autre.

« Si le moteur avait nécessité une hélice à double effet – laquelle est équipée d’un piston hydraulique sur les deux côtés –, cela aurait ajouté à la complexité du circuit de commande de l’hélice, indique M. Landry. Réduire la complexité ne fait pas que réduire le coût; les systèmes faisant appel à des hélices à simple effet sont aussi réputés pour leur fiabilité. Tous les moteurs PT6 que nous avons construits jusqu’ici ont systématiquement été équipés d’une hélice à simple effet. »

Les ingénieurs concepteurs de l’époque ont aussi opté pour des arbres opposés, configuration plus simple que l’alternative traditionnelle : l’arbre concentrique. Le concept d’arbres opposés comporte deux pistons qui pointent dans des directions opposées et qui sont bien séparés l’un de l’autre. Dans le cas de l’arbre concentrique, un piston s’insère dans l’autre, ce qui en alourdit la complexité et risque d’engendrer d’autres problèmes. Comme l’explique M. Landry, plus c’est simple, mieux c’est.

La configuration retenue permet aussi de couvrir d’une grille l’entrée d’air du conduit menant à la chambre à air (aussi appelée plénum) du compresseur. Cette grille évite les dommages par corps étranger (FOD).

Cette conception permet essentiellement de construire le moteur en deux sections. « La turbine et le générateur de gaz se trouvant dans deux sections distinctes, un technicien peut ouvrir le moteur et accéder aux composantes de la section chaude pour les inspecter ou les réparer tandis que l’appareil est sur la piste, et ce, sans avoir à démonter le moteur qui reste sur l’aile, explique M. Landry. C’est vraiment pratique quand on sait que l’alternative consiste à détacher le moteur de l’aile et à l’envoyer à l’atelier pour l’inspection de la section chaude. »

Un compresseur de moteur PT6 (trois étages axiaux, un centrifuge, et l'ensemble de turbines compresseur).

Un compresseur de moteur PT6 (trois étages axiaux, un centrifuge, et l'ensemble de turbines compresseur). Archives P&WC (Gestion des documents et de l’information).

Enfin, c’est grâce au travail de conception que la turbine et la consommation de carburant spécifique du moteur PT6 se sont considérablement améliorées au fil des années. Du fait des perfectionnements apportés à certains éléments du moteur, notamment le compresseur, la turbine et la chambre de combustion, le moteur PT6 d’aujourd’hui est jusqu’à quatre fois plus puissant que le moteur d’origine, qui a été construit en 1963. Le rapport puissance-poids est désormais de 40 % et la consommation de carburant spécifique a été améliorée de 20 % par rapport au tout premier moteur. « Nous avons fait appel à des techniques de conception avancée pour fabriquer des pièces plus aérodynamiques, et nous avons utilisé des matériaux plus résistants, améliorant du coup la performance du moteur sans avoir à en accroître substantiellement la taille. Les ingénieurs concepteurs ne s’imaginaient cependant pas que le moteur qu’ils construisaient deviendrait légendaire pour sa fiabilité. Aujourd’hui, l’extinction en vol (IFSD) du moteur PT6 ne survient qu’une fois par millions d’heures de vol, en comparaison avec les rapports d’incidents typiques de l’industrie de l’aviation en général, lesquels indiquent 10 incidents de ce genre par million d’heures de vol », conclut M. Landry.

Pour découvrir d’autres améliorations apportées au moteur PT6 au fil des ans, cliquez sur ce lien.

PHOTO DE COUVERTURE: Coupe du moteur PT6A-65AG.


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