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La propulsion nucléaire aéronautique
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III. Les essais au sol
  Création/Mise à jour : 03/06/2003
I. Origine
II. Un concept audacieux
III. Les essais au sol
IV. Le Convair X-6
V. Les moteurs du X-6
VI. Le développement du X-6
VII. Le Convair NB-36 H
VIII. Le Bombardier atomique WS-125 A
IX. Projet Pluto
X. Le Vought Slam
XI. Le Tupolev 95 LAL & le Tu 119
XII. Principe des turboréacteurs atomiques
XIII. Bibliographie

 

Un réacteur HTRE

 

General Electric a exécuté une série d'expériences très réussies en utilisant le concept de cycle direct et des réacteurs spéciaux. Ceux-ci ont été désignés sous le nom de Heat Transfer Reactor Experiment (HTRE). La série a impliqué trois réacteurs, HTRE-1, -2 et -3. HTRE-1 est devenu HTRE-2 à la conclusion de son programme d'essai. HTRE-1 (et donc HTRE-2) a fourni de l’énergie nucléaire avec succès a un X-39 (J-47 modifié).

HTRE-3 était le plus proche d'un moteur opérationnel du programme. Il était modéré par des matériaux à l’état solide, par opposition aux réacteurs plus anciens qui étaient modérés avec de l’eau, et il actionnait deux X-39 à des niveaux de puissance élevés. HTRE-3 a été limité au fonctionnement avec deux turboréacteurs, mais il aurait pu servir pour des niveaux de puissance plus élevés.

X-39

HTRE-1 était principalement un démonstrateur pour ce type de réacteur. HTRE-1 a réalisé un certain nombre de fonctionnement à pleine puissance qui ont démontré la faisabilité d’un réacteur nucléaire pour turboréacteur. HTRE-2 était le HTRE-1 modifié pour tester des composants évolués de réacteur, par exemple une chambre centrale hexagonale. De cette façon, de nouveaux concepts de réacteur pouvaient être testés sans nécessité de construire un réacteur totalement nouveau à partir de zéro. L'expérience acquise par le HTRE-1 et le HTRE-2 a été utilisée dans la construction de HTRE-3.

Réacteur HTRE

HTRE-3 était l'élément final pour prouver la praticabilité d’un réacteur nucléaire réel d'avion. La conception et les tests du HTRE-3 ont fait avancer le programme du cycle direct au-delà de la question de la praticabilité et des problèmes d’ingénierie. Les trois réacteurs HTRE avaient la configuration standard du cycle direct, avec l'ajout d'une chambre de combustion chimique juste en amont des turbines. Cette chambre de combustion permettait aux turboréacteurs d'être démarrés avec la puissance chimique puis de fonctionner pendant que le réacteur était porté jusqu'à la température de fonctionnement.

Le système opérationnel devait également utiliser une chambre de combustion chimique pour le décollage et l'atterrissage, et probablement la pénétration, quand le temps de réponse relativement lent du réacteur pouvait être un désavantage.

Les réacteurs HTRE ont atteint ou excédé leurs objectifs, mais bien que ces réacteurs avaient la taille requise pour s'adapter dans un avion, aucun des HTRE n'a été conçu pour être un prototype de système opérationnel.

Le réacteur nucléaire et les turboréacteurs du HTRE-3

La série a prouvé qu’il était possible avec la technologie à disposition de construire un réacteur avionnable avec les mêmes matériaux que le HTRE-3 et de taille semblable. Malgré le fait que le HTRE-3 ne produisait pas la puissance nécessaire pour le vol, cela était principalement du à une conception non optimisée car il était conçu comme réacteur de recherches.

Les essais ont prouvé qu'un réacteur utilisant les mêmes matériaux que HTRE-3 pourrait avoir été construit à ce moment-là. Un tel réacteur répondrait à tous les besoins nécessaires pour un vol. Dans une publication, Clarence " Kelly " Johnson et F. A. Cleveland déclarait que quand un matériel amélioré serait disponible, on pourrait prévoir l’installation de turboréacteurs atomiques dans des avions de plus petite taille.

Un réacteur HTRE

 

Convair NB-36H

 

Tandis que GE travaillait sur le cycle direct, Pratt et Whitney (P&W) travaillait sur le cycle indirect. Cependant, les progrès ont été beaucoup plus lents que pour le travail sur les HTRE. P&W n'a jamais pu faire fonctionner un système d'essai. En fait, leur travail a été limité aux tests des composants.

En plus du travail sur le réacteur supercritique à eau pressurisé, P&W a étudié des concepts de liquide réfrigérant en métal liquide. Les deux concepts principaux étaient un réacteur à noyau solide, dans lequel le métal liquide circulait autour du noyau, et un concept de réacteur dans lequel une partie du combustible nucléaire était mélangé au métal liquide, la masse critique étant atteinte quand le mélange circulait dans un noyau central.

Comme le concept de " combustible circulant " était prometteur, le travail sur le réacteur supercritique a été stoppé. P&W a beaucoup travaillé sur la conception des conduites du métal liquide, la prévention de la corrosion, et la conception des échangeurs de chaleur. Cependant, le travail de P&W à CANEL n'a jamais mené à un réacteur d'essai, encore moins à un modèle d’essai en vol. En fin de compte, le cycle indirect était plus prometteur, mais il exigeait beaucoup plus de travail de développement.

Un réacteur HTRE

Tandis que ces programmes d'essai étaient réussis, il y en avait d'autres qui ne l'étaient pas. Un certain nombre de programmes ont été commencé à grand frais avant d'être abandonné quand ils sont passés par une des nombreuses réorientations.

Le rapport officiel du gouvernement US sur le projet ANP énumère de tels programmes :

-Un service d'essai de moteur opérationnel a été établi en Idaho pour tester les moteurs au sol et dans les avions d'essai. Ce service a coûté plus de huit millions de dollars, pourtant il n'a jamais été utilisé pendant le programme ANP, autrement que comme un bâtiment de stockage, parce que le programme de vol a été annulé.

-Un laboratoire sur les échangeurs thermiques a été construit à CANEL pour étudier le transfert thermique métal liquide/air. Après avoir dépensé plus de six millions de dollars la construction a été stoppée avec seulement les murs terminés parce que l’US Air Force a changé d'avis.

-Un autre laboratoire a été construit à CANEL pour étudier les conditions de vide. Ce laboratoire a coûté plus d'un million de dollars, et il est entré en service en mars 1961, le même mois que le programme ANP a été annulé.

De façon générale la technologie semble avoir été là, pourtant le programme ANP a été abandonné. La série des réacteurs GE HTRE a montré que le concept de cycle direct fonctionnait. P&W accomplissait des progrès, lentement mais sûrement, sur le cycle indirect. Les essais de réacteur du NTA ont démontré que le bouclier anti-radiation pouvait être efficace.

Sources :

X-planes de Jay Miller
The Decay of the Atomic Powered Aircraft Program par Brian D. Bikowicz
Tupolev Tu-119
Vought SLAM
Dream of Atomic Powered Flight
NUCLEAR POWERED AIRCRAFT
The Aircraft Nuclear Propulsion Project De Carolyn C. James
Preliminary analysis of three cycles for nuclear propulsion of aircraft
Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft

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