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La propulsion nucléaire aéronautique
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V. Les moteurs du X-6
  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

 

 

En 1951, General Electric propose de faire évoluer son concept de réacteur à refroidissement en métal liquide vers un système à cycle direct. Cette proposition provoqua une polémique entre l’US Air Force, l’AEC et General Electric puis elle fut par la suite approuvée par l'US Air Force et l’AEC en octobre 1951.

Un autre concept de réacteur pour avion, avec l'utilisation du cycle "super-critical water cycle", fut proposé par Sparland Corp. (et plus tard repris par Fairchild puis Pratt & Whitney) avec comme avantages une température de fonctionnement relativement basse et une plus grande simplicité. Ce type de réacteur utilisait un combustible solide refroidi par de l’eau à 1000° C mais maintenue dans un état liquide sous une pression de 5.000 psi. Les travaux sur ce système ont continué pendant tout le programme X-6, mais ce propulseur est resté à un stade de développement peu avancé par rapport au moteur à cycle direct développé par General Electric.

Les premiers mois de 1951 ont été fructueux pour le programme d'avion à propulsion nucléaire, néanmoins l'US Air Force avaient toujours des réserves au sujet des applications opérationnelles. En août 1951, en réponse à une question posée par le Dr. M. C. Leverett, le directeur technique du programme d’avion à propulsion nucléaire de General Electric, l'US Air Force précise qu’il était "absolument essentiel de démontrer la faisabilité militaire de l'avion à propulsion nucléaire". Les experts de l'US Air Force estimaient que l'énergie nucléaire serait utilisée "seulement pour les missions qui ne peuvent pas être exécutées avec la puissance chimique, à moins que les approvisionnements en uranium deviennent beaucoup plus important que prévu".

Insertion du réacteur nucléaire dans le X-6

Une autre réserve de l’US Air Force concernait le contrôle de la poussée des turboréacteurs atomiques en vol. On prévoyait des difficultés avec les temps de réponse des moteurs nucléaires, et les experts suggéraient que des moteurs chimiques (c’est à dire des turboréacteurs conventionnels avec kérosène) soient maintenus comme moteurs auxiliaires en cas de besoin.

General Electric avait calculé tout au long de l'été 1951 qu'un réacteur à cycle direct et refroidi à l'air aurait un combustible à près de 1370 °C pour obtenir une poussée respectable. Puisque aucun matériau connu ne pouvait résister à cette température pendant longtemps, une réduction de la température du combustible semblait obligatoire. General Electric suggérait qu'une température de combustible de 1000 °C fournirait assez de poussée pour le X-6 (mais le décollage devrait se faire avec des turboréacteurs conventionnels) et recommandait que cette température ne soit pas dépassé sur le X-6.

Les calculs préliminaires indiquaient que quatre turboréacteurs General Electric J47 reliés à un réacteur à cycle direct avec combustible à 1000 °C seraient probablement capables de propulser le X-6. Les quatre moteurs devraient produire un total de 11800 kgp à 4500 mètres en utilisant seulement la chaleur du réacteur, mais auraient aussi des chambres de combustion pour brûler du carburant chimique.

Avec cette poussée, le moteur nucléaire pourrait propulser le banc d'essai volant à des vitesses de l’ordre de 650 km/h. Le système complet de propulsion nucléaire devait peser environ 75 tonnes. Ceci incluait un réacteur de 4500 kg, 27,5 tonnes de protection anti-radiation sur le réacteur, 16,7 tonnes de protection anti-radiation pour l'équipage, plus 8100 kg pour les turboréacteurs et environ 18 tonnes de tuyauterie et d'accessoires.

Insertion du réacteur nucléaire dans le X-6

 

 

 

General Electric pensait que le développement de ce système de propulsion serait relativement simple bien que le problème du temps de réponse du réacteur soit assez difficile à résoudre. Dans le système à cycle direct, chacun des quatre turboréacteurs devait fonctionner en parallèle à partir de la même source de chaleur. Ceci signifiait qu'un moteur ne pourrait pas fonctionner indépendamment des autres et que le pilotage de tels moteurs "à commande unique" devrait être testé avec soin.

Vers fin décembre 1951, des études supplémentaires avaient conduit à modifier substantiellement le programme. General Electric constate que quatre J-47 modifiés ne produiraient pas une poussée suffisante avec l’énergie nucléaire seule (avec un réacteur fonctionnant à 1000 °C) pour maintenir le X-6 en vol. Le J-47 nucléaire (désignation de General Electric pour le X-39) a donc a été relégué au stade de moteur expérimental d'essai au sol et le moteur de vol a reçu la désignation X-40 quoique sa configuration n'ait pas été encore connue.

Le système complet de General Electric destiné aux tests au sol était désigné P-1, son réacteur nucléaire recevant la désignation R-1. Le réacteur R-1, également prévu pour les essais en vol avec les turboréacteurs X-40 ne devait pas être fondamentalement différent du réacteur d’essai au sol.

Le système GE P-1

Pendant ce temps, Convair continuait les travaux sur le X-6 qui avait à ce stade une masse de 136 tonnes en charge. Le bouclier de réacteur, de plus de 31 mètres de long et avec un diamètre de 3,6 mètres, devait être situé juste à l'arrière du centre de gravité du X-6 avec son composant principal, un réservoir d'eau sous pression.

Une protection supplémentaire devait être fournie par une couche de polyéthylène sur les parois du fuselage. Les protections antiradiation en avant du réacteur devait se composer d'un bouclier circulaire de 2,03 mètres de diamètre et 30 cm d'épaisseur. Un autre bouclier qui était situé à l’arrière du compartiment de l’équipage, et à environ 19 mètres du réacteur, était conçu pour limiter à 0.25 Roentgen/heure la dose de radiation, ce qui était un peu moins que les 1 Roentgen/heure estimé arbitrairement en août 1951.

Le poste d'équipage blindé était conçu comme un cylindre de 2,05 mètres de diamètre et de 4,26 mètres de long. General Electric pensait installer les quatre turboréacteurs dans une nacelle horizontale sous le fuselage du X-6 légèrement en arrière du bouclier de réacteur. Les turboréacteurs étaient conçus de sorte que l'air des compresseurs passe directement par le cœur du réacteur et soit chauffé à 600°C. L’air chaud quittant le noyau devait être déchargé dans les turbines haute pression de chaque moteur. Chaque turboréacteur devait avoir une chambre de combustion devant la turbine, et une conduite d’air en sortie de compresseur pour permettre le fonctionnement en mode chimique (avec kérosène).

Convair X-6 avec cellule de B-36

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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