Rolls-Royce a présenté une maquette à grande échelle de son projet de moteur UltraFan 30 destiné aux avions à fuselage étroit de nouvelle génération, présentant des caractéristiques telles qu’une entrée courte et des aubes directrices de sortie à bords ondulés.
L’UltraFan 30, qui tire son nom de sa catégorie de poussée proposée de 30 000 lb (133 kN), est le candidat de Rolls-Royce pour réintégrer le secteur des fuselages étroits qu’il a abandonné lorsqu’il a quitté International Aero Engines en 2012 en faveur du marché des gros-porteurs.
Le directeur du groupe ingénierie, technologie et sécurité, Simon Burr, a déclaré à FlightGlobal que le modèle du moteur, présenté lors d’un briefing financier au centre de Londres, est destiné à « lui donner vie ».
« Il faut différentes parties prenantes pour pouvoir relever le défi de réintégrer ce marché », dit-il, et la maquette est conçue pour montrer aux investisseurs que « nous sommes sérieux… à l’idée d’investir dans la technologie ».
Rolls-Royce a l’intention d’exécuter un démonstrateur pour le groupe motopropulseur à soufflante à engrenages en 2028. Le modèle présenté est équipé d’un ventilateur de 90 pouces (229 cm), bien que le démonstrateur en aura un légèrement plus petit et comportera un noyau basé sur le moteur d’avion d’affaires Pearl 10X.
Burr souligne que l’entrée de l’UltraFan 30 est courte, afin de réduire le poids et la traînée, résultat de tests antérieurs. Les aubes directrices de sortie sont à bords ondulés, inspirées du biomimétisme des oiseaux, pour diviser le flux d’air en flux plus petits à haute fréquence afin de réduire le bruit.
Le moteur aura un taux de dilution élevé, jusqu’à 15:1, et tirera parti des technologies développées pour le grand UltraFan 80 à haute poussée, ainsi que pour le Trent XWB et d’autres groupes motopropulseurs.
Burr affirme que le démonstrateur ne sera pas un prototype mais plutôt une plate-forme combinant les « briques technologiques » actuelles.
« Nous ne savons pas encore exactement quelles seront les cellules », dit-il, mais Airbus et Boeing vont probablement concevoir un futur fuselage étroit léger, avec des ailes à allongement plus élevé et un fuselage composite.
Le directeur de la recherche et de la technologie de Rolls-Royce, Alan Newby, a déclaré que l’UltraFan 30 « représente l’incarnation (de l’UltraFan 80) de l’échelle à corps étroit », ajoutant : « Il ressemble beaucoup au grand, mais celui-ci est optimisé pour le marché des corps étroits. »
Bien que l’évolutivité soit fondamentale pour la philosophie UltraFan, Newby affirme que la décision d’évoluer dans la plage de poussée du fuselage étroit dépendra des stratégies de conception des avionneurs.
« Que cela signifie un noyau avec deux diamètres de ventilateur différents ou un noyau séparé dépendra beaucoup de l’endroit où les familles ou les avions finiront par s’asseoir lorsque nous arriverons aux derniers détails de ce que Boeing ou Airbus décident de faire », dit-il.
« Mais nous réfléchissons clairement à cela en pensant à la manière dont nous pourrions aborder une approche familiale. »
Le secteur des fuselages étroits, avec sa nature à cycle élevé, apporte également d’autres priorités et considérations spécifiques, explique Burr.
« Pour un avion long-courrier, ce dernier dixième de consommation de carburant est vraiment important », dit-il. « Pour ce (moteur à fuselage étroit), c’est une question de durabilité, de fiabilité et de durée de vie sur l’aile. »
La question de la durabilité – ou plutôt de son absence – a été prédominante dans le secteur des moteurs à fuselage étroit, un marché dominé par CFM International et Pratt & Whitney, mais Rolls-Royce a également connu une période difficile dans le domaine des gros-porteurs, notamment avec son Trent 1000.
« Nous sommes conscients de notre désir d’avoir une durée de vie cyclique beaucoup plus longue que celle que les moteurs actuels atteignent réellement », explique Burr. « Cela est en partie rendu possible par la technologie des matériaux. Le nouveau super-alliage à disque que nous avons développé, qui entre actuellement en production pour certains moteurs Trent, est issu du programme UltraFan. »
Il ajoute que les considérations de maintenance sont également cruciales, y compris le transport, en particulier avec le ventilateur plus grand. « Vous ne voulez pas finir avec tout ce qui est du fret sur le pont principal », dit-il. « Puis-je simplement… entretenir le noyau et laisser le ventilateur et le module d’alimentation, (laisser) le module de ventilateur avec la boîte de vitesses sur l’avion et simplement échanger les noyaux ?
« Le concept repose sur de nombreuses réflexions différentes. Il ne s’agit pas seulement de notre ambition de permettre la prochaine génération d’avions à fuselage étroit avec une meilleure consommation de carburant. »
Newby souligne également l’importance des considérations de production, compte tenu de la vitesse à laquelle les avions monocouloirs sont construits.
« Si vous réfléchissez au volume de ces appareils, au fur et à mesure que nous progressons dans le processus de conception, nous avons un œil sur la manière dont nous allons les fabriquer au rythme dont nous avons besoin sur le marché des fuselages étroits », dit-il.
« C’est un métier différent de celui que nous voyons sur le marché des gros-porteurs. Ainsi, la façon dont vous concevez l’aube de turbine, l’aube de ventilateur, la productibilité est l’une des considérations clés à prendre en compte. »
Airbus a indiqué qu’il souhaitait prendre la décision cruciale en matière de moteur pour son fuselage étroit de nouvelle génération vers 2030. Rolls-Royce parie, avec l’UltraFan 30 caréné, qu’il pourra soit dissuader Airbus de poursuivre un concept à rotor ouvert, soit évincer CFM de sa position exclusive chez Boeing.
Newby estime que le calendrier 2030 est suffisant pour qu’un démonstrateur 2028 inspire confiance à la fois dans la taille physique du moteur et dans la maturité de sa technologie, et permette la sélection du groupe motopropulseur suivie d’une fenêtre de développement standard de cinq à sept ans pour l’entrée en service.
«Nous pensons que nous avons le temps de le faire d’ici là», dit-il. « Et évidemment, nous travaillons en étroite collaboration avec (les avionneurs) pour aligner les délais. »
Burr affirme que l’entreprise doit trouver un équilibre entre la technologie la plus avancée et le besoin de maturité.
« Bien sûr, tout le monde veut de la maturité dès le premier jour », déclare-t-il. « Mais si votre entrée en service a lieu au milieu des années 2030, personne ne veut d’une technologie vieille de 10 ans. Ils veulent le meilleur qui soit disponible. »
Rolls-Royce est absent du marché des monocouloirs depuis près de 15 ans, mais ni Newby ni Burr ne pensent que l’entreprise est désavantagée par rapport à ses concurrents.
« Si vous réfléchissez au secteur du marché qui pilote la technologie, il s’agit probablement du marché des gros-porteurs », explique Newby. « Si vous pensez à où nous en sommes avec le XWB, où (GE Aerospace) en est avec (GEnx et GE9X), cela définit vraiment le seuil technologique.
« Il s’agit donc de savoir ce qui est approprié sur ce marché et quels sont les compromis appropriés entre performance absolue et durabilité. »
Il affirme que Rolls-Royce n’est « pas préoccupé » par sa capacité à rivaliser efficacement, mais reconnaît : « Nous devons faire le travail. Nous devons nous assurer que nous comprenons les défis en matière de durabilité et que nous disposons d’un moteur adapté à un fonctionnement à cyclique court, ce qui est différent de certaines des choses auxquelles nous sommes habitués sur le marché des gros-porteurs. Nous y allons donc les yeux ouverts. »
Burr souligne que Rolls-Royce peut s’inspirer des principes sous-jacents du secteur des avions d’affaires. Le cœur de l’UltraFan 30 n’est « pas beaucoup plus gros » que celui du Pearl 10X, dit-il, et l’entreprise peut « réaliser » une expérience pertinente.
Il affirme également que Rolls-Royce dispose d’un « grand coffre » de technologies issues de ses travaux sur le groupe motopropulseur du programme militaire trinational Global Combat Air.
« Ce qui vous donne une densité de puissance sur un moteur de combat vous donne une efficacité énergétique sur un moteur commercial », explique Burr. « Et il s’agit en partie de techniques de fabrication qui permettent d’obtenir des géométries intéressantes du point de vue du flux d’air, de la géométrie du refroidissement, etc.
« Il y a une sorte de synthèse de différentes choses qui se réunissent dans cet espace. Donc non, nous n’avons pas peur de la concurrence, mais nous ne sommes certainement pas arrogants… c’est un défi très important et nous respectons ceux qui opèrent déjà sur le marché. »
Le gel du concept est prévu pour la fin de cette année et du matériel à long terme pour le démonstrateur est déjà en commande. Une partie de la base de fournisseurs est déjà en place : Rolls-Royce travaille avec Liebherr sur la boîte de vitesses, et Burr affirme qu’il existe une chaîne d’approvisionnement pour le noyau.
« Il y a plusieurs choix à faire concernant les éléments structurels, selon que nous optons pour un moulage ou que nous fabriquions », ajoute-t-il. « Le ventilateur est notre système. »
Rolls-Royce a confiance dans les capacités prédictives de ses modèles de performance, prouvées par les démonstrateurs de conceptions de moteurs précédentes. « Je veux dire, ils étaient à 0,6 % près. Il s’agissait d’une corrélation fantastique », explique Burr.
« Ce à quoi il faut faire attention, ce sont les petites choses, comme une valve qui pourrait avoir une résonance acoustique, ou quelque chose du genre. »
Rolls-Royce doit développer l’UltraFan 30 dans un domaine industriel soumis à des contraintes de chaîne d’approvisionnement, et Burr veut éviter de « rejoindre le fond d’une file d’attente » pendant que l’entreprise affine la conception et évalue les processus de fabrication requis.
« Lorsque vous réalisez un (démonstrateur), vous pouvez développer votre esprit et faire des choses qui, lorsque vous abordez le système de production, vous pourriez dire : « Eh bien, c’est vraiment cool à faire, cela vous aide, mais ce n’est peut-être pas aussi productif que vous le pensez » », déclare-t-il.
« Mais la technologie de fabrication a en réalité évolué assez rapidement. Ainsi, certaines choses qui étaient un rêve deviennent tout à fait tangibles. »
