L’Ohio ne connaît pas beaucoup de tempêtes de sable. Mais à une heure à l’est de Cincinnati, par une journée autrement ensoleillée, un diable de poussière se prépare. Au sommet d’un échafaudage imposant, une rangée de tuyaux pompe des nuages denses de poudre et de gravier. Ils sont instantanément aspirés, comme un volcan horizontal, dans les pales en rotation d’un moteur à réaction situé à quelques mètres de là. Il s’agit du site d’essai de GE Aerospace à Peebles, dans l’Ohio, où l’entreprise fait des ravages sur les prototypes de moteurs pour s’assurer qu’ils peuvent résister aux rigueurs du vol. Ce jour-là, l’équipage simule les défis que le nouveau moteur GE9X pourrait rencontrer en propulsant un avion de ligne Boeing 777X sur une piste dans un désert lointain.
Les constructeurs aérospatiaux qualifient ces conditions de « chaudes et rudes », et ils auront l’occasion d’en faire l’expérience ce mois-ci alors que les leaders de l’industrie convergeront vers les Émirats arabes unis pour le salon aéronautique biennal de Dubaï. Le pays est la base de deux des plus grandes compagnies aériennes du monde, Emirates et Etihad Airways ; avec Qatar Airways, ils sont responsables de plus de la moitié des commandes du 777X, la plate-forme exclusive du GE9X. Et cette semaine encore, Emirates a doublé sa mise sur le moteur, en passant une commande de 202 moteurs GE9X supplémentaires, portant sa commande totale à 460 unités.
Entourée de déserts, Dubaï est l’épicentre des tempêtes de sable que les ingénieurs de GE Aerospace infligent au GE9X. Au cours de milliers d’heures de tests, ils ont également fait exploser le moteur avec des boules de glace de la taille d’un pamplemousse et des torrents d’eau, recréant ainsi les environnements les plus impitoyables de l’atmosphère.
Après avoir fait l’objet d’un programme de développement rigoureux, le moteur GE9X est devenu à ce jour le moteur commercial certifié le plus avancé de GE Aerospace. Il détient le record du monde de poussée la plus élevée – 134 300 livres – un exploit rendu possible par sa taille sans précédent : avec 11 pieds de diamètre, il est assez grand pour que LeBron James puisse y plonger sans effleurer le plafond.
Mais le moteur a également été conçu pour réduire les émissions, pas seulement pour la puissance. S’appuyant sur l’architecture éprouvée du moteur GE90, l’équipe GE9X a adapté les innovations clés des gammes de produits les plus récentes pour proposer le moteur gros-porteur le plus efficace de sa catégorie de poussée, avec une consommation spécifique de carburant jusqu’à 10 % inférieure à celle de son prédécesseur, le GE90. -115B.
« Ici, on parle de « se tenir sur les épaules de géants ». GE9X est un excellent exemple », déclare Alisha Kalb, responsable de l’ingénierie des systèmes du programme. « Nous développions ce moteur avant même de le savoir. Nous perfectionnons les technologies – dans les moteurs d’essai et sur le terrain – depuis des décennies.
À titre d’exemple, Kalb cite l’utilisation de composites à matrice céramique (CMC). Fabriqués à partir de carbure de silicium, de fibres céramiques et de résine céramique, les CMC sont deux fois plus résistants que le métal pour un tiers de leur poids. Ils sont également plus résistants à la chaleur – un avantage crucial au cœur du moteur, où le carburant s’enflamme à des températures suffisamment élevées pour faire fondre le fer forgé. Plus la combustion est chaude, plus la combustion du carburant est efficace, mais même les alliages métalliques les plus résistants commencent à se ramollir lorsque le thermomètre dépasse 2 000 degrés Fahrenheit. Étant donné que les CMC peuvent résister à des températures plus élevées, ils ont besoin de moins de la moitié du débit d’air de refroidissement que les pièces conventionnelles, afin que l’air puisse être brûlé pour produire une poussée supplémentaire.
Le premier moteur de production d’une entreprise GE Aerospace à intégrer des CMC était le moteur LEAP, fabriqué par CFM International, une coentreprise à parts égales entre GE Aerospace et Safran Aircraft Engines. Le moteur LEAP avait un seul numéro de pièce de composant CMC. Le moteur GE9X contient cinq composants CMC. « Nous avons beaucoup appris sur les CMC sur le LEAP », déclare Kalb. « Nous avons commencé modestement, acquis de l’expérience en matière de fabrication et d’évolutivité, puis avons développé la technologie sur le GE9X. »
Le moteur bénéficie d’une efficacité supplémentaire grâce à certaines mises à jour de conception clés. « L’aérodynamique avancée est pour nous un sujet de fierté dans les programmes GE Aerospace et CFM », déclare Kalb. « Nous avons continué à améliorer l’aérodynamisme du GE9X. »
Sur la base d’une analyse de haute technologie, l’équipe a remanié les profils aérodynamiques du compresseur, une série de rangées de pales rotatives qui accélèrent et compriment l’air entrant. Plus la pression de l’air est élevée, plus l’air brûle rapidement et efficacement, et plus la poussée qu’il produit est forte. Grâce à la refonte de l’équipe, le rapport de pression du GE9X – la mesure de la mesure dans laquelle le compresseur augmente la pression de l’air – atteint un maximum de 60:1, tandis que le moteur GE90 a un rapport de pression de 42:1.
Outre les composants profilés du noyau, les pales longues et fines en fibre de carbone du ventilateur maximisent le flux d’air à travers le moteur. Étant donné que les pales sont conçues pour être plus efficaces, le moteur GE9X n’en a besoin que de 16, contre 22 pour le GE90.
Avec moins de surfaces de pales pour gêner le flux d’air dans le moteur et un ventilateur plus grand, le GE9X atteint une autre marque d’efficacité : un taux de dilution élevé. Les moteurs d’avions de ligne modernes canalisent la majeure partie du flux d’air autour du noyau plutôt qu’à travers celui-ci. Poussé par le ventilateur, cet air crée une poussée lorsqu’il sort par l’arrière du moteur. Le rapport entre les masses de chaque flux – l’air qui contourne le noyau et l’air qui le traverse – est appelé taux de dilution. Les moteurs avec des taux de dilution plus élevés sont plus efficaces, car lorsque moins d’air circule dans le noyau, moins de carburant brûle. Le GE9X possède l’un des taux de dilution les plus élevés pour un moteur commercial, à 10:1, ce qui signifie que pour chaque unité d’air qui traverse la chambre de combustion, 10 unités la contournent.
En plus d’être le moteur à réaction le plus efficace de GE Aerospace par livre de poussée, le GE9X réduit également les émissions de CO2 émissions. Pour réduire les émissions d’oxydes d’azote (NOX), sous-produits de la combustion des carburants, l’équipe s’est tournée vers une technologie que GE Aerospace a développé depuis le début des années 2000 : le Twin Annular Premixing Swirler (TAPS). Mis en œuvre pour la première fois dans le GEnx, TAPS prémélange l’air avec le carburant avant et non pendant la combustion. À la sortie du compresseur, le flux d’air est dirigé à travers deux tourbillons à haute énergie pour induire des turbulences. L’air tourbillonnant se mélange ensuite au carburant dans les proportions idéales. En conséquence, la troisième génération de TAPS du moteur GE9X présente des émissions de NOx qui sont près de 55 % supérieures à celles de n’importe quel moteur de sa catégorie et inférieures de moitié aux dernières limites réglementaires.
Kalb et ses collègues ont affiné ces technologies en mettant le moteur GE9X à l’épreuve lors de milliers d’essais d’endurance et de vol – soit plus de 12 000 heures, soit plus que tout autre moteur d’avion commercial GE Aerospace avant sa mise en service. Après de nombreux cycles d’itérations et d’analyses, l’équipe a pu apporter des améliorations qui contribueront à garantir la fiabilité dès le départ.
« Au cours de mes 20 années chez GE Aerospace, j’ai appris à tester tôt, à tester souvent et à rechercher chaque résultat jusqu’à la cause profonde », explique Kalb. « Ce n’est jamais facile. Mais je considère ces apprentissages comme des cadeaux. Si nous apprenons quelque chose et améliorons le moteur, c’est une victoire.
Cette histoire est apparue pour la première fois sur GE Reports.
