Le Pratt & Whitney Canada PT6 est l'un des turbopropulseurs les plus utilisés dans le domaine aéronautique. Il s'agit d'un moteur à flux inversé conçu et fabriqué par Pratt & Whitney Canada pour les aéronefs. Il est reconnaissable par ses échappements caractéristiques situés de part et d'autre du moteur. Il est décliné en quatre variantes : le PT6A, qui est un turbopropulseur qui se destine aussi bien à l'aviation d'affaire qu'aux avions de ligne et avions agricoles. ; les PT6B, PT6C et PT6T qui sont des turbomoteurs destinés aux hélicoptères..
Conception En 1956, la demande pour le moteur radial Wasp était encore forte et sa ligne de production était solide et rentable. Prévoyant la nécessité de produire des moteurs ayant un rapport puissance/masse beaucoup plus élevé que les moteurs à pistons, le président de P&WC, Ronald Riley, demanda à l'ingénieur Dick Guthrie d'établir un groupe de développement pour créer un turbopropulseur. Pour ce faire Riley accorda à Guthrie un modeste budget de canadiens. Guthrie recruta de jeunes ingénieurs du Conseil national de recherches à Ottawa et de Orenda Engines en Ontario. En 1958, le groupe commença le développement d'un turbopropulseur destiné à fournir 450 ch. Le premier moteur fut mis en marche et fonctionna avec succès en "Pratt's 'dirty dozen'". Aviation Week and Space Technology: 42–43. . Ce moteur vola pour la première fois le , monté sur un Beechcraft Model 18 De Havilland Canada à Downsview, Ontario. La production à grande échelle commença en 1963, avec une entrée en service l'année suivante.
De 1963 à 2016 le rapport masse/puissance fut amélioré de 50 %, la consommation de carburant spécifique au frein diminuée de 20 % et le rapport de pression porté à 14:1 . Son développement se poursuit encore aujourd'hui et même si sa configuration de haut niveau est la même qu'en 1964, P&WC a mis à jour le PT6, notamment avec des aubes de turbine monocristal au début des années 1990 et l'introduction du système FADEC. Son rapport de pression est de 13:1 dans le tiltrotor AgustaWestland AW609 .
En réponse au General Electric GE93, Pratt & Whitney Canada lancera en 2017 des tests de démonstration de la technologie et des systèmes de base du moteur pour un moteur de chevaux proposé pour remplacer les versions les plus puissantes du PT6 . Probablement au cœur du développement du PT6C, il se situerait entre la PT6C-67C / E de 1750 ch et la famille de sch PW100, et devrait être prêt à être lancé d'ici la fin de 2017 pour une plate-forme initiale hélicoptère avec une réduction de 10-15 % de consommation de carburant spécifique au frein.. Ce développement de sch cible un nouveau marché : un Super PC-12, un TBM plus puissant ou un King Air plus grand; pour mieux intégrer le système de propulsion et le plan de maintenance, l'hélice et le contrôleur électronique du moteur sont testés en , de nouveaux éléments sont en cours et un démonstrateur complet devrait être opérationnel d'ici la fin de l'année 2017..
PW100 Lorsque de Havilland Canada réclama un moteur beaucoup plus gros pour le DHC-8 (soit environ le double de la puissance de la version Large du PT6) P&WC réagit avec un nouveau design connu sous le nom de PT7, rebaptisé plus tard Pratt & Whitney Canada PW100.
Développement Toutes les versions du moteur se composent de deux sections qui peuvent être facilement séparées pour la maintenance : un générateur de gaz fournit du gaz chaud à une turbine de puissance libre.. Le démarreur accélère seulement le générateur de gaz, ce qui facilite le démarrage du moteur, en particulier par temps froid. L'air pénètre dans le générateur de gaz à travers un tamis d'entrée dans le compresseur axial à basse pression. Celui-ci comporte trois étages sur les versions petites et moyennes du moteur et quatre étages sur les grandes versions. L'air s'écoule ensuite dans un compresseur centrifuge à un étage, à travers une chambre de combustion annulaire pliée, et enfin à travers une turbine à un étage qui entraîne les compresseurs à environ . Le gaz chaud provenant du générateur de gaz s'écoule dans la turbine de puissance, qui tourne à environ . La turbine de puissance possède un étage sur les moteurs de la série Small et deux étages sur les Medium et Large. Pour l'utilisation de turbopropulseurs, cela alimente une boîte de vitesses planétaire à deux étages, qui fait tourner l'hélice à une vitesse de . Les gaz d'échappement s'échappent alors à travers deux conduits latéraux dans le carter de la turbine de puissance. Les turbines sont montées à l'intérieur de la chambre de combustion, réduisant ainsi la longueur totale.
Dans la plupart des installations aéronautiques, le PT6 est monté en arrière dans la nacelle, de sorte que le côté admission du moteur fait face à l'arrière de l'avion. Cela place la section de puissance à l'avant de la nacelle, où elle peut entraîner l'hélice directement sans avoir besoin d'un arbre de transmission long. L'air d'admission arrive généralement au moteur par un conduit monté en dessous et les deux sorties d'échappement sont dirigées vers l'arrière. Cette disposition facilite la maintenance en permettant d'enlever toute la section de puissance avec l'hélice, exposant ainsi la section du générateur de gaz. Pour faciliter les opérations en terrain inégal (non lisse, éventuellement avec des gravillons), les objets étrangers sont détournés de l'admission du compresseur par des séparateurs inertiels dans l'entrée. centré|vignette|400x400px|PT6 : à gauche accessoires et admission, à droite échappement couvert et support d'hélice
Historique opérationnel À l'occasion du anniversaire de son vol inaugural en 2001, plus de PT6A avaient été livrés, sans compter les autres versions dérivées. Jusqu'en , moteurs livrés ont volé plus de 252 millions d'heures. Jusqu'en , ont été produits. En tout cette famille de moteurs a enregistré 400 millions d'heures de vol de 1963 à 2016.
La famille PT6 est connue pour sa fiabilité avec un taux d'arrêt en vol de 1 pour heures jusqu'en 1 pour heures en 2005 au Canada., 1 pour heures de 1963 à 2016, 1 pour heures sur 12 mois en 2016. Le temps entre les révisions se situe entre et les inspections de la section chaude entre et ..
En l'absence de FADEC, l'accélérateur automatique peut être installé comme une mise à niveau du marché secondaire avec un actionneur, initialement dans un avion monomoteur comme un PC-12 et éventuellement dans un avion bi-turbopropulsé..
Versions La principale version, la PT6A, est disponible dans une grande variété de modèles, couvrant une gamme de puissance de dans la série d'origine, et jusqu'à () dans les « grandes » lignes. Les PT6B et PT6C sont des versions de turbomoteurs pour hélicoptères. Dans l'utilisation militaire américaine, ils sont désignés T74 ou T101.
Plusieurs autres versions du PT6 sont apparues au fil du temps : le Large PT6 reçoit un autre étage de turbine de puissance avec une réduction plus importante en sortie, produisant presque le double de la puissance, entre et ch () ;
le PT6B est un modèle de turbomoteur d'hélicoptère, doté d'une boîte de vitesses à réduction avec un embrayage à roue libre et un régulateur de turbine de puissance, produisant sch () à tr/min ;
le PT6C est un modèle pour hélicoptère, avec un seul échappement latéral, produisant ch () à tr/min, monté avec une boîte de vitesses fournie par l'utilisateur ;
le PT6T Twin-Pac se compose de deux moteurs PT6 entraînant une boîte de réduction à sortie commune, produisant près de sch () à tr/min ;
le ST6 est une version destinée aux applications stationnaires, développée à l'origine pour le Train Turbo, et maintenant largement utilisée comme unité auxiliaire de puissance sur de gros avions, ainsi que pour de nombreuses autres utilisations..
Turbopropulseur PT6A vignette|Un PT6-A67D équipant un Beechcraft 1900D
Quelques chiffres Le turbopropulseur PT6A est décliné en plus de , allant de sur l'arbre et a été produit à plus de entre les années 1960 et ; plus de sont toujours en service.
Technique vignette|Réducteur épicycloïdal d'un PT6 Le PT6A est un moteur à deux arbres concentriques, équipé d'un compresseur mécanique multi-étages (trois étages axiaux basse pression suivis par un étage centrifuge haute pression) qui est entraîné par une turbine mono-étage tournant à environ . Une turbine motrice indépendante est reliée à l'hélice via un arbre tournant à environ et entraînant un réducteur à train épicycloïdal à deux étages dont la vitesse de sortie va de à . Sur la plupart des avions l'utilisant, le PT6A est monté axe de sortie vers l'avant pour réduire la longueur de l'arbre d'hélice. Cela place l'entrée d'air vers l'arrière du moteur. Elle est alimentée par un conduit d'air généralement sous celui-ci.
Performances Les Manuels de Vol des avions utilisant des PT6A contiennent habituellement des tables et des graphes qui donnent les performances de l'avion donc des indications sur la performance du moteur PT6A utilisé.
Performances théoriques et rendement L'efficacité énergétique d'un PT6A va donner une vision plus générale alors que les tables et les graphes d'un Manuel de Vol vont donner des informations plus spécifiques.
Dans le cas d'un moteur, l'efficacité (notée - lettre grecque éta) sera fonction des conditions d'utilisation, et on a :
où est la quantité utile de travail produite par le système (en joules), et "Énergie" est la quantité d'énergie (aussi en joules) utilisée pour faire fonctionner le système. On obtiendra le même résultat en faisant le rapport des puissances correspondantes.
Dans le cas d'un turbopropulseur, il sera plus pratique de considérer la relation entre la puissance fournie et le débit de carburant (« Fuel Flow », « FF »), valeurs que l'on retrouve habituellement dans les Manuels de Vol. Si la puissance n'y apparait pas explicitement, il suffit de se rappeler qu'avec des unités appropriées, la puissance est le produit du couple (« Torque ») par la vitesse de rotation (« RPM ») et que dès que l'on considère des rapports entre puissances (ou des pourcentages), les unités n'ont plus d'influence.
Pour analyser les performances d'une machine thermique, il est habituel d'utiliser un diagramme de Clapeyron où l'on représente à la fois la Pression ("P") et le Volume ("V"). Le fonctionnement d'un moteur thermique simple (modélisé avec une "source froide" et une "source chaude") peut être décrit avec un Cycle de Carnot. Dans ce cas, les équations de la thermodynamique permettent de définir la valeur maximum de l'efficacité :
elle dépend "uniquement" du rapport des températures (exprimées en degrés Kelvin) de la "source froide" (Tf) et de la "source chaude" (Tc). Plus Tc est élevée, plus l'efficacité sera bonne.
Le Cycle de Brayton« Cycle de Brayton » (consulté le 21 Août 2024). a été utilisé pour modéliser des turbines. Les calculs effectués dans ce contexte donnent des résultats comparables à ceux obtenus à partir d'un Cycle de Carnot. Le cas d'un moteur PT6A est toutefois plus complexe que celui d'un turboréacteur à simple flux, puisque le PT6A est composé d'une part d'un générateur de gaz et d'autre part d'une turbine de puissance qui récupère les gaz à la température donnée par l'ITT ("Interstage Turbine Temperature"), qui les détend puis les rejette dans l'atmosphère (produisant le cas échéant une poussée résiduelle qui, dans le cas d'un PT6A-42, peut être de l'ordre de 600 lbs).
Observations et implications