En aout 1956, les ingénieurs de Pratt & Whitney conçoivent le nouveau moteur à hydrogène. Il est codé "304", fait l'objet de la commande 703040 du 16 avril 1956. ²⁶ Il est basé sur celui proposé plus tôt par Sens et Kuhrt ( fig 40 ). De l'hydrogène liquide est pompé à haute pression dans un échangeur de chaleur placé dans la section arrière du moteur.

L'hydrogène réchauffé entraine une turbine à plusieurs étages qui, par l'intermédiaire d'un réducteur, entraine à son tour un compresseur d'air à plusieurs étages. Le compresseur comprime l'air entrant, le fluide de fonctionnement primaire du moteur. Une partie de l'hydrogène bypassé de la turbine est injectée et brûle dans le courant d'air derrière le compresseur. La quantité d'hydrogène injectée et brûlée est contrôlée pour limiter la température des gaz de combustion qui fournissent la chaleur pour l'échangeur de chaleur en aval. L'hydrogène restant est injecté et brûle dans le dispositif de post-combustion, les gaz chaud produissent la poussée de propulsion.

Le moteur est semblable au Garret Rex III mais en beaucoup plus simple, avec un seul échangeur de chaleur. Le diamètre maximum des 304 est de 203 centimètres, par rapport aux 150 centimètres proposés par Garrett pour la nacelle du Rex III. la longueur est de 10,7 mètres, le moteur pèse 2722 kilogrammes, la poussée à 30 500 mètres d'altitude est de 21,4 kilonewtons (4800 livres) et la consommation spécifique de carburant de 0,082 kilogrammes / newton à l'heure (0,8 livres / livre ^. heure).

Les ingénieurs de Pratt & Whitney ont conçu et construit tous les composants du moteur 304 excepté la pompe à hydrogène liquide et l'échangeur de chaleur. Ils ont acheté une pompe à hydrogène liquide pour l'étude, mais sont mécontents de celle-ci ²⁷ et ont deux problèmes critiques : une rotor qui entrainerait l'hydrogène liquide sans cavitation, et la compatibilité entre l'hydrogène liquide à haute pression à 20 K et le roulement autolubrifié.

Apparemment ils n'étaient pas au courant du travail de l'université de l' Etat de l'Ohio sur les roulements à billes exempts d'huile fonctionnant en milieu hydrogène liquide. Ils ont conçu une pompe centrifuge à deux étages avec un joint protégeant la lubrification conventionnelle du roulement. La figure 41 est une photographie du rotor de pompe. La pompe fini par fonctionner correctement et un total de 25 heures de temps d'essai ont été accumulés dans 75 essais sur deux ans. ^*

L'échangeur de chaleur à hydrogène ( fig. 42 ) était le composant le moins commun et le plus intéressant du moteur 304. Avec un diamètre extérieur de 182 centimètres, l'unité est composée de tuyauterie en acier inoxydable de 48-millimetre dans une configuration spiralé pour assurer une circulation d'air uniforme. Une énorme quantité de tuyauterie était étirer sur plus de 8 kilomètres; 2240 joints de tube ont été soudés. L'hydrogène passant par l'échangeur de chaleur était réchauffé de 20 K à 1000 K, et la température des gaz de combustion entrant était de 1500 K. La cadence du transfert thermique était 21 000 kilowatts (72 millions de Btu/hr), assez pour chauffer 700 maisons de six-pièce. ²⁸

Les ingénieurs de Pratt & Whitney, experts en matière de conception de turbines à gaz, ont contruit la turbine à hydrogène du 304 avec 12 étages, le plus grand avait 45 centimètres de diamètre. La température de fonctionnement était 1000 K et la sortie de puissance était 8950 kilowatts (12 000 ch ). Les turbines ont été testées pour un total de 64 heures sur une période de deux ans ( fig 43 ).

Le premier moteur du model 304 a été assemblé à Hartford Est, Connecticut, 18 août 1957-six mois après le signal de départ ( fig. 44).

Fig. 41. Pompe à hydrogène liquide de Pratt & Whitney pour le moteur model 304. Le joint entre le rotor et les roulements fonctionne à sec; la lubrification de roulement est conventionnelle. ( Pratt & Whitney.)

Fig. 42, échangeur de chaleur à hydrogène du moteur model 304 de Pratt & Whitney utilisant l'hydrogène liquide comme carburant. ( Pratt & Whitney.)

  Fig. 43. Le groupe à haute pression à 12 étages de la turbine à hydrogène utilisé par le moteur model 304 de Pratt &Whitney. Les premiers étages fonctionnaient à près de 1000 K. ( Pratt & Whitney.)

Fig. 44. Moteur model 304 de Pratt &Whitney utilisant l'hydrogène liquide comme carburant. On peut apercevoir à l'intérieur de la tuyère l'injecteur de carburant du dispositif de post-combustion. Le moteur a été testé la première fois en septembre 1957.( Pratt & Whitney.)

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* Une pompe a accumulé 4 heures de 1/2 de temps d'essai avec des vitesses aussi élévée que 25 300 t/mn, des pressions de 75 atmosphères, et un débit de 1,9 kg/s.

Sources :

Cette série d'article est la traduction par mes soins d'un article plus général (et très intéressant) de la NASA sur l'emploi de l'hydrogène comme carburant :

LIQUID HYDROGEN AS A PROPULSION FUEL,1945-1959