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17 mars 1977 : Le 1er vol du banc volant Caravelle/CFM56

Ce premier vol, saisi à Mérignac près de Bordeaux, a duré trois heures et sept minutes. Celui-ci marque le début des campagnes d'essais en vol du CFM56 sur Caravelle.

Une étape importante du Programme de développement du moteur de 10 tonnes

L'avion était piloté par Jean Franchi, chef pilote d'essais de la SNIAS. Michel Jarriges, chef du département des Essais en vol de la SNECMA à Istres et l'équipe d'ingénieurs navigants qui ont la charge des essais du CFM56 étaient également à bord. Depuis, l'avion a été convoyé à Istres où auront lieu, tout au long de l'année 1977, les prochaines campagnes d'essais de ce moteur au cours desquelles il sera expérimenté dans pratiquement tout le domaine de vol prévu pour les avions auxquels le CFM56 est destiné.

A Yuma (Arizona), centre d'essais en vol de la Société Douglas, et à la SOGERMA (filiale de l'Aérospatiale) à Bordeaux, deux moteurs CFM56 viennent de recevoir leur baptême de l'air : l'un, à la mi-février, sur un prototype de l'avion-cargo militaire YC-15 ; l'autre, à la mi-mars, sur le banc volant Caravelle. Le premier effectue ses vols au titre d'un accord intervenu au cours de l'année 1975 entre CFM International (1) et la Société Douglas, et approuvé par l'armée de l'air américaine; le second est monté sur la Caravelle pour effectuer des essais en vol dans le cadre du programme établi par les deux sociétés coopérantes, General Electric et la SNECMA, pour le développement du CFM56, réacteur double-flux à taux de dilution élevé, de la classe des 10 tonnes.

A l'heure où il commence ses essais en vol, le CFM56 a déjà accumulé plus de 2 400 heures d'essais au banc, à l'issue desquelles il a notamment reçu la qualification qui lui permet aujourd'hui d'entreprendre les campagnes d'essais sur YC-15 et Caravelle dans les définitions techniques correspondantes.

Marquant une étape importante dans la phase de développement du programme CFM56 qui devrait aboutir à la certification du moteur en 1979, les démarrages à un mois d'intervalle des essais en vol sur YC-15 et sur Caravelle amorcent cependant deux campagnes qui se distinguent par de nombreux points.

 

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  • Machine à coudreCaravelle © Safran
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Le CFM56 sur avion ADAC (2), le prototype n°1 YC-15 de McDonnell Douglas

Le CFM56 vole actuellement en position extérieure gauche sur le prototype YC-15 n°1 réalisé par la Société McDonnell Douglas. Cet avion quadriréacteur est l'un des deux appareils prototypes commandés à Douglas en 1972 par l'armée de l'air américaine, dans le cadre du programme AMST (3). Pour le constructeur américain, cette campagne d'essais en vol doit démontrer les possibilités d'adaptation d'un réacteur double-flux, à taux de .dilution élevé, à la technique de soufflage direct des volets (4) employée pour rendre l'avion ADAC (Avion à Décollage et Atterrissage Court). Par ailleurs, ces essais qui apporteront des indications sur le comportement du moteur CFM56 installé sur un appareil de ce type, permettront également de mieux évaluer l'intérêt du moteur pour la version série de l'AMST (5).

Le moteur CFM56, installé sous l'aile gauche du YC-15 équipé par ailleurs de trois moteurs JT8D-17 de 7,5 tonnes de poussée, doit effectuer au total une cinquantaine d'heures de vol à partir de la base de Yuma. Sur place, une équipe de CFM International, composée d'un ingénieur navigant, d'un mécanicien et d'un agent d'exploitation de la SNECMA, ainsi que d'un représentant de General Electric, recueille les informations sur le comportement du moteur (l'instrumentation est capable d'une centaine de paramètres). 

L'assistance de la SNECMA à Douglas pour le programme d'essais en vol YC-15/CFM56 est, en fait, bien antérieure à février 1977 puisque notre Société : est responsable, dans l'accord entre motoristes, de l'installation du moteur sur l'avion. A cette fin, un ingénieur du département « avionnage » de la direction technique a été détaché pendant un an à Long Beach.

Les essais qui se déroulent actuellement vont être l'occasion d'apprécier les performances du CFM56 sur une nacelle dotée d'un mélangeur flux froid-flux chaud (ceci afin d'abaisser la température du jet sur les volets).

 

Décembre 1976 : Retour en arrière

En février prochain, deux CFM56 doivent commencer leurs essais en vol : l'exemplaire n°003 sur le prototype n°01 de l'avion-cargo militaire STOL YC-15 de McDonnell-Douglas, l'exemplaire n°006 sur la Caravelle n°193 utilisée jusqu'à maintenant par la SNECMA comme banc d'essais volant du turboréacteur M53 et que la SOGERMA aménage actuellement en banc d'essais volant du CFM56.

 

Sur le YC-15

Ces deux opérations, cependant, sont de caractères très différents ; dans le premier cas, il s'agit de démontrer l'adaptation d'un turboréacteur à double flux, à taux de dilution élevé, à la technique de soufflage direct des volets qui constitue la raison du programme YC-15. Ces essais permettront aussi d'obtenir des indications sur le comportement du CFM56 lorsqu'il est monté sur ce type d'appareil et d'évaluer ainsi au mieux l'intérêt d'utiliser ce type de moteur sur la version de série du YC-15 auquel le CFM56 communiquera des performances nettement améliorées

Le CFM56 sera monté en position 1 sous l'aile du YC-15, à côté des trois moteurs JT8D-17 de 7,5 tonnes de poussée. Une cinquantaine d'heures sont prévues, dont 40 au titre avion et une dizaine au bénéfice plus direct du moteur, instrumenté pour qu'une centaine de paramètres puissent être surveillés. Une équipe CFM International dirigée par un ingénieur de la SNECMA, séjourne en permanence à Long Beach, afin de préparer et de surveiller l'opération (dans le partage SNECMA/General Electric, c'est en effet la SNECMA qui a la responsabilité de l'installation du moteur sur les avions).

Du M53...

L'opération "Caravelle" en ce qui concerne les essais proprement dits du CFM56 est d'une toute autre envergure. L'avion utilisé, rappelons-le, avait déjà été transformé en 1972/1973 à Bordeaux dans les ateliers de la SOGERMA (filiale de l'Aérospatiale). La Caravelle III ainsi transformée était destinée aux essais techniques du moteur M53 dans tout le domaine de vol subsonique couvert par l'avion, jusqu'à une altitude de 50 000 pieds, le domaine supersonique jusqu'à Mach 2,2 étant exploré sur le Mirage F1/M53.

Pour ces essais, il avait fallu :

  • Renforcer le fuselage et les gouvernes arrières, soumises à des contraintes thermiques et acoustiques importantes, le M53 étant un moteur à post-combustion capable de délivrer une poussée comprise entre 5,5 et 8,5 tonnes.
  • Rééquilibrer l'appareil (la nacelle motrice M53, qui remplaçait le moteur «  Avon » de gauche, étant plus lourde)
  • Doter la Caravelle d'un système d'enregistrement des mesures réalisé par la SFIM, et permettant la saisie de 300 paramètres à la cadence de 1 à 16 enregistrements par seconde. Les informations stockées en vol étaient prétraitées par une station au sol également réalisée par la SFIM avec la collaboration de la Télémécanique.

La Caravelle M53 a effectué son premier vol à Bordeaux le 18 juillet 1973 et a été utilisée depuis avec un plein succès jusqu'à ce jour 450 heures de vol ont été effectuées ainsi par le M53.

…au CFM56

Lors de l'exécution du premier chantier, il avait cependant été décidé de rendre la structure polyvalente et compatible avec des essais éventuels ultérieurs d'un moteur encore plus puissant, tel le CFM56. Les renforcements de la structure avaient donc été calculés en conséquence. La précaution n'était pas inutile, puisque l'appareil est maintenant devenu le banc volant officiel du CFM56.

La Caravelle n°193 est donc revenue à Bordeaux, où elle est entrée en chantier le 23 juillet dernier.

Ce chantier avait pour but :

  • de rendre la cloison pare-feu qui constitue la frontière entre l'avion et la nacelle motrice essayée, capable de recevoir indifféremment une nacelle M53 ou une nacelle CFM56. Lorsque cela se révèlera nécessaire, il sera ainsi toujours possible de passer d'un type de moteur à l'autre, au prix d'un court chantier d'une durée d'un mois environ
  • de compléter l'équipement de mesure (qui est conservé) en lui ajoutant des dispositifs nouveaux : console de visualisation qui permettra à l'ingénieur d 'essais en vol de surveiller directement sur écran les principaux paramètres ou des évolutions transitoires de certains d'entre eux ; système « hard copy » d'enregistrement magnétique instantané de ces phénomènes ; système de pré-traitement de certains paramètres (afin d'obtenir les débits réduits et les vitesses standards) ; système de télémesure tournante permettant d'effectuer certaines mesures directement sur les parties tournantes (disque, compresseur BP, soufflante etc.) et réalisé par la SNECMA et sa division ELECMA : accroissement de la capacité totale de mesure, portée à 380 paramètres
  • de mettre en place la nouvelle nacelle CFM56 étudiée et réalisée à Toulouse par SILAT (Latécoère) sous maitrise d'oeuvre SNECMA Il s'agit d' une nacelle sans inverseur, mais capable de loger une instrumentation très étoffée ; celle-ci est logée dans la manche d'entrée ; s'y ajoutent les dispositifs de simulation de charge mécanique (prélèvement de puissance, via la chaîne cinématique entraînée par le mobile HP, au moyen de pompes branchées sur le relais d'accessoires et permettant ainsi la mise en charge de ce dernier), et de simulation de prélèvement d'air (destiné à la pressurisation et au dégivrage).

Cette nacelle, dont le diamètre atteint 2,3 mètres (contre 1,66 m pour celle du M53) et la longueur 5,7 m, a son axe situé à 3,065 m du plan de symétrie du fuselage. Elle est le résultat d'une étude particulièrement soignée, et ne pèse en fin de compte que 1 300 kg, dont 400 kg environ d'équipements de mesure. Elle est calée à 1,5°par rapport à l'axe du fuselage. Sa géométrie est celle d'une nacelle longue à flux confluents (mélange naturel), avec partie arrière coulissante, ce qui permet un accès facile au capotage de la partie HP.

La nouvelle nacelle est actuellement en finition à Toulouse, et sera remise très prochainement à la SOGERMA. Les essais préliminaires du CFM56 n°006 ont lieu à Melun-Villaroche sur le banc 1C7 de la SNECMA modifié de façon à recevoir ce moteur doté d'une suspension latérale ; le CFM56 n°006 compte actuellement une cinquantaine d'heures de fonctionnement ; simultanément, se déroulent à Evendale, chez General Electric, des essais de qualification sur le moteur n°005 (frère jumeau du 006) qui doivent conduire à un "bon de vol" (épreuve d'endurance de 60 heures).

La visite de sécurité est prévue à Bordeaux en janvier. Les premiers vols de la Caravelle-CFM56 auront lieu à Bordeaux en février, la réception de l'appareil s'effectuant après 4 ou 5 sorties et une dizaine d'heures de vol effectuées par un équipage mixte Aérospatiale/SNECMA ; il sera remis ensuite à la SNECMA pour une première campagne d'essais à Istres qui durera plusieurs mois.

L'équipage d'essais comprendra 5 navigants, dont un ingénieur d'essais, et un expérimentateur, appartenant tous à la SNECMA ; s'y ajouteront des observateurs éventuels, et, pour certains vols, un ingénieur de General Electric.

Chaque vol durera jusqu'à trois heures. Le but de ces essais est évidemment multiple : il s'agite en effet d'essais de développement, avec relevés simultanés de 200 à 250 paramètres. Le démarrage au sol du CFM56 s'effectuera au moyen d'un groupe générateur Turbomeca "Palouste" alimentant le démarreur ABG-SEMCA ; dans certains cas, il peut y avoir nécessité d'assister le redémarrage en vol, ce qui s'effectuera par prélèvement d'air sur l'autre moteur (Rolls-Royce "Avon"). Le CFM56 sera alimenté en carburant par le circuit de base de l'avion.

Ces essais permettront non seulement d'étudier de près le fonctionnement en vol du CFM56, mais aussi d'effectuer des mesures très fines (essais de calibration). La détermination de la poussée s'effectuera par mesure différentielle de qualités en mouvement en amont (débit d'air total mesuré au moyen de 8 peignes placés devant la soufflante) et en aval (mesure des conditions génératrices, dans le plan de la confluence, en amont de la tuyère).

Les paramètres mesurés étant enregistrés sur bande magnétique, celles-ci subiront d'abord à Istres un premier traitement sur la calculatrice T2000 de la SNECMA, puis un traitement plus sophistiqué sur le calculateur central de la société à Villaroche. Le résultat final sera alors prêt à être transmis à Evendale, par câble ou par liaison par satellite déjà utilisée pour les essais au banc.

 

Le CFM56 sur le banc volant Caravelle : presque tout le domaine de vol du moteur doit être exploré

 

C'est à Istres, sur le banc volant Caravelle que démarre le programme des essais en vol fixé par General Electric et la SNECMA pour le développement du moteur CFM56. Couvrant quelque 250 heures d'essais, ce programme doit permettre d'explorer la quasi-totalité du domaine de vol du moteur. Ainsi, le fonctionnement en vol du CFM56 va pouvoir être étudié de près en conditions réelles, sur un avion de type commercial.

 

Précédemment utilisé pour les essais en vol subsonique du réacteur militaire M53, le banc volant Caravelle a fait l'objet d'une convention de prêt entre la SNECMA et les Services officiels.

 

Une utilisation alternée du banc volant pour le CFM56 et pour le M53 est prévue; l'avion est en effet désormais capable de passer de l'un à l'autre des moteurs, dans un délai d'un mois environ. Déjà la Caravelle, lors du premier chantier de transformation qu'elle avait subi en 1972/1973 pour les essais du M53, avait vu sa structure renforcée en vue d'éventuels essais ultérieurs d'un moteur encore plus puissant tel que le CFM56.

 

En juillet 1976, elle est entrée à nouveau à la SOGERMA, où les modifications suivantes ont été effectuées :

 

  1. La cloison pare-feu qui est la frontière entre l'avion et la nacelle essayée, a été rendue capable du montage du CFM56 ou du M53 dans un délai fixé contractuellement à un mois
  2. L'équipement de mesure a été complété, en particulier, par les deux dispositifs ci-après :
    • Une console de visualisation, réalisée par la SFIM sur spécifications SNECMA, qui permet à l'ingénieur d'essais de surveiller les principaux paramètres (mode de sortie numérique ou graphique, possibilités de copie de l'écran sur support papier et de rappel de l'image à la demande) ;
    • Un système de télémesure tournante permettant d'effectuer des mesures (contraintes, températures) directement sur les parties tournantes du moteur ;
  1. Une nouvelle nacelle CFM56 a été mise en place. Elle a été étudiée et réalisée à Toulouse par la SILAT (Latécoère) sous maîtrise d'oeuvre SNECMA. Elle ne comporte pas d'inverseur ; elle permet de placer une instrumentation dans le carénage de la manche d'entrée. C'est en décembre 1976 qu'elle a été envoyée à la SOGERMA pour être montée sur le côté droit du fuselage, la nacelle gauche étant celle du moteur « Avon » d'origine. Fin décembre 1976, l'un des moteurs CFM56 y a été installé en vue des essais aujourd'hui en cours.

Les essais en vol qui ont démarré le 17 mars, doivent se poursuivre à Istres sans interruption pendant plusieurs mois. Le programme complet comporte trois « campagnes » soit, au total, 250 heures de fonctionnement en vol environ. 250 à 350 paramètres peuvent être relevés simultanément.

L'équipage comprend cinq navigants SNECMA, dont un ingénieur d'essais et un expérimentateur, une place restant disponible pour un ingénieur de General Electric. Les essais entrepris vont permettre une mise au point poussée du réacteur CFM56 (le programme de développement ne comporte pas d'essais en altitude simulée). Rappelons qu'ils ne constituent eux-mêmes qu'une partie d'un programme qui comprend 7 500 heures d'essais, la partie centrale du réacteur devant accumuler à elle seule près de 23 000 heures d'essais. C'est dire que, dès sa mise en service, le CFM56 présentera une maturité supérieure à celle des moteurs qui l'ont précédé.

(1)  Filiale commune de SNECMA et General Electric

(2)  ADAC : Avion à Décollage et Atterrissage Courts.(en anglais S.T.O.L.)

(3) AMST : Advanced Medium S.T.O.L. Transport. Programme lancé par l'armée de l'air américaine pour développer un avion de transport à réaction à décollage court, en environnement militaire, afin de remplacer ses appareils C-130. Le YC-15 a pour concurrent dans ce programme le Boeing YC-14 propulsé par deux réacteurs General Electric CF6-50.

(4) Système d'hypersustentation qui consiste très schématiquement à dévier vers le bas le jet des réacteurs grâce à l'action directe des volets d'Intrados, à double fente, très développés.

(5) Si la production du C-15, version série du YC-15, était décidée, l'avion pourrait être équipé de moteurs de la classe des 10 tonnes, plus puissants que les JT80-17 actuels. Aujourd'hui, le CFM56 est en concurrence avec la version « refan » du JTSD-9. leJT80-9 qui développe 8,16 tonnes de poussée. Les besoins de l'US Air Force, dans le domaine du transport tactique sont de l'ordre de 300 appareils.

 

Snecma informations, avril 1977, n°233

Air & Cosmos, décembre 1976, n°649

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