thumb|Un moteur Pratt & Whitney J57.|alt=Photo d'un moteur exposé,partiellement ouvert.
Le Pratt & Whitney J57 (désignation d'usine JT3C) est un turboréacteur conçu par la société américaine Pratt & Whitney, à l'origine pour motoriser le Boeing B-52 Stratofortress. Sa conception s'inscrit, peu après l'entrée en service d'une première génération de turboréacteurs, dans une volonté d'augmenter les performances et l'efficacité énergétique. Il est le premier réacteur au monde à dépasser les () de poussée et à utiliser une architecture comprenant deux arbres concentriques, tournant à des régimes différents et indépendamment, mécaniquement, l'un de l'autre. Il a été produit à environ de 1951 à 1965. Outre le B-52, il a équipé cinq représentants de la première génération de chasseurs supersoniques, dont le célèbre North American F-100 Super Sabre, les premières versions du ravitailleur Boeing KC-135 Stratotanker et, sur le marché civil, les premiers Boeing 707 et Douglas DC-8 produits.
Le J57 a donné naissance à toute une famille de moteurs. Le J52 est un moteur plus petit reprenant la même architecture et destiné principalement à l'aéronavale américaine. Le J75 est à l'inverse un moteur de taille supérieure. Le JT3D est un turboréacteur à double flux construit par modification du J57, et devient le moteur le plus utilisé sur la première génération des avions de ligne long-courriers à réaction (Boeing 707 et Douglas DC-8). Le JT8D, obtenu en appliquant des modifications similaires au J52, est adopté sur les avions plus petits (Boeing 727, Boeing 737, Douglas DC-9) et devient le réacteur civil le plus répandu dans les années 1960.
Le succès du J57 et de ses dérivés a fait de Pratt & Whitney le principal constructeur mondial de réacteurs d'avions.
Historique Contexte Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, Pratt & Whitney est solidement installé comme fournisseur incontournable de moteurs d'aviation en étoile, à refroidissement par air. Cette place a été acquise grâce au succès de la famille Wasp, développée à partir de la fin des années 20, dont les nombreuses déclinaisons motorisent des avions de toute catégorie, de modestes monomoteurs d'entraînement comme le Vultee BT-13 Valiant jusqu'à de prestigieux avions de ligne long-courriers comme le Boeing 377 Stratocruiser, mais aussi des hélicoptères et des dirigeables. En revanche, dans le domaine émergent des moteurs à base de turbines à gaz, turboréacteurs et turbopropulseurs, Pratt & Whitney est un acteur mineur.. Les leaders de cette technologie sont Rolls-Royce, Metrovick, de Havilland ou Westighouse. La première expérience de Pratt & Whitney dans ce domaine est la production sous licence du Rolls-Royce Nene, réacteur à flux radial du Hawker Sea Hawk, sous le nom Pratt & Whitney J42. Alors qu'une première génération de turboréacteurs est déjà en service dans le monde militaire, les constructeurs cherchent à améliorer aussi bien l'efficacité énergétique que le rapport poussée/masse des nouveaux réacteurs.. Les tout premiers turboréacteurs (et turbopropulseurs) utilisent des compresseurs centrifuges, dont la conception a assez largement hérité des compresseurs utilisés pour la suralimentation des moteurs à piston.. Rapidement, les compresseurs axiaux, déjà utilisés par le BMW 003 pendant la guerre., s'imposent comme meilleure solution, sauf pour des moteurs de puissance modeste (qui peuvent encore, au , faire appel à des compresseurs centrifuges)..
Augmenter le taux de compression Pour améliorer les performances des réacteurs, un préalable est d'augmenter le taux de compression, c'est-à-dire le facteur par lequel la pression de l'air est multipliée entre l'admission et la chambre de combustion. Sur les réacteurs de l'immédiat après-guerre, le taux de compression est modeste, par exemple il est de 5:1 sur le Allison J35, moteur testé en vol à partir de 1946.. Augmenter le taux de compression pose cependant des problèmes de stabilité du moteur. Un taux de compression élevé se traduit par une réduction importante de la section du conduit d'air. Cela ne pose pas de problème lorsque le moteur fonctionne à plein régime, mais, à régime réduit, la circulation de l'air devient insuffisante, ce qui se traduit par un décrochage des pales de compresseur, et une chute de la puissance du moteur. Ce phénomène est appelé pompage. Ces problèmes concernent aussi bien les turboréacteurs que les turbopropulseurs..
Trois solutions sont identifiées pour résoudre ce problème : placer entre les étages du compresseur des vannes de décharge qui permettent, lorsque le moteur ne tourne pas à plein régime, d'évacuer l'excédent d'air vers l'extérieur du moteur ; disposer sur les premiers étages du compresseur une incidence variable des aubes du stator, ce qui permet d'ajuster le taux de compression selon le régime moteur ; séparer les compresseurs en deux groupes, basse et haute pression, qui tournent à des régimes différents.
La première solution est retenue par Armstrong Siddeley sur son Sapphire et par Rolls Royce sur le Avon, deux moteurs dont les taux de compression sont de 6,5 et 7,5 respectivement... La deuxième est choisie par General Electric pour son J79.. La troisième solution, celle d'un moteur à double corps, est choisie par Pratt & Whitney pour le J57, ainsi que, parallèlement, par Bristol pour le Olympus. Cette solution est aussi adoptée chez les Soviétiques, avec le Toumanski R-11 et les moteurs suivants..
Sapphire, Olympus, J57, J79 et Avon sont tous des moteurs de la classe , qui ont marqué l'histoire de l'aviation dans les années 1950, en équipant les premiers chasseurs supersoniques, les premiers bombardiers stratégiques à réaction, et les premiers avions de ligne long-courriers à réaction..
L'architecture à double corps vignette|Principe d'un turboréacteur à double corps, simple flux, comme le J57.|alt=Schéma en coupe. La partie intérieure est « haute pression », la partie externe est « basse pression », avec deux arbres l'un dans l'autre. Dans cette approche, qui s'est ensuite généralisée, le moteur possède deux arbres coaxiaux, qui ne sont pas reliés mécaniquement, si bien que leur vitesse de rotation varie indépendamment. Le corps basse pression est formé par la première partie du compresseur et la deuxième partie des turbines, reliées par l'arbre intérieur. Le corps haute pression comprend les étages suivants du compresseur et la première partie des turbines, reliés par l'arbre extérieur et tournent à un régime plus élevé.. L'architecture à double corps a été testée sur un turbopropulseur, dès 1945 : le Rolls-Royce RB.39 Clyde..
Début du développement Le développement du J57 a en fait commencé en tant que turbopropulseur. Il est lié au programme mené sur commande de l'USAF pour développer un bombardier à capacité intercontinentale. En , Boeing présente à l'USAF son projet 464-29 : il s'agit d'un bombardier à aile en flèche, doté de quatre très puissants turbopropulseurs, relativement comparable au Tupolev Tu-95. Ce concept succède au projet 462 à aile droite proposé l'année précédente.. Candidat à la motorisation de cet appareil, Pratt & Whitney commence alors à travailler sur un projet de turbopropulseur désigné en interne PT4 et fournissant environ , soit plus du double de la puissance du T34 (désignation interne PT2) qui est déjà en développement. Pour pouvoir augmenter le taux de compression du PT4 (une valeur de 8:1 est visée), les ingénieurs choisissent le concept de turbine à deux arbres. Aucun prototype de PT4 n'est réalisé, mais des éléments sont fabriqués et testés..
Réorientation du projet : JT3-8 À partir de la mi-47, Pratt & Whitney travaille, en parallèle avec le PT4, sur un turboréacteur de la classe reprenant le même principe des deux arbres concentriques. Désigné JT3-8, ce moteur est, dans les grandes lignes, le turbopropulseur PT4 débarrassé du dernier étage de la turbine et du réducteur de l'hélice. Du côté de l'US Air Force, le projet de bombardier stratégique à hélices apparait rapidement comme obsolète. En , un nouvel avion est dessiné chez Boeing. Il possède une aile en plus forte flèche, et huit réacteurs, il est très proche du Boeing B-52 Stratofortress qui sera finalement réalisé.. Le moteur pressenti pour cet appareil est le Westinghouse J40, mais Pratt & Whitney veut se positionner comme concurrent et le JT3-8 devient la priorité, tandis que le PT4 est abandonné. Le prototype, désigné X-176, est testé au banc en . Il est encore assez différent de la version finale du J57, son taux de compression est de 8:1. C'est le premier turboréacteur à double corps testé au banc.. Ce prototype de transition est exposé au National Air and Space Museum..
Augmentation du taux de compression : JT3-10 L'étape de développement suivante est le JT3-10, dont le taux de compression est porté à 12:1, grâce à l'ajout de deux étages au compresseur basse pression. Cette version occupe les ingénieurs de Pratt & Whitney à partir de 1948, mais elle est mise de côté au profit du « » (« taille de guêpe »), qui tourne au banc avant elle..
Modification de la géométrie ; JT3 « Wasp Waist » Une nouvelle modification majeure de la conception du moteur intervient avec le choix d'une configuration « taille de guêpe » : le diamètre intérieur des compresseurs est constant au fil des étages, tandis que le diamètre extérieur diminue. Sur les JT3-8 et -10, la réduction de la section était obtenue, à l'inverse, en augmentant le diamètre intérieur, comme sur d'autres moteurs contemporains (J79, Avon…). Ce nouveau choix, inspiré par Richard Söderberg, permet une importante économie de masse et donne au moteur une silhouette caractéristique, affinée en son milieu, quand les versions précédentes étaient à peu près cylindriques. Les travaux sur cette version, celle qui devient le J57 de série, commencent début 1949..
Succès technique thumb|Un J57 au banc d'essai.|alt=photo noir et blanc. Moteur installé sur une plateforme, devant un tunnel de soufflerie. Un technicien, accroupi, l'inspecte. Le premier test au banc d'essai du J57, dans sa version finale, a lieu en . C'est un événement très médiatisé. Les ingénieurs de Boeing sont dans un premier temps incrédules, en voyant que la consommation de carburant est inférieure à celle du J47 beaucoup moins puissant. En parallèle, Westinghouse rencontre des problèmes insurmontables dans la mise au point de son J40. Le J57 devient le moteur choisi pour le B-52 de Boeing, aussi bien que pour le YB-60, projet concurrent de Convair.
Le prototype du B-52, désigné YB-52, fait son premier vol le , c'est aussi le premier vol pour le J57.. Au cours des années suivantes, les vols inauguraux s'enchaînent pour les avions équipés de ce réacteur : North American F-100 Super Sabre (chasseur) le , qui s'offre même le luxe de passer le mur du son pendant son vol inaugural. ; Convair F-102 Delta Dagger (intercepteur), le . ; Douglas A-3 Skywarrior (bombardier embarqué), le (un prototype pourvu de Westinghouse J40 avait volé fin 1952). ; Douglas F4D Skyray (intercepteur), le . ; Boeing 367-80 (démonstrateur technologique), Aviation Week, 26 juillet 1954, p. 14. ; McDonnell F-101 Voodoo (chasseur biréacteur), le . ; Vought F-8 Crusader (intercepteur embarqué), le . ; Lockheed U-2 (avion-espion), le . ; Boeing KC-135 Stratotanker (ravitailleur), le ..
Le trophée Collier récompense en 1953 Leonard Hobb, chef du projet, pour le développement du J57..
Industrialisation L'industrialisation du J57 a demandé une quantité importante de matériaux stratégiques, en particulier de titane. Le J57 est, avec le Avon britannique contemporain, le premier réacteur à utiliser ce métal (qui offre de très bonnes résistances thermique et mécanique), principalement dans la fabrication du compresseur. Le programme J57 donne ainsi au titane une toute nouvelle importance stratégique.. En 1956, la moitié de la production américaine de titane atteignant environ est utilisée pour la production des J57..