Le Garrett
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| Surnom | Linear Induction Motor Research Vehicle (LIMRV) |
|---|---|
| Type | Train à grande vitesse |
| Motorisation | Moteur électrique linéaire |
| Conception | Garrett AiResearch |
| Constructeur(s) | Garrett AiResearch |
| Nombre | 1 |
| Préservation | Musée du chemin de fer de Pueblo |
| Longueur | 17,5 m |
|---|---|
| Largeur | 3 m |
| Hauteur | 2,13 m |
| Vitesse maximale | 411,5 km/h |
Le Garrett aussi appelé, LIMRV (acronyme de l'anglais Linear Induction Motor Research Vehicle), est un prototype de train développé aux États-Unis dans les années 1970. Conçu pour tester la propulsion par moteur à induction linéaire à haute vitesse, ce prototype atteint le record de 411,5 km/h en 1974 sur le circuit d’essai de Pueblo, dans le Colorado. Le programme s'achève en 1978, après avoir testé différents types de configurations de moteurs linéaires.
Historique
[modifier | modifier le code]Contexte
[modifier | modifier le code]En réponse à la loi Américaine sur le transport terrestre à grande vitesse de 1965 (High Speed Ground Transportation Act of 1965), le Congrès américain a cherché à favoriser le développement du transport ferroviaire à grande vitesse aux États-Unis[1]. En 1966 le Département des Transports des États-Unis attribue un contrat à la société Garrett AiResearch en vue de la mise au point d’un système de propulsion innovant. Ce dispositif, désigné sous le nom de moteur à induction linéaire, était destiné à se substituer aux modes de propulsion conventionnels tels que les hélices ou les turboréacteurs[1].
Etudes et construction
[modifier | modifier le code]La conception débuta en 1966 et en juillet 1967, Garrett AiResearch acheva l’ensemble des études et essais en laboratoire du moteur à induction linéaire dans sa configuration à double face, caractérisée par un rail de réaction vertical[2]. En octobre de la même année, Garrett AiResearch entreprend la construction d’un prototype de train expérimental à l’échelle réelle, le Garrett, pour répondre au besoin d'évaluation du système de propulsion en conditions réelles[1]. Les essais à basse vitesse du Garrett furent réalisés sur une voie d’essai de 400 mètres située sur le site de l’usine de construction à Torrance, en Californie[3]. Cette phase visait à vérifier le comportement général du véhicule et à identifier d’éventuels problèmes de conception avant son transfert vers le Centre d'essais de transport terrestre à grande vitesse (High Speed Ground Transportation Test Center) de Pueblo. Lors des études les calculs indiquaient qu’une voie d’essai d’une longueur de 16 km était nécessaire pour atteindre la vitesse nominale prévue, le budget alloué permit la réalisation d’une infrastructure de 10 km, considérée comme suffisante pour la conduite des essais initiaux[2].
Essais
[modifier | modifier le code]Le Garrett équipé d'un système d’acquisition de données, est livré au centre d’essais de Pueblo au printemps 1971[4], la campagne d’essais débute en mai de la même année[5]. Lors des essais à grande vitesse, le Garrett pouvait être piloté à distance afin de garantir la sécurité du personnel. Les essais à des vitesses inférieures à 160 km/h étaient réalisés avec du personnel à bord[6]. Le 19 mai, à l’occasion d’une cérémonie organisée dans le cadre de la Semaine des transports en présence du secrétaire d’État américain aux Transports John Volpe, le véhicule atteint une vitesse de 153 km/h[4].
Moteur à induction linéaire double face 1ère génération
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Lors de cette première phase d'essais, l’alimentation électrique du moteur à induction linéaire est assurée par une turbine à gaz embarquée, couplée à un alternateur. La commande de vitesse du moteur linéaire est obtenue par le contrôle de la tension et de la fréquence de l’alimentation électrique fournie par l’alternateur, réalisé par la variation de la vitesse de rotation de la turbine. Ce dispositif simple, nécessite la conception et la fabrication d’un alternateur spécifique[2], de 3 MW[3], adapté à une turbine à gaz d’aviation de conception standard [2]. Le moteur à induction linéaire du véhicule est refroidi par air au moyen de ventilateurs distincts pour chacun des deux enroulements primaires. Les dimensions d'un l'enroulement sont de 25,4 cm de hauteur sur 381 cm de longueur. Sa puissance nominale est de 2 500 cv (1 860 kW), correspondant à une poussée continue de 16,7 kN (3 750 lb) à une vitesse de 400 km/h. La campagne d’essais se poursuivit au cours de l’année 1971, mais fut temporairement interrompue à la suite d’une erreur de procédure d’exploitation survenue lors d’une manœuvre en marche arrière, ayant entraîné le déraillement du véhicule et des dommages au système de propulsion[4].
Moteur à induction linéaire double face 2ème génération
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La conception et les essais de la première version du moteur à induction linéaire refroidi par air, fournirent à Garrett AiResearch une expérience suffisante pour le développement d’un moteur à induction linéaire de deuxième génération. Destiné à un second véhicule d'essais, le Grumman, le moteur linaire fut développé et testé sur le Garrett. Ce nouveau moteur, refroidi par eau, a pour objectif d’améliorer le rapport poids/poussée et de recourir à une alimentation électrique par caténaire le long de la voie, supprimant ainsi la nécessité d’une turbine embarquée pour la production d’énergie[4]. Garrett conçoit un système de captage d’énergie triphasée par caténaire au sol, dont les essais ont validé le fonctionnement jusqu’à une vitesse de 500 km/h. Ce système est alimenté en courant alternatif à une fréquence de 60 Hz et une tension de 8,25 kV. Un compensateur synchrone est intégré au véhicule afin de corriger le facteur de puissance pour maintenir une tension alternative adaptée à la commutation de l’onduleur qui fourni une tension et une fréquence variables. Ce nouveau moteur se compose de deux unités disposées en tandem, chacune capable de délivrer une poussée maximale de 33 kN et une poussée continue de 22 kN à une fréquence de 165 Hz. Ces performances permettent d’atteindre une vitesse théorique de 480 km/h[3].
Moteur à induction linéaire double face 2ème génération et turboréacteurs
À partir de l’automne 1973, le Garrett est équipé, pour certains essais, de deux turboréacteurs issus de surplus militaire de l’United States Air Force. Ces moteurs, de type Pratt & Whitney J52-P3, sont utilisés comme propulseurs d’appoint afin de permettre au véhicule d’atteindre rapidement sa vitesse cible sur la longueur limitée de la voie d’essai de 10 km. L’appareil est aussi équipé d’un système d’arrêt d’urgence double, constitué d’une crosse d’appontage et d’un dispositif de parachute de freinage aéronautique[7]. Cette solution était plus économique que l’allongement de la voie[6]. Le 14 août 1974, le Garrett établit un record mondial de vitesse pour un véhicule circulant sur une voie ferrée conventionnelle, grace a la puissance combinée des moteurs linaires et des turboréacteurs, en atteignant 411,5 km/h[8]. Ces vitesses élevées ont permis de recueillir des données d’essais à grande vitesse couvrant les plages de fonctionnement du moteur linéaire, et ont rendu possible la réalisation d’analyses à partir des données d’essais enregistrées[7].
Entre fin 1976 et 1977, une série d’essais est menée afin d’étudier l’influence de l’extension du système d’excitation primaire sur les performances du moteur à induction linéaire. Ces essais consistent notamment à exciter séparément les cinq pôles avant du stator, puis à comparer les résultats avec ceux obtenus en excitant uniquement les cinq pôles arrière. L’excitation sélective des pôles permet également d’analyser les ondes de force magnétomotrice dans l’entrefer, générées par la longueur finie de la nappe de courant primaire[3].
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Moteur à induction linéaire simple face
[modifier | modifier le code]À l’issue des essais, Garrett engage à partir de l’été 1976 la conversion du moteur linéaire à induction double face en simple face, caractérisé par un rail de réaction horizontal. Les recherches menées suggèrent que les moteurs synchrones pourraient offrir des avantages supérieurs aux moteurs à induction pour la propulsion ferroviaire. Le Garrett et une moitié du moteur subissent des modifications afin de permettre des essais en configuration à simple face. Le nouveau rail central est constitué d’une plaque en aluminium d’une épaisseur de 22 mm posée sur une plaque arrière en fer massif[2]. Il est initialement prévu, de convertir la voie d’essai en une configuration avec rail de réaction horizontal[3] mais le programme d’essais du Garrett s’achève en 1978 avant que les travaux ne commencent [6].
Préservation
[modifier | modifier le code]À l’issue des essais, Le Garrett a été cédé à la ville de Pueblo, qui l’a conservé pendant plusieurs années en extérieur au musée aéronautique Pueblo Weisbrod[6]. En Octobre 2012[6], le Garrett a été transféré vers le Pueblo Railway Museum[9].
Notes et références
[modifier | modifier le code]- (en) SPEEDLINES High-Speed Intercity Passenger : DEVELOPMENT OF AIR CUSHION TECHNOLOGY IN THE U.S., (lire en ligne)
- (en) Office of Research and Development Federal Railroad Administration Department of Transportation Washington, D. C., « Advanced systems and advanced technology, A summary of ten years of advanced research and development » [PDF], (consulté le )
- Edward Abel, « Air cored linear machines for ground transportation », webcat.warwick.ac.uk Library Catalog, University of Warwick, , p. 74-76 (lire en ligne, consulté le )
- (en) United States, « Report on the High Speed Ground Transportation Act of 1965 », High Speed Ground Transportation Act of 1965, , p. 25-27 (ISSN 0083-0399, lire en ligne, consulté le )
- ↑ « La technique du moteur linéaire évolue rapidement », Le Monde, (lire en ligne, consulté le )
- (en) « The Garrett », sur Pueblo Railway Museum, (consulté le )
- (en) United States Department of Transportation, Report on the Railroad Technology Program, by the Secretary of Transportation to the President, the Senate, and the House of Representatives, Department of Transportation., (lire en ligne)
- ↑ (en) Chris Young, « Engineer Posts Images of Abandoned 300 MPH Hovertrains », sur Interesting Engineering (consulté le )
- ↑ (en) Jon McMichael, « Pueblo's Rocket Cars: Futuristic vehicles from the past », sur KOAA News 5, (consulté le )
