LE CA­NARD DU DEL­TA

Ra­fale : re­tour sur une for­mule aé­ro­dy­na­mique ga­gnante. L’as­so­cia­tion ca­nard et aile del­ta offre un com­pro­mis des plus in­té­res­sants.

Le Fana de l'Aviation - - Sommaire - Par Mi­chel Bé­ni­chou

Par son al­lure, le Ra­fale est ap­pa­ru comme une grande nou­veau­té. Si ce­la avait été tout à fait le cas, ce­la au­rait si­gni­fié qu'avant de dis­pa­raître en 1986, Mar­cel Das­sault au­rait fait une bien éton­nante ré­vo­lu­tion, lui qui, de­puis 1948, dé­ve­lop­pait pas à pas une même for­mule d'avion de com­bat avec au­tant de pru­dence que de soin. Nous au­rions bien des rai­sons à ne pas croire à un tel bou­le­ver­se­ment. En réa­li­té, le Ra­fale est en par­faite conti­nui­té avec les avions de com­bat Das­sault, al­liant for­mules éprou­vées et au­dace tech­nique.

265 es­quisses furent ana­ly­sées par le bu­reau d'étude entre 1978 et 1983 avant que l'ar­chi­tec­ture gé­né­rale de l'ACX (avion de com­bat du fu­tur) soit fi­gée. Presque toutes pré­sen­taient une voi­lure en del­ta as­sis­tée par un em­pen­nage ca­nard. Comme on sait, les ca­nards, oies et cygnes ne res­semblent qu'à eux-mêmes lors­qu'ils volent avec les ailes loin der­rière un long cou, comme au­rait dit M. de La Fon­taine. Le plan ca­nard est à l'ori­gine, en 1912, un em­pen­nage po­si­tion­né à l'ex­tré­mi­té du « bec », une for­mule inau­gu­rée ( sans le sa­voir) par les frères Wright en 1902 !

Les im­per­fec­tions de l'aile en flèche

Mar­cel Das­sault l'a sou­vent ré­pé­té : s'il avait ar­rê­té son choix sur l'aile en del­ta en 1952 – sans être le seul, loin de là –, c'est parce qu'elle of­frait sur l'aile en flèche de pré­cieux avan­tages dont ce­lui de la lé­gè­re­té. Sans en­trer le moins du monde dans les dé­tails, rap­pe­lons que, quand un mo­bile at­teint la vi­tesse du son, il gé­nère de­vant lui une onde de choc. Ce­ci fut éta­bli en 1871, peu après la guerre fran­co-prus­sienne, et mis en évi­dence en 1887 par Ernst Mach grâce à la strio­sco­pie. De­puis l'avant du mo­bile, cette onde forme un cône. Epaisse de quelques mi­crons, elle est créée par le chan­ge­ment d'état de l'écou­le­ment de l'air qui, de su­per­so­nique, re­de­vient sub­so­nique avec (donc et entre autres) une sen­sible aug­men­ta­tion de pres­sion (trans­for­mée en boum par nos tym­pans). De ma­nière dif­fé­rente, l'Al­le­mand Adolf Bu­se­mann, peu avant 1935, puis le Russe Vla­di­mir V. Strou­mins­ky, et en­fin, l'Amé­ri­cain Ro­bert Tho­mas Jones en 1945, étu­diant ce phé­no­mène dit alors de la « com­pres­si­bi­li­té » (1), avaient dé­fi­ni l'aile en flèche et à faible épais­seur re­la­tive pour fa­ci­li­ter le vol su­per­so­nique. En sché­ma­ti­sant, consi­dé­rons qu'une voi­lure en flèche reste à l'in­té­rieur du cône d'onde de choc, dans un écou­le­ment sub­so­nique ; plus la vi­tesse de l'avion est éle­vée, plus le cône est étroit, plus la flèche doit être ac­cen­tuée, et plus ses in­con­vé­nients s'ac­cu­mulent. Dif­fi­cile à fa­bri­quer, lourde, l'aile en forte flèche pos­sède de fâ­cheuses ca­rac­té­ris­tiques à basse vi­tesse en dé­cro­chant à ses ex­tré­mi­tés ce qui pro­voque un mo­ment ca­breur (au­to­ca­brage) et le dé­cro­chage de l'avion. Le tout est plus ou moins com­bat­tu par di­vers moyens plus ou moins lourds com­pli­quant la fa­bri­ca­tion. En outre, sur un bord de fuite en forte flèche, les vo­lets d'at­ter­ris­sage sont bien moins ef­fi­caces que sur un bord de fuite droit, ap­por­tant à l'amé­lio­ra­tion des per­for­mances, à basse vi­tesse, un maigre pro­grès.

Les avan­tages de la voi­lure del­ta

La si im­por­tante épais­seur re­la­tive est l'épais­seur maxi­male de l'aile, ex­pri­mée en pour­cen­tage de la lon­gueur de la corde moyenne (dis­tance du bord d'at­taque au bord de fuite me­su­rée pa­ral­lè­le­ment à l'axe de l'avion). Sur une aile en del­ta pré­sen­tant une très forte flèche, la corde étant très longue, une aile d'as­sez forte épais­seur pos­sède une faible épais­seur re­la­tive (3% sur Con­corde !) ; elle offre un vo­lume utile im­por­tant pour les roues et le car­bu­rant. Une charge alaire plus faible, fa­vo­rable à la ma­nia­bi­li­té, est plus fa­cile à construire, ; elle est lé­gère et plus ro­buste puisque son em­plan­ture est (1) En vol lent (jusque vers 650 km/h,) l'air s'écoule au­tour d'un mo­bile comme s'il n'était pas com­pres­sible. Lorsque sa vi­tesse at­teint la vi­tesse du son ou Mach 1, se pro­duit l'onde de choc, comme si l'air de­ve­nait sou­dain com­pres­sible. La com­pres­si­bi­li­té est ac­com­pa­gnée no­tam­ment par une bru­tale aug­men­ta­tion de la traî­née aé­ro­dy­na­mique et un re­cul du centre de pous­sée sur la voi­lure.

(2) En 1928, l'aé­ro­dy­na­mi­cien suisse Ja­kob Acke­ret dé­si­gna « nombre de Mach », en hom­mage à Ernst Mach, le rap­port entre la vi­tesse d'un mo­bile et la vi­tesse du son (la­quelle va­rie se­lon la tem­pé­ra­ture et la den­si­té du mi­lieu). Mach 1 = vi­tesse du son. Mach 0,8 = 80 % de la vi­tesse du son. Mach 1,2 = 1,2 fois la vi­tesse du son.

longue. Grâce à la voi­lure en del­ta et mal­gré un mo­teur ju­gé trop peu puis­sant, le Mi­rage III A fut, en oc­tobre 1958, le pre­mier avion eu­ro­péen à dé­pas­ser Mach 2,2 (2), soit plus de deux fois la vi­tesse du son.

Les in­con­vé­nients de la voi­lure del­ta

Mal­heu­reu­se­ment, la voi­lure en del­ta a aus­si un sé­rieux in­con­vé­nient. Sans se com­por­ter aus­si dan­ge­reu­se­ment à basse vi­tesse qu'une aile en forte flèche, elle ne per­met pas le vol lent, parce qu'elle offre des ca­pa­ci­tés ma­noeu­vrières ré­duites à forte in­ci- dence, quand l'avion est très ca­bré sur sa tra­jec­toire. Elle im­pose donc, entre autres, une dis­tance de dé­col­lage longue et une vi­tesse d'at­ter­ris­sage éle­vée. Le Mi­rage III C, avec une voi­lure de III A amé­lio­rée, at­ter­ris­sait à 180 noeuds (334 km/h) ; il avait en consé­quence be­soin de longues pistes. Or, dès les an­nées 1950, rien qu'en France, de nom­breux pro­jets d'avions de com­bat su­per­so­niques avaient com­por­té une voi­lure prin­ci­pale en del­ta, avec, sous l'avant du fu­se­lage, une voi­lure se­con­daire, elle aus­si en del­ta. Telle était l'ar­chi­tec­ture du Nord 1 500 Grif­fon qui at­tei­gnit M 2 quelques jours après le Mi­rage III. A par­tir de la fin de 1967, pour ré­duire les dis­tances de dé­col­lage et d'at­ter­ris­sage et amé­lio­rer la ma­nia­bi­li­té des Mi­rage III S de la Troupe d'Avia­tion suisse, des « mous­taches » ré­trac­tables de 0,59 m2 pos­sé­dant bec et vo­let furent es­sayées par Das­sault sous le nez d'un Mi­rage III R de sé­rie, sur­nom­mé Mi­lan. En 1970, le pro­to­type d'un fu­tur Mi­lan de sé­rie fut pré­sen­té aux Suisses qui, fi­na­le­ment, re­non­cèrent à ac­qué­rir un avion nou­veau. A la même époque, les Sué­dois fai­saient vo­ler le Saab 37 Vig­gen, in­ter­cep­teur su­per­so­nique conçu pour pou­voir at­ter­rir et dé­col­ler en moins de 500 m avec une voi­lure prin­ci­pale

en del­ta cou­plée à un grand em­pen­nage ca­nard fixe mu­ni de gou­vernes au bord de fuite.

En 1976, les Is­raé­liens pré­sen­tèrent le Kfir C2 (dé­ve­lop­pe­ment du Mi­rage 5) do­té de pe­tites sur­faces tri­an­gu­laires en ar­rière de l'ha­bi­tacle. Il est dif­fi­cile d'ima­gi­ner que la so­cié­té Das­sault res­ta en de­hors de cette mo­di­fi­ca­tion im­por­tante qui amé­lio­rait sen­si­ble­ment les per­for­mances de l'avion. Les Mi­rage 2000 et 4000 firent l'ac­tua­li­té des an­nées sui­vantes. Le pre­mier, en vol à par­tir de 1978, pos­sé­dait de pe­tites sur­faces rec­tan­gu­laires fixes en ar­rière des en­trées d'air, sur le se­cond, en 1979, re­vinrent des plans en forte flèche, pla­cés un peu plus haut, dont l'angle de ca­lage pou­vait être mo­di­fié ma­nuel­le­ment et par in­cré­ments en vol. En 1982, Das­sault fit vo­ler son ul­time amé­lio­ra­tion du Mi­rage III, le Mi­rage III NG (nou­velle gé­né­ra­tion), mu­ni de com­mandes élec­triques et de plans ca­nards en del­ta, as­sez im­por­tants (1 m2 au to­tal), mais fixes, en ar­rière des en­trées d'air, as­so­cié à un apex (pro­lon­ge­ment) du bord d'at­taque des ailes à l'em­plan­ture. En 1983, les Suisses mo­der­ni­sèrent leur Mi­rage III S avec des em­pen­nages ca­nard co­piés en plus pe­tit sur ceux du Kfir C2. La dis­tance de dé­col­lage était ré­duite de 300 m, et c'est sur­tout la ma­nia­bi­li­té qui s'en trou­va gran­de­ment amé­lio­rée, car l'aug­men­ta­tion de l'angle d'in­ci­dence li­mite de l'avion ré­dui­sait de 500 m le dia­mètre du vi­rage.

Même s'il n'est pas ex­haus­tif, ce rap­pel suf­fit à mon­trer que, si les em­pen­nages ca­nard étaient utiles aux avions à voi­lures en del­ta, ils n'étaient pas en­core sa­tis­fai­sants car leur étaient sub­sti­tués plus sou­vent sur bien d'autres avions des sur­faces d'apex fixes. Pour être très ef­fi­cace, l'em­pen­nage ca­nard des avions à ailes del­ta de­vait être pi­lo­table, ce qui s'avé­rait très com­pli­qué avec des com­mandes de vol clas­siques. L'avè­ne­ment des com­mandes élec­triques, c'est-à-dire du pi­lo­tage par or­di­na­teur, per­mit de les ma­noeu­vrer au­to­ma­ti­que­ment pen­dant le vol sans ac­croître la charge de tra­vail du pi­lote ; le cal­cu­la­teur dé­ter­mine ins­tan­ta­né­ment, se­lon les évo­lu­tions de­man­dées, la vi­tesse et la charge, la po­si­tion des em­pen­nages ca­nard comme des autres gou­vernes. Néan­moins, ce type d'em­pen­nage ap­por­tait une so­lu­tion lé­gère et peu coû­teuse au pro­blème po­sé par les mi­li­taires qui vou­laient des avions très agiles, su­per­so­niques, em­por­tant des charges très lourdes avec d'ex­cel­lentes qua­li­tés de vol à basse vi­tesse. Ce qui avait été es­sayé jusque-là ou était alors ex­pé­ri­men­té (ailes à géo­mé­trie va­riable, tuyères orien­tables) avait plus d'in­con­vé­nients que d'avan­tages.

La mul­ti­pli­ca­tion des ca­nards

C'est ain­si qu'ap­pa­rurent en Eu­rope, coup sur coup, les Saab Grip­pen, EFA/Ty­phoon, et Ra­fale avec des em­pen­nages ca­nard mo­biles pour amé­lio­rer la ma­nia­bi­li­té, aug­men­ter la ca­pa­ci­té d'em­port, et abais­ser la vi­tesse mi­ni­male de vol, donc pour dé­col­ler et at­ter­rir sur des dis­tances plus courtes. Sur cer­taines ver­sions du Su­khoï 30 russe, des gou­vernes ca­nard furent même ajou­tées aux apex exis­tants.

Forts de l'ex­pé­rience ac­quise avec les Mi­rage 4000 et III NG, les in­gé­nieurs de Das­sault furent d'em­blée convain­cus que, pour l'ACX, le « del­ta + ca­nard » était le plus pro­met­teur, à condi­tion que ces em­pen­nages fussent pi­lo­tables et de grandes di­men­sions (5% de la sur­face alaire). D'ores et dé­jà, leur po­si­tion avait été dé­ter­mi­née par de longs es­sais, proches de la voi­lure prin­ci­pale pour in­ter­agir avec celle-ci en ac­crois­sant la por­tance aux basses vi­tesses ; l'em­pen­nage ca­nard agit comme une sorte de bec de bord d'at­taque. Cet em­pen-

nage était pla­cé en ar­rière de l'ha­bi­tacle pour ne pas gê­ner la vi­si­bi­li­té du pi­lote, né­ces­sai­re­ment bonne sur un avion em­bar­qué comme sur un avion po­ly­va­lent des­ti­né au­tant à des mis­sions air-air qu'air-sol. L'em­pen­nage ca­nard peut faire of­fice d’aé­ro­frein.

L'ACX de­vait réa­li­ser les sou­haits ex­pri­més par l'ar­mée de l'Air de­puis presque ses ori­gines, avec une po­ly­va­lence ex­cep­tion­nelle. Les es­sais du Ra­fale A dé­mons­tra­teur le confir­mèrent en tout point, in­di­quant aus­si l'uti­li­té d'agran­dir les em­pen­nages ca­nard sur les plus pe­tits Ra­fale de sé­rie. Com­pa­rai­son fut alors fa­ci­le­ment et fré­quem­ment faite avec l'ar­chi­tec­ture moins avan­ta­geuse de l'EFA/Ty­phoon, il est vrai conçu au dé­part pour l'in­ter­cep­tion avec des mo­teurs su­perbes, mais moins adap­té à d'autres mis­sions à cause de sa confi­gu­ra­tion.

La preuve par l'évo­lu­tion

L'ef­fi­ca­ci­té no­table de la for­mule du Ra­fale se tra­duit de ma­nière évi­dente lorsque l'on a l'oc­ca­sion d'as­sis­ter aux dé­mons­tra­tions en vol de ces avions à la ma­nia­bi­li­té épous­tou­flante, le Ra­fale sem­blant d'ailleurs de loin le plus agile. Elle est tra­duite de ma­nière moins vi­sible par la ca- pa­ci­té du Ra­fale d'em­por­ter 9 500 kg de charges ex­ternes (presque la masse to­tale d'un Mi­rage III C), d'at­teindre M 1,8 et ap­pro­cher à l'at­ter­ris­sage à 120 noeuds (220 km/h, 100 km/h de moins que le plus pe­tit et plus lé­ger Mi­rage III) pour, grâce à de puis­sants freins au car­bone, s'ar­rê­ter nor­ma­le­ment en 450 m sans avoir à uti­li­ser de pa­ra­chute-frein. Lors des es­sais, avec des avions lé­gers, la vi­tesse d'ap­proche a été abais­sée jus­qu’à 90 noeuds (167 km/h), en de­çà des li­mites im­po­sées en ex­ploi­ta­tion nor­male.

Les in­gé­nieurs, qui conçurent le Ra­fale, n’ont ces­sé d'af­fir­mer qu'il doit une grande par­tie de ses qua­li­tés à sa for­mule aé­ro­dy­na­mique : «Δca­nard+en­tréesd'air­se­mi-ven­trales.»

Le dé­mons­tra­teur du Ra­fale, plus gros que l'avion de sé­rie, mais avec un em­pen­nage ca­nard plus pe­tit. (Das­sault Avia­tion K. To­ku­na­ga)

(Das­sault Avia­tion)

Le Das­sault Mi­lan, Mi­rage à mous­taches.

Le pre­mier Mi­rage III S mo­der­ni­sé avec des em­pen­nages ca­nard, em­prun­tés au Kfir C2 is­raé­lien. (Das­sault Avia­tion)

(Das­sault Avia­tion/Sé­bas­tien Mous­ty)

La fu­mée met en évi­dence les tour­billons sur la voi­lure du Ra­fale, qui dy­na­misent la couche li­mite en fa­vo­ri­sant la por­tance aux grands angles d'at­taque.

Les ca­nards et les en­trées d'air se­mi-ven­trales du Ra­fale : une re­cette aé­ro­dy­na­mique raf­fi­née. (Sa­fran/An­tho­ny Pec­chi)

Newspapers in French

Newspapers from France

© PressReader. All rights reserved.