Sciences & Techniques: Aviation : vers la fin des empennages ?

« Peu coûteux, en revanche, est le programme du " démonstrateur " X-31 lancé par Dasa en Allemagne avec l'aide américaine(Rockwell, USAF, US Navy, NASA…).

Il est l'exemple même d'une recherche en vol réussie.

Elle valide un concept promis à un grandavenir : la stabilisation et le pilotage automatique assurés par l'orientation du jet propulsif du réacteur.

Cette poussée dirigée prend lerelais des gouvernes aérodynamiques classiques (élevons, gouverne d'empennage vertical) lorsque les incidences deviennentsupérieures au décrochage (30-35°).

Dans ces conditions, les écoulements complètement décollés qui se produisent sur l'aile,rendent ses gouvernes totalement inefficaces.

Sur cet avion expérimental, l'orientation de la poussée dans toutes les directions estsimplement obtenue par le braquage différentiel, en sortie de réacteur, de trois palettes commandées électroniquement.

Le pilotage decette tuyère orientable, intégrée au système de contrôle actif des gouvernes aérodynamiques, assure une part croissante du contrôlede l'avion : il reste manœuvrable jusqu'à une incidence de 70°! à cet angle de vol, seul le plan canard qui, à l'avant de l'avion, estinfléchi vers le bas autour de - 70° participe encore au contrôle.

Pour compléter ces recherches, les ingénieurs de vol ont renduartificiellement inefficace l'empennage vertical de l'avion.

Pour ce faire, ils ont modifié le programme de commande pour que lagouverne de direction contrecarre exactement l'effet stabilisateur de la dérive.

La poussée orientable se retrouvait seule pour stabiliserl'avion en lacet.

Le succès de ces vols démontra l'efficacité du procédé.

De là à supprimer totalement la dérive, il n'y a pas loin.

Lesfuturs avions militaires supermanœuvrants y gagneraient une réduction notable de leur traînée, de leur signature radar… et de leurcoût! La double famille des ailes volantes Ces exemples de réalisations évoquent les deux orientations que peut désormais prendre le développement de ces avions.

Sonhistoire commence en 1876 avec le brevet du français, Alphonse Penaud.

Il y décrit en détail une configuration d'aile volante amphibieà fuselage intégré et suggère même que ses gouvernes seraient avantageusement contrôlées par un système électrique! Trop enavance sur son temps, incompris de ses contemporains, il se suicide en 1880… Il avait 30 ans.

Sa formule prophétique fut reprisebeaucoup plus tard, d'abord en France par Arnoux en 1913 et par Fauvel et Payen en 1933, puis en Allemagne avec le Messerschmitt163 du Dr.

Lippisch en 1943. A la même époque, un autre pionnier, l'Américain Jack Northrop, fit voler avec succès une série d'ailes volantes expérimentales.

Ellesseront à l'origine d'une version géante qui décolle dès 1946.

Il s'agit du bombardier XB-35, de 52 m d'envergure – comme le B2! Il estpropulsé par 4 hélices contrarotatives placées au bord de fuite.

L'un des quinze avions produits, le YB-49, sera rééquipé de sixréacteurs, dont quatre noyés dans l'aile.

Bien que leur technologie soit remarquable pour l'époque, ces configurations furent sans suitepour plusieurs raisons : Tout d'abord, les avions de cette période devaient impérativement être stables en tangage, et ce d'une manière " naturelle " puisqueaucun système de contrôle automatique n'était disponible.

Cette condition imposait à toutes les formules " sans queue " la pénalitéd'une forte traînée d'équilibrage.

Ce dernier devait, en effet, être réalisé par un braquage vers le haut des élevons.

L'adoption,notamment sur l'aile volante de Northrop, de profils d'ailes à " double courbures " ne suffisait pas à équilibrer l'avion.

Elles negénéraient qu'un léger moment de tangage à cabrer.

Dans tous les cas, élevons en négatif ou double courbure impliquaient une pertede portance.

En outre, l'absence d'empennage ou de plan canard empêchait l'équilibrage d'un éventuel système de voletshypersustentateurs.

Pour réduire la vitesse d'atterrissage, il ne restait donc que la possibilité d'augmenter la surface de l'aile.

Cetteaugmentation entraînait malheureusement celle de la traînée de frottement qui venait en déduction du gain obtenu par la suppressiondu fuselage et des empennages. Ces difficultés atteignirent, à un moindre degré, tous les chasseurs delta des années 1950 à 1970 (Durandal, Gerfaut, Mirages 3 et 4,etc.) ainsi que le Concorde dans le domaine subsonique.

Ces ailes delta bénéficiaient pourtant d'un élancement permettant auxélevons, situés très en arrière du centre de gravité , de développer un moment cabreur à bras de levier important. à la fin des années 70, le développement des commandes électriques et du contrôle actif généralisé (CAG) permit de faire voler entoute sécurité des configurations instables dans l'axe longitudinal.

Le Mirage 2000 en est l'exemple type.

L'avion est équilibré par lebraquage positif des élevons qui augmentent la portance.

Cet accroissement entraîne celui du rendement aérodynamique et laréduction de la vitesse minimale d'atterrissage. En 1978, un Concorde expérimental de l'Aérospatiale démontra ces avantages du vol instable : cetteconfiguration procura un gain de plus de 10% sur le rendement aérodynamique en vitesse subsonique.

Ellelaissa entrevoir la possibilité d'une réduction considérable de la consommation de carburant; en particulier,lors des vols " sans bang ", à Mach 0,95, au-dessus des territoires habités ou durant les attentes, lesdéroutements ou les approches à l'atterrissage, donc toujours en subsonique.

Malheureusement, laproduction du Concorde était déjà arrêtée et ce dérivé ne fut pas lancé… L'expérience, cependant, n'estpas perdue puisque son successeur reprendra le concept. Peu après, en mars 1981, la plus célèbre aile volante, la Navette Spatiale de la NASA, était mise surorbite, puis rentrait en planant dans l' atmosphère à 28 000 Km/h.

Cette opération risquée demandait de passer progressivement du pilotage par jet, indispensable dans l'espace, au pilotage aérodynamique par élevons et gouverne de direction, dès que l'atmosphère atteignait une certaine densité.

Le problèmeprincipal était alors de recontrôler son instabilité en lacet entre Mach 25 à Mach 2.

Il était, en effet,impossible de construire un empennage vertical suffisamment grand pour la rendre stable en lacet auxhypervitesses.

Enfin, il fallait aussi le stabiliser artificiellement en tangage lors de son approche vers le sol, à partir de Mach 0,9.

Les concepteurs avaient d'ailleurs imposé cette instabilité longitudinale afin de réduire la vitesse d'atterrissage,. »