L’aile à flèche inverse, Grumman X-29

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L’aile à flèche inverse, Grumman X-29

Messagepar vigi » Mer 30 Jan 2013 21:08

Grumman X-29, l’aile à flèche inverse, raison d’être, avantages et inconvénients:

Lorsque l’on évoque l’aile en flèche inversée, pour ceux qui s’intéressent un peu au sujet, on pense immédiatement au Su-47 Berkut russe ou au Grumman X-29 américain. Tout deux étant des appareils de recherches avancées ou au mieux des démonstrateurs étroitement liés à un bureau d’études aérodynamique.
Mais l’aile en flèche inverse est plus ancienne que cela puisque le premier appareil ayant bénéficié est un bombardier à réaction allemand de la fin de la Seconde Guerre Mondiale, le Junkers 287.
A cette époque, ce n’est pas trop sur le domaine de la performance que les chercheurs de l’Allemagne Nazie recherchaient, mais sur celui de la stabilité en vol.
En effet, en équipant ce bombardier d’une aile à flèche inverse, ils déplaçaient le centre de gravité de l’appareil vers le centre de la soute à bombe. Soute prévue pour l’emport d’une seule et unique bombe de 4 tonnes. On comprend rapidement que lors du largage d’un tel engin, en cas de centre de gravité décalé (vers l’avant ou l’arrière), le pilote aurait dû rapidement compenser au manche ce transfert de masse. Avec l’aile à flèche inversée, ce problème était supprimé.
Ce concept sera reprit après-guerre en RFA (Allemagne de l’Ouest), pour l’appareil de transport civil HFB-320 Hansa. Le but étant, dans ce cas, d’optimiser la charge utile, à savoir le transport de passager, par rapport à la stabilité en vol (et donc la consommation de carburant) de l’appareil.
L’affaire de la flèche inversée va en rester là, voir même, elle va repartir dans les tiroirs poussiéreux des bureaux d’études.
Il faut attendre 1975 pour le dossier retombe sur la table d’une salle de réunion… Au DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency) pour être précis, avec le projet X-29.
Nous sommes juste à la sortie de la guerre du Viet-Nam, et les USA doivent se rendre à l’évidence, les espoirs mit dans le F-4 Phantom II pour damer le pion aux MiG-15, 17 et 21, sont à des années lumières de leurs espérances. En dehors de la foi inébranlable voué aux missiles AIM-9 Sidewinder et AIM-7 Sparrow, le F-4 est incapable de maintenir le combat tournoyant face aux agiles chasseurs soviétiques.
Le Phantom II est à la hauteur de son surnom… Une brique. Trop gros, trop lourd, il ne peut manœuvrer serré à basse vitesse et lorsqu’il engage le combat, c’est les gaz à fond avec un cube d’évolution qui n’a rien à envier à l’espace aérien du Texas.
Le DARPA doit donc plancher sur des concepts permettant une haute manœuvrabilité à vitesse subsonique et transsonique, l’enveloppe de vol est d’ailleurs rapidement fixé entre Mach 0,9 et 1,2. Ce qui est à l’époque le secteur dans lequel évolue tous les chasseurs en service dans le monde.
L’aile à flèche inverse revient donc, mais pour un besoin de performance aérodynamique et non plus pour une gestion des masses et centrages.
Le DARPA sélectionne alors Grumman pour concevoir l’appareil.
Pour des raisons de maitrise des coûts, l’avionneur va utiliser un fuselage avant Northrop F-5, le train d’atterrissage et les servocommandes du F-16 ainsi que le réacteur F-404 du F-18.
En plus de l’aile à flèche inverse, le DARPA va en profiter pour tester d’autres concepts qui ne vont pas être étudiés dans ce sujet, à savoir :
-les commandes de vols électriques triplées (trois circuits de commandes)
-les empennages canard
-les surfaces portantes en composites Ă  profil variable

La voilure en flèche inversée du X-29 :
Cette voilure est revêtue d’une « peau » en carbone et dispose d’une flèche de 30° orientée vers l’avant. Le reste de la structure de la voilure est en aluminium et en titane pour les parties chaudes.
Dans le cas du X-29, le but de l’aile à flèche inversée est unique :
-Réduire la trainée transsonique.
Petit rappel sur l’aile en flèche.
Le but de ce concept de voilure est de maintenir sur l’aile un flux subsonique dans le sens de la corde de la voilure et cela, dans une enveloppe de vol aussi large que possible.

Avec l’aile en flèche inverse, ce concept est maintenu, mais en plus le contrôle latéral est amélioré, car les filets d’air ne partent pas vers l’extrémité de la voilure comme sur une flèche classique, où ils génèrent les tourbillons vortex, qui finissent par altérer la stabilité de l’appareil.
Sur l’aile à flèche inverse, ces flux sont ramenés vers le fuselage, ainsi plaqué contre ce dernier, ils ne se détériorent plus et les élevons situés en sortie de voilure du X-29, couplé aux commandes de vol électrique (et à l’ordinateur de vol), complètent ce concept qui permettent au X-29 d’afficher une stabilité jamais atteinte à cette époque (le X-29 ayant débuté son programme en Janvier 1981).
Mais, avec le X-29, le DARPA va révéler d’autres avantages avec l’aile à flèche inverse :
-une réduction de la trainée supersonique
-un accroissement de la maniabilité aux vitesses basses
-une diminution notable du départ en vrille et de la vitesse de décrochage, avec un angle d’attaque qui dépasse les 80°
-une diminution des contraintes en flexion de la voilure, en particulier sous fort facteur de charge.
-une diminution de la zone de manœuvre de l’appareil en combat aérien
-les effets de l’onde de choc supersonique sont fortement diminués par rapport à une aile à flèche classique, ce qui permet à la voilure une pression nettement plus élevée.

Il reste par contre un point à ne pas négliger.
L’aile à flèche inversée est d’une très grande stabilité, mais sur le X-29, avec les empennage canard, et un profil laminaire variable, elle donne obligatoirement un appareil instable, le X-29 ne pouvait donc évoluer sans l’assistance d’un ordinateur de vol. En cas de panne de ce dernier, le pilote n’avait d’autre choix que de s’éjecter. Le prototype ne répondant à aucune gestion du vol classique et « humainement » compréhensible.

Avec le développement des commandes de vols électriques et l’accroissement de la manœuvrabilité des appareils qui s’en suivi, le concept de l’aile en flèche inverse perdu de son intérêt pour une exploitation sur un avion de combat produit en série.
L’amélioration des capacités des missiles air-air et l’avènement de la furtivité finirent d’enterrer ce concept, qui est finalement reparti d’où il venait… Dans les cartons poussiéreux, coincé entre l’autogire de combat et l’hydravion de chasse à réaction.

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Source image: wikimédia

Sources:
Entretien avec le Major H.C. Walker, chef pilote du programme X-29
Flight International FĂ©vrier 1985
Entretien avec Chuck Sewell Salon du Bourget 87
----When you're out of F-8's you're out of fighters----
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