L'HYPERMANOEUVRABILITE

Dès la première guerre mondiale, la nécessité, pour les avions de combats, de pouvoir bien manoeuvrer est apparue comme une évidence. L'avion le plus manoeuvrable avait plus de chances d'échapper à un poursuivant, et plus facile à trouver une position de tir. C'est pourquoi, certains avions sont devenus légendaires, presqu' uniquement grâce à leur manoeuvrabilité, entre autres: le Fokker triplan

ou le Spitfire

Après la seconde guerre mondiale, éclate la guerre de Corée, au cours de laquelle vont, pour la première fois, s'affronter de chasseurs à réaction.

Des Mig15 de fabrication soviétique seront opposés à différents chasseurs occidentaux dont les célèbres F86 Sabre.

Le Mig15 se révèlera plus rapide, surtout en montée, que le F86.

Les difficultés issues de ce déficit de vitesse et de rapport puissance/poids entrainera les pilotes américains à réclamer, pour les futurs chasseurs, que la vitesse soit une priorité.

En outre, le développement des missiles air-air guidés persuadera les décideurs que le combat aérien traditionnel est appelé à disparaitre.

L'avenir semblait donc être à l'interception à très haute vitesse réalisée avec des missiles chargés de faire les manoeuvres eux-même. C'est de cette optique que naîtra le F104, très rapide mais pas manoeuvrant pour 2 sous.

D'une certaine manière, la conception du Mirage 3 a été influencée aussi par cette idée.
En effet, l'avion delta pur (c'est à dire: sans gouverne de profondeur séparée de l'aile) est très nettement optimisé pour les hautes vitesses.

La très (trop) courte distance entre les élevons (gouverne de profondeur placé au bord de fuite de l'aile delta), et le centre de portance produit un petit bras de levier.
Ce petit bras de levier implique une plus grande force de la part de la gouverne pour faire pivoter l'avion.
Cette plus grande force implique un plus fort braquage de la gouverne, entrainant une trainée aérodynamique plus grande que sur les avions traditionnels (avec gouverne de profondeur à la queue).

La conséquence principale de ceci, c'est que les avions deltas perdent plus de vitesse que les autres dans les manoeuvres serrées....à basse vitesse.
A haute vitesse, la force aérodynamique éxercée par l'air sur la gouverne de profondeur (les élevons pour un delta) est déja suffisante pour faire pivoter l'avion alors que le braquage des élevons est très faible.

Sur le dessin suivant, on peut voir le rapport entre la force qui fait pivoter l'avion (la déportance) et la trainée aérodynamique par rapport à la vitesse.

Le dessin de gauche représente le fonctionnement à haute vitesse, et le dessin de droite, le fonctionnement à basse vitesse.

Le mirage 3 est donc bien optimisé pour les hautes vitesses, mais avec l'avantage sur le F104 de présenter une très bonne manoeuvrabilité aux vitesses élevées (et sans trop de perte de vitesse cette fois).

Lors de la guerre du Vietnam, les difficultés rencontrées par les pilotes américains, aux commandes de leurs F4 Phantom, face aux très agiles Mig21 ont remis la manoeuvrabilité au goût du jour.

Tout compte fait, les missiles guidés ne font pas tout. Manoeuvrer bien permet d'obtenir plus vite et plus facilement une position de tir (un missile ne peut trouver sa cible sous n'importe quel angle), et, plus rarement mais c'est important quand même, manoeuvrer peut permettre d'échapper à un missile.

Cette fois, la manoeuvrabilité que l'on exigerait d'un futur chasseur devrait s'étendre à la plus grande partie du domaine de vol de l'avion, et donc pas seulement aux hautes vitesses, par exemple.

C'est de cette nouvelle optique que naîtra le F16, vainqueur d'une compétition avec le prototype YF17, qui après tranformation, deviendra le F18.

La recherche de la manoeuvrabilité maximum est à l'origine du développement des commandes de vol électriques associée à un équilibrage particulier des avions donnant un couple cabreur.

Cela signifie que le centre de gravité de l'avion se trouve en arrière du centre de portance (voir la page: les avantages du couple cabreur et les deltas).
Cette configuration donne à l'avion une plus grande maniabilité et moins de trainée. Le F16 fut le premier à utiliser cette technique, qui, aujourd'hui est généralisée à presque tous les nouveaux avions de combat.

Cette technique est aussi particulièrement bien adaptée aux avions deltas puisqu'elle supprime leur principal défaut: la plus grande trainée en virage serré à basse vitesse, leur offrant alors une exceptionnelle manoeuvrabilité. C'est le cas du Mirage 2000, et plus encore du Rafale dont les canards actifs accroissent encore la manoeuvrabilité (voir la page: les canards).

La recherche de manoeuvrabilité passe aussi par la possibilité de voler sous de très, très grands angles d'attaque. En effet, bien que les avions destinés au combat aérien soient conçus avec une surface d'aile assez grande (leur charge alaire se situe souvent autour de 300 kilos par mètre carré, voir moins), ce qui est nécessaire pour obtenir une grande portance afin de bien manoeuvrer, on leur demande, en plus de pouvoir manoeuvrer à des vitesses si basses que seule la possibilité d'atteindre des angles d'attaque très importants rend la chose possible.

Le risque avec les grands angles d'attaque c'est le décrochage (voir la page: la couche limite et le décrochage).
Pour éviter le décrochage aux grands angles d'attaque, les avions de combat sont équipés soit d'apex, soit de canards (voir les pages: les inducteurs de vortex et les inducteurs suite).
Les ailes en flèche décrochent d'abord à leur extrémité, c'est à dire que le décrochage survient d'abord aux endroits les plus en arrière de l'aile (voir la page: les profils plats et les ailes en flèche). Cela peut poser problème car c'est précisément aux extrémités des ailes que se trouvent les ailerons qui commandent le roulis.

Si l'aile décroche à cet endroit, les ailerons perdent leur efficacité, le contrôle en roulis n'est plus possible, et l'avion peut partir en vrille.

Pour éviter cela, on peut faire en sorte que le décrochage commence non pas à l'extrémité de l'aile, mais à son emplanture, là où il n'y a pas d'ailerons. Il suffit pour cela d'inverser la flèche d'aile, et ça donne ça:

L'avantage de la flèche inverse, c'est la possibilité de conserver le contrôle en décrochage, l'inconvénient, c'est l'obligation d'avoir des ailes d'une rigidité absolue.

En effet, en cas de flexion des extrémités des ailes due à de fortes contraintes sur un avion traditionnel, la portance diminue à cet endroit, et l'aile se redresse car elle subit alors moins de contrainte. Par contre, sur un avion à flèche inverse, toute flexion de l'extrémité de l'aile se traduit par une augmentation de la portance à cet endroit (par augmentation de l'angle d'attaque), provoquant, à son tour une augmentation de la contrainte sur l'aile qui flèchit d'avantage, et ainsi de suite jusquà la rupture.

C'est la raison pour laquelle les avions à flèche inverse ne sont apparus qu'après l'invention des matériaux composites à la fois légers et parfaitement rigides, alors que les avantages de la formule etaient déja connus à l'époque de la seconde guerre mondiale.

La flèche inverse est-elle l'unique voie permettant de contrôler un avion au delà du décrochage ?

Non, surtout si l'on utilise la poussée vectorielle dont allons parler, mais même sans cette poussée vectorielle, les russes avaient déja montré que des avions traditionnels très bien conçus étaient capables de certaines manoeuvres au delà du décrochage.

C'est le cas, par exemple, du cobra de Pougatchev qui consiste à cabrer son avion jusqu'à un angle d'attaque de 110° !!!, c'est à dire loin, très loin au delà du décrochage (un avion "normal" ne peut dépasser 20 à 25° d'angle d'attaque (et encore je suis généreux), sans décrocher).

Après avoir ainsi cabré son avion, le pilote le bascule vers l'avant pour reprendre un vol normal, en ayant perdu, au passage énormément de vitesse. Le but d'une telle manoeuvre serait de donner un coup de frein tel qu'un ennemi placé derrière et prêt à tirer passerait obligatoirement devant.