MACH 5 ET PLUS
Les vitesses supérieures à Mach 5 sont dites : hypersoniques. Que se passe-t il lorsqu'on atteint de telles vitesses ?
y a-t-il une barrière, une limite, une séparation entre les vitesses supersoniques et hypersoniques comme c'est le cas entre le subsonique et le supersonique (mur du son) ?
Non, il n'y a aucun changement perceptible. Le choix de Mach 5 comme limite est arbitraire.
Tout simplement, un certain nombre de phénomènes qui éxistent en supersonique, prennent une importance croissante avec l'augmentation de la vitesse et deviennent prépondérents à plus de Mach 5.
Par exemple : l'échauffement cinétique.
Négligeable à vitesse subsonique, il entre en ligne de compte à vitesse supersonique mais reste maîtrisable (300° à Mach 2). A Mach 5, par contre, l'échauffement cinétique peut porter l'avion à des températures de l'ordre de 1000° !
Aux très hautes altitudes, la raréfaction de l'air réduit le frottement et donc l'échauffement, mais c'est l'alimentation en air des moteurs qui pose problème cette fois (trop peu d'air pour assurer une bonne combustion).
Toutefois, le principal problème lié aux moteurs d'engins hypersoniques est d'assurer une combustion supersonique ce qui est loin d'être évident.
En effet, dans tout moteur à réaction, l'air d'admission DOIT être subsonique, nous verrons, dans la partie moteur, comment on s'y prend pour ralentir l'air d'admission d'un avion supersonique et pourquoi ce n'est plus possible à vitesse hypersonique.
Pour combatre l'échauffement cinétique, on peut utiliser des matériaux réfractaires, et faire circuler un fluide de refroidissement dans l'épaisseur de la paroi de l'avion.
Le plus simple, dans ce cas, c'est d'utiliser un carburant stocké à très basse température qui circule dans l'épaisseur de la paroi en la refroidissant avant d'être injecté dans le moteur (hydrogène, par exemple).
C'est le système utilisé sur les moteurs fusées, pour refroidir le moteur cette fois (les moteurs fusées ont une double paroi dans laquelle le carburant circule avant son injection).
A très, très haute vitesse, ces précautions peuvent s'avérer encore insuffisantes.
Une autre particularité du vol hypersonique : la portance est essentiellement due désormais à l'onde de choc et la surpression qui se forment sous l'avion. L'écoulement est désormais si rapide, qu'il aurait bien du mal à suivre un profil bien bombé.
La déviation d'air vers le bas par effet coanda sur l'extrados n'est plus si évidente. A de telles vitesses, on peut voler sur le "coussin" formé par la zone de surpression sous l'avion. Sous le ventre de l'avion, l'air est comprimé à tel point qu'il a tendance à vouloir s'en échapper comme ceci :
Pour améliorer la portance, on tente de retenir cette surpression en repliant les extrémités d'aile comme ceci :
Déja, le prototype de bombardier très supersonique (un peu plus de Mach 3) XB70 utilisait ce système, alors qu'il n'était pas hypersonique.
La flèche d'aile d'un appareil hypersonique doit, de préférence, être très, très forte.
On parvient à concevoir des avions supersoniques qui affichent malgré tout de brillantes performances de manoeuvrabilité en subsonique (Rafale, Raptor, Su35, pour les meilleurs).
Mais les choses se compliquent s'il faut concilier ces performances avec la capacité d'atteindre des vitesses hypersoniques.
L'avion de combat capable d'exceller de 250 à 10000 km/h n'est sans doute pas pour demain.
Difficile d'imaginer un tel engin à l'aise à 500 km/h. Peut être pourrait-on essayer de grands canards rétractables ?!?
Le fait que la portance en hypersonique soit essentiellement due à la compression du flux sous l'engin, a amené à concevoir un type de dessin nouveau pour ces engins : le wave rider.
On pourrait traduire cela par : celui qui se déplace sur la vague ou sur l'onde.
En fait d'onde ou de vague, c'est celle qu'il crée lui même, sa propre onde de choc. Il s'agit alors, d'un engin parfaitement plat sur le dessus (le dessus n'influence pas la portance, dans ce cas), et oblique en dessous pour y comprimer l'air. Ca donne ça :
La version la plus connue ; le X43 :
On y retrouve le dos plat, la partie inférieure avant oblique pour obtenir compression et portance, et la partie arrière qui remonte formant entre elle et le flux d'air, le divergent de sortie du système de propulsion (on en reparlera avec le scramjet).
Voilà, ici se termine la partie dédiée à l'aérodynamique. Nous allons maintenant parler un peu du principe de l'action et de la réaction. Nous l'illustrerons avec les principes de la fusée, puis nous enchaînerons sur la propulsion des engins volants en général.
