Le principe de la famille VTOL des « tail-sitter » consiste à faire décoller et atterrir un appareil avec le fuselage posé verticalement sur le sol, d’où la désignation « tail-sitter ». Cette famille peut se décomposer en trois ou quatre branches suivant la motorisation utilisée : des hélices carénées (C1, Heinkel « Wespe ») ou non carénées (Bl, Convair XFY-1), un réacteur (Dl, Ryan X-13) ou encore un moteur-fusée pour le premier « tail-sitter » du monde, le Bachem Ba-249 Natter, bien que ce dernier ne fut pas un VTOL mais un VTO puisque l’appareil n’était que partiellement récupéré à l’issu de la mission.

Le principal avantage de cette formule est la simplicité puisqu’il suffit de poser l’avion sur la queue pour en faire un VTOL. La formule demande une puissance énorme puisqu’il faut un rapport masse/puissance inférieure à 1 pour décoller et poser l’appareil en douceur et elle ne pourra être testée avant l’avènement de turbomoteur à la fois très puissant et léger. Le principal inconvénient est cependant la difficulté de pilotage pour l’atterrissage qui fait des « tail-sitter » des concepts quasiment inutilisables en opération.

Le Convair XFY-1 et le Ryan X-13 ont certes réussi à décoller, puis à effectuer une transition laborieuse avec fuselage basculé à l'horizontale, mais la transition retour et l'atterrissage en « marche arrière » nécessitait un pilote d’essai exceptionnel. Le Lockheed XFV-1 et le C-450 n’ont d’ailleurs jamais réussi de transition et ces concepts dangereux ont rapidement été abandonnés.

Historiquement, le premier appareil sérieux utilisant le principe « tail-sitter » à hélice est le Focke-Wulfe triebflugel. Ce projet, conçu par Heinz von Halem en Septembre 1944, présentait des caractéristiques très inhabituelles. L'appareil était un chasseur à décollage vertical reposant sur les empennages arrières et obtenait sa poussée ascensionnelle d’une grande hélice à trois pales (on peut aussi l’appeler un rotor !) en rotation autour du fuselage.

Ces ailes rotatives étaient positionnées approximativement à un tiers de la longueur du fuselage à partir du nez de l'appareil. Aucun couple de rotation n'était transmis au fuselage par les ailes étant donné que celles ci étaient propulsées par trois statoréacteurs montés aux extrémités. En dessous de la vitesse de fonctionnement des statoréacteurs (300 km/h) , les ailes étaient mises en rotation par trois boosters Walter (300 kg de poussée) montés en interne dans les nacelles des statoréacteurs.

Le Triebflugel reposait verticalement sur le sol, supporté par ses quatre empennages qui comportait chacun un train escamotable à une roue à son extrémité. Le train principal comportait une seule roue, situé à la base du fuselage, pendant le vol, les roues étant rentrées dans des nacelles. Le pilote était logé dans un cockpit qui comportait une canopée en forme de bulle. L'armement était monté dans le nez et consistait en deux canons MG de 20 mm et deux autres MK de 30 mm.

Pour le vol horizontal et en absence d'une voilure conventionnelle, la portance était générée par le principe de la "radial lift force" (voir explication de ce phénomène dans l'article sur le Curtiss-Wright X-100) et les surfaces mobiles arrières devait être abaissées légèrement pour participer à la poussée ascensionnelle. Bien sûr, le pilotage d’un tel appareil aurait été très difficile en condition opérationnelle et l’avion ne dépassa pas le stade des études et tomba dans l’oubli pendant quelques années jusqu’à ce que les firmes américaines Lockheed et Convair récupère le principe pour leur propre « tail-sitter » à la fin des années 40.

Les Tail-sitter de la Navy : (Voir aussi dossier sur la chasse verticale)

L'Air Force et la Navy avaient commencé, en 1947, à étudier en commun la possibilité d'obtenir des avions de combat à décollage et atterrissage vertical. Toutefois, les moteurs alors disponibles n'étaient pas en état de fournir la puissance nécessaire puisque les turboréacteurs contemporains avaient une poussée maximale de 3000 kgp seulement et consommaient, au décollage, plus d'un kilo de carburant par kilo de poussée ; d'autre part, les moteurs à pistons les plus puissants étaient peu fiables et trop lourds et rendaient aléatoires le développement d'avions VTOL.

Ce fut la mise au point des turbopropulseurs, combinant la simplicité, le poids relativement réduit et la fiabilité des turboréacteurs avec une puissance équivalente à celle des plus gros moteurs à pistons, qui permit enfin d'entrevoir une solution, En particulier, le turbopropulseur T40 (version, à deux T-38 jumelés, utilisée entre autres sur le Douglas XA2D-1 Skyshark) de 5000 à 6000 chevaux entraînant des hélices coaxiales, apparut comme la solution idéale à la motorisation des premiers VTOL américains.

Convair et Lockheed proposèrent alors des VTOL de formule « tail-sitter ». Le 31 mars 1951, Convair obtenait un contrat pour deux XFY-1, et, le 19 avril 1951, Lockheed recevait à son tour une commande pour deux XFO-1 (premier nom du XFV-1).

Contrairement à Lockheed, Convair avait retardé les essais de son XFY-1 afin de pouvoir utiliser le YT40-A-14 de 7100 chevaux et entreprendre un programme expérimental prudent. Celui-ci commença dans un des vieux hangars à dirigeables de NAS Moffett où un système de poulie et de contrepoids permit les essais de décollage vertical sous le toit de 56 m de hauteur.

Retenu par des câbles limitant ses mouvements latéraux, le XFY-1 fit, à partir d'avril 1954, soixante-neuf vols sur place à quelques mètres au-dessus du sol du hangar et permit ainsi à son pilote, J.F. "Skeets" Coleman, de se familiariser avec ses caractéristiques. Cela fut suivi par de brefs essais à l'extérieur du hangar durant lesquels, libéré de ses câbles, le XFY-1 joua à l'ascenseur et atteignit environ 50 m d'altitude, le 3 août 1954.

Finalement satisfait, "Skeets" Coleman convainquit Convair que les essais du XFY-1 pouvaient enfin être entrepris sans limites et à cette fin, l'appareil fut transporté au terrain de Brown Field, près de San Diego et des usines de Convair. C'est la que, le 4 novembre 1954, Coleman réalisa une première mondiale en effectua la première transition complète au cours de laquelle le XFY-1 décolla verticalement, vola en croisière pendant vingt minutes et revint se poser à la verticale.

Toutefois, malgré ce succès, le XFY-1 resta à l'état de prototype et ses essais se terminèrent au cours de l'année 1955. Son rival de Lockheed ne put lui jamais réaliser de transition en l’absence d’un modèle d’YT-40 suffisamment puissant.

En URSS, Boris Yuryev présenta en 1946, les projets KIT-1 et -2, des « tail-sitter » (avec un moteur à piston VK-108) semblable au Convair XFV-1 mais qui ne dépassèrent pas le stade de la planche à dessin.

Sources :

1) X-planes de Jay Miller
2) Les avions Vought de Bernard Millot
3) Les avions de combat Français de Jean Cuny
4) British Secret Projects de Tony Buttler
5) X-Planes de H. Cowin
6) Curtiss X-Planes de F.H. Dean
Sites web :
V/STOL: The First Half-Century
VTOL/ADAV:Les appareils à décollage et atterrissage verticaux
GERMAN VTO & HELICOPTER PROJECTS OF WORLD WAR II