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Les avions à décollage et atterrissage vertical
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VIII. Les "tilt-rotor".
Translate : in English in Spanish in German Création/Mise à jour : 26/09/2003
I. Les divers concepts de VTOL XIII. Les jets à tuyères orientables.
II. Emplois des VTOL. XIV. Les convertibles/X-Wing.
III. Les "tail-sitter" à hélice. XV. Avions à soufflante carénée.
IV. Tail-sitter à hélice carénée. XVI. Réacteurs de sustentation.
V. Tail-sitter à moteur-fusée. XVII. Types mixtes.
VI. Les "tail-sitter" à réaction. XVIII. Autres types de VTOL.
VII. Les projets de "tail-sitter" à réaction. XIX. Les VTOL du futur.
VIII. Les "tilt-rotor". XX. Annexe :
IX. Les "tilt-prop". XXI. Liste des ADAV.
X. Les "tilt-duct". XXII. Chronologie.
XI. Les "tilt-jet".
XII. Les avions à ailes soufflées

 

Focke Achgelis Fa 269

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Focke Achgelis Fa 269

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Focke Achgelis Fa 269

 

Avec le concept du convertible à rotors basculants disposés en bout d'ailes (les Tilt-Rotor), la transition entre le vol vertical et le vol de croisière est obtenue par pivotement continu de l'axe des rotors, de la verticale à l'horizontale, le rotor devenant une hélice « classique ». Un compromis est cependant à trouver sur la forme des pales, entre leur faible vrillage des profils en envergure, souhaitable en mode « rotor » et leur fort vrillage souhaitable en mode « hélice » pour avion. Ce compromis fit l'objet de nombreuses recherches, tout d’abord pendant la seconde guerre mondiale par Focke Achgelis :

Focke Achgelis Fa 269 :

Avec le début de la guerre en Europe fin 1939, le haut commandement allemand demande à l'industrie aéronautique un avion qui pourrait accompagner de près les troupes vers l'Ouest. Les avions existants, tels que le Messerschmitt Bf-109, n'étaient pas bien adaptés aux terrains d'aviation sommaires installés au fur et à mesure de l’avance des armées. La solution idéale pour les troupes d'assaut allemande était un avion de chasse qui pourrait décoller dans des champs ou sur des routes, et qui pourraient fournir soutien et protection rapprochée pour les troupes allemandes.

Focke Achgelis Fa 269

C’est pour répondre à ce besoin que, en 1940, le ministère de l'aviation allemand (RLM) commande à Focke-Achgelis le projet Fa-269. Focke Achgelis propose alors un des tous premiers projets d’avion convertible. L’appareil possédait deux grandes hélices propulsives de 4 mètres de diamètre montées à mi-longueur des ailes et actionnés par un moteur monté dans le fuselage. Le moteur entraînait les hélices par un mécanisme de transmission qui permettait également de les faire pivoter de 85 degrés, non pas vers le haut comme tous les autres convertibles, mais vers le bas pour servir de rotors. Une fois les hélices basculées vers le bas, l’appareil décollait verticalement comme un hélicoptère puis effectuait sa transition en pivotant les hélices vers une position horizontale.

L'avion pouvait atterrir de manière conventionnelle en cas d'urgence en ajustant la longueur des jambes de train de façon à avoir une garde au sol suffisante pour les hélices en position conventionnelle.

Focke Achgelis Fa 269

Le moteur BMW 132K à refroidissement à air était montés au centre de gravité du fuselage et actionnait les hélices de grands diamètres avec un système de transmission complexe. Le diamètre des hélices aurait été approximativement d’une demi-envergure d'avion. En position basculée, le plan des hélices était presque parallèle avec le sol quand l'avion était posé. Un train d'atterrissage de grande longueur, qui se rétractait dans le fuselage, était nécessaire en raison de la longueur des arbres basculant d'entraînement des hélices.

Des essais intensifs de soufflerie furent réalisés pour étudier le mouvement de transition des rotors à des vitesses s'étendant de 0 km/h à 600 km/h. Ces essais permirent de calculer la vitesse nécessaire pour fournir une portance avant de basculer les rotors en position horizontale et de juger de l’importance des forces centrifuges exercées sur les rotors.

Ces forces qui variaient constamment pendant la transition des hélices de la position verticale à la position horizontale, avaient un effet important sur la stabilité de l'avion. Pour cette raison le basculement des rotors devait être réalisé à la vitesse horizontale la plus faible possible.

Focke Achgelis Fa 269

 

Le Bell XV-3

 

L'armement devait se composer de canons Mk 103 ou Mk 108 montés latéralement dans le fuselage derrière le pilote, les munitions étant stockées dans le centre du fuselage. Un autre canon de 20 millimètres passait sous le siège de pilote. Il fut nécessaire de développer un système spécial pour éjecter les douilles des obus dans le dos de l'avion pour s’assurer qu’elles ne tombent pas dans les rotors si l’appareil faisait feu en vol stationnaire.

L'utilisation des armes était également problématique en raison des angles d'incidence élevés de l'avion en vol conventionnel ( + 13 degrés). La déviation des projectiles par la circulation d'air, l’attitude variable de la machine en fonction de la pression atmosphérique et de l’altitude de vol aurait sans doute rendu la visée difficile. Pour résoudre ces problèmes, les canons furent montés sur des vérins hydrauliques.

Ceux-ci étaient commandés en fonction de l’angle de l’appareil et permettaient de viser des cibles dans toutes les situations. L’appareil était équipé d’un système radio FuG 17 & FuG 25 et d'un altimètre précis pour l'atterrissage vertical.

La maquette du Focke Achgelis Fa-269 avait déjà été inspecté plusieurs fois par le RLM quand elle fut détruite dans un raid aérien sur l'usine Focke Achgelis de Hoykenkamp le 4 Juin 1942. La destruction de la maquette et des ateliers de travail et le manque de temps pour mettre au point le système de propulsion, les boîtes de transmission, les commandes et les mécanismes de pivotement, mirent fin aux études de cet appareil prometteur.

Les problèmes de stabilité au décollage et à l'atterrissage auraient été difficiles à résoudre et les ingénieurs et ouvriers spécialisés étaient affectés à des programmes beaucoup plus stratégiques.

Le Bell XV-3

 

Transition du Bell XV-3

 

 

Le Bell XV-3 :

Un des fondateurs de la firme Transcendental fut recruté au début des années cinquante par Bell pour diriger le programme Bell XV-3, qui démarrait dans le cadre d'un programme commun US Army/Air Force. Le XV-3 utilisait un moteur à piston Pratt & Whitney R-985 avec une boîte de vitesse manuelle à deux vitesses, semblable dans le principe à celle du Transcendental 1G. Le fuselage faisait 9.15 mètres de long et l’aile avait une envergure de 9.45 mètres.

L’appareil réalise son premier vol en mode hélicoptère en août 1955, mais sera détruit deux mois plus tard avant d'avoir pu accompli une transition complète. Des essais sérieux en soufflerie sont ensuite réalisés, surtout pour étudier le délicat processus de transition qui prenait environ 20 secondes. Les problèmes d'instabilité des rotors nécessitèrent le remplacement des rotors articulés à trois pales (et 7.01 mètres de diamètre) par des rotors semi-rigides à deux pales de 7.3 mètres de diamètre.

Le deuxième XV-3 fait son premier vol le 12 décembre 1958 et réalise une transition complète seulement 6 jours plus tard. Ces transitions pouvaient être réalisées en moins de 10 secondes. Cependant, la puissance insuffisante empêchait le XV-3 de voler verticalement hors effet au sol. Le XV-3 réalisera tout de même 110 transitions complètes et plus de 250 vols avant d’être endommagé lors d’un essai en soufflerie en 1965.

La validation en vol du concept a été ensuite remarquablement démontrée par la NASA avec le convertible expérimental Bell XV-15. Elle a ensuite fait l'objet d'un grand programme militaire américain, avec le transport convertible Bell-Boeing, V-22 Osprey.

Simultanément, les constructeurs européens d'hélicoptères ont travaillé sur un projet de transport civil : l'Eurofar, capable d'emporter 30 passagers sur 1000 km à 540 km/h. Aux Etats-Unis, Bell-Boeing a, de son côté, lancé un programme de convertible civil, le BA-609, pour 6-9 passagers.

Le Bell XV-3 en vol

 

Le Bell XV-3

 

 

 

Le Transcendental 1G :

La firme Transcendental Aircraft à Glen Riddle en Pennsylvanie fut le premier constructeur à réussir à faire voler un Tilt Rotor. Cette petite compagnie avait été créé en 1951 par d’anciens ingénieurs de Piasecki pour étudier les appareils convertibles. Le Transcendental 1-G, conçu par Mario Guerierri, était un petit avion expérimental à voilure haute avec moteur installé dans le fuselage et un train d'atterrissage tricycle fixe. Le pilote était assis dans un cockpit partiellement fermé situé en avant de l'aile. Le nez en plastique transparent donnait au pilote une visibilité comparable à celle d’un hélicoptère.

Un moteur Lycoming 0-290-A donnait une puissance de 160 chevaux. Le fuselage mesurait 7.9 mètres de long et l'aile en aluminium avait une envergure de 6.4 mètres. Les ailerons étaient entoilés. La masse à vide était de 655 kg et la masse au décollage de 790 kg. La vitesse maximale en mode hélicoptère était de 190 km/h et de 260 km/h en mode avion.

Un rotor à trois pales de 5.2 mètres de diamètre et entièrement articulé était monté sur chaque saumon d’aile. Les arbres de rotor pouvaient basculer d’une position verticale pour le vol sustenté vers une position horizontale (-6 ° par rapport à l’horizontale) pour le vol conventionnel. Ces rotors servaient donc de rotors classiques en vol stationnaire puis étaient basculés vers l’avant pour servir d’hélices tractives classiques Des moteurs électriques servaient à incliner les arbres de rotor lors des transitions.

Le Transcendental 1G

Les deux rotors gardaient le même angle d'inclinaison grâce à des arbres d’interconnexion et tournaient en sens inverse pour annuler le couple. Chaque rotor était relié à une boîte à deux vitesses qui permettait au pilote d'abaisser la vitesse de rotation pour le vol en mode hélicoptère. Cette boite était également reliée à un embrayage qui permettait aux rotors d'être mis en auto-rotation en cas de panne du moteur.

Avec la puissance maximale du moteur, les rotors tournaient à 633 tr/min comme hélices, et à 240 tr/min comme rotors. Trois arbres concentriques sortaient du dispositif de basculement des rotors, le premier entraînait le rotor, le deuxième commandait la variation cyclique et le troisième le pas collectif. Le temps nécessaire pour faire pivoter les rotors d’un angle de 82° était de 3 minutes.

Transcendental 1G

En 1952, le Wright Air Development Center de Wright-Patterson AFB attribue des contrats pour étudier les caractéristiques des rotors inclinables. Le premier contrat concernait la dynamique et les caractéristiques structurales du système de rotor. L’US Air Force attribue un deuxième contrat en 1953 pour étudier les problèmes mécaniques d'instabilité liés aux rotors inclinables.

Le premier vol sustenté eu lieu le 15 juin 1954, le premier vol en mode conventionnel, le 13 décembre 1954 et le premier vol avec rotors partiellement inclinés seulement quatre jours plus tard. En avril 1955, des conversions avec les rotors inclinés jusqu'à 35 degrés furent réalisées. Par la suite, le modèle 1-G a accompli de nombreuses transitions jusqu'à 70 degrés d'inclinaison des rotors, les ailes supportant alors plus de 90 % de la masse de l’appareil.

Le modèle 1-G fut détruit pendant un vol d'essai le 20 juillet 1955. Après une conversion pratiquement complète, le système de contrôle du pas collectif s’est rompu mettant brutalement l'avion en piqué. Le pilote essaya de rétablir la situation, mais n'avait pas assez d'altitude pour éviter le crash. L'appareil s’est renversé sur le dos avec des dommages irréparables.

Pendant sa brève carrière, le model 1-G a réalisé plus de 100 vols et 60 heures de vol. Il a démontré une excellente maniabilité, a atteint une altitude de 1060 mètres et une vitesse de 185 km/h en mode d'hélicoptère.

Un deuxième avion, le Transcendental model 2, devait voler vers la fin 1956. Transcendental avait reçu un contrat de l’US Air Force en mars 1956 et construit l’appareil en octobre de la même année. Comparé au modèle 1-G, il était plus solide et plus aérodynamique, mais avait la même configuration de base. L'habitacle accueillait deux personnes assises côte à côte. La puissance était fournie par un six cylindres Lycoming O-435-23 de 250 chevaux. L'aile avait une envergure plus grande de 0.3 mètres, mais le fuselage était plus court de 1.2 mètres. Les masses à vide et au décollage étaient de 708 kg et 1015 kg.

Transcendental model 2

Le développement du model 2 fut stoppé avec l’arrêt du financement par le Wright Air Development Center. Le Transcendental model 3 de 1957 était un projet extrapolé du Model 1G propulsé par deux turbines à gaz et pouvait emporter un équipage de deux personnes et six passagers mais son développement fut également stoppé au niveau de la planche à dessin.

Prochainement : Bell XV-15, V-22 etc...

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

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