Rockwell MBB X-31

Rockwell MBB X-31
Taper:	Avion expérimental
Pays de conception :	États Unis États Unis Allemagne Allemagne
Fabricant:	* Rockwell International Messerschmitt-Bölkow-Blohm
Premier vol:	11 octobre 1990
Mise en service :	Les essais en vol se sont terminés en 2003
Nombre de pièces:	2

Le X-31 était un avion expérimental à faisceau unique issu d'une coproduction américano - allemande . L'avion basé sur le projet d'avion de combat tactique 90 (TKF-90) a été utilisé pour des tests pratiques du contrôle du vecteur de poussée pour les vols au-delà de l' angle d'attaque dynamique maximal . Le concept de pouvoir continuer à voler de manière contrôlée même après avoir atteint l'angle d'attaque maximal ( technologie anglaise de post- décrochage (PST) ) a été inventé par Messerschmitt-Bölkow-Blohm à la fin des années 1970 et avait pour but d'augmenter le manœuvrabilité des futurs avions de combat. MBB et surtout le chef de projet et "père du X-31", Wolfgang Herbst, ont vu ce qu'ils ont appelé la supermaniabilité comme une réponse aux nouveaux missiles air-air à courte portée à guidage infrarouge qui peuvent désactiver les cibles de n'importe quel angle, et non plus seulement par derrière. Le gestionnaire de programme Robinson a souligné que le projet X-31 était l'un des rares à avoir un flux de technologie inversé pour les États-Unis , ce qui signifie que les États-Unis bénéficieraient des connaissances des autres, ce qui, à ce jour, n'a été réalisé qu'à plus grande échelle grâce à évaluation systématique la haute technologie du Troisième Reich (dans le projet Paperclip ) avait réussi à transférer un savoir-faire considérable de l'Allemagne aux États-Unis.

Le X-31 a été le premier avion X des États-Unis à être développé en coopération internationale, le premier avion de chasse dont le contrôle vectoriel de poussée (SVS) a permis de contrôler les mouvements autour des axes de tangage et de lacet, et le premier à être fabriqué exclusivement avec le manche de commande pourrait être piloté. Lorsqu'une nouvelle section d'essai a été reprise après la réactivation du X-31 après une pause de quatre ans (stockée à Palmdale , Californie), les vols d'essai qui étaient pratiquement sans stabilisateurs verticaux étaient également les premiers dans lesquels un avion a atteint une vitesse supersonique sans l'effet stabilisateur d'un stabilisateur vertical. De plus, un système audio 3D et un affichage de cible virtuelle utilisant la réalité augmentée ont été testés. En même temps , faisaient partie du groupe de travail RTO de l' OTAN 27 sondages d'opinion parmi les pilotes expérimentés sur les thèmes de la 3D poussée vectorielle , 12 g - enveloppe de vol , visière et G-charges négatives casque effectué des tests pour évaluer l'utilité de ces concepts.

Le déploiement a eu lieu le 1er mars 1990, le premier vol le 11 octobre de la même année. Deux avions ont été créés, dont l'un s'est écrasé lors des essais. Les Américains n'ont utilisé le X-31 que pour des expériences générales, telles que des attaques air-sol dans le programme JAST , et l' US Navy s'intéressait aux avantages du contrôle vectoriel de poussée (SVS) lors de l'atterrissage sur des porte-avions. L'Allemagne et d'autres pays qui souhaitaient participer au programme X-31, quant à eux, souhaitaient mettre en œuvre le contrôle vectoriel de poussée (SVS) dans l' Eurofighter Typhoon et le Saab 39 Gripen et utiliser le X-31 comme avion d'essai pour la tuyère. et moteur. Par exemple, le moteur Eurojet EJ200 avec tuyère à vecteur de poussée devait être installé et piloté dans le X-31 dans le cadre d'un accord germano-espagnol-américain ; cependant, pour diverses raisons, cela ne s'est pas concrétisé.

histoire

Le concept

MBB et Rockwell travaillaient sur une conception conjointe d'avions de combat très agiles depuis 1981. Après que MBB ait quitté le projet EAP , un accord a été conclu avec Rockwell en 1982 pour poursuivre le concept de super maniabilité. MBB avait déjà modifié un Saab 37 avec Saab pour démontrer le découplage de la trajectoire de vol et de l'alignement du fuselage. MBB a présenté le concept à la Luftwaffe en 1983, mais cette dernière a décidé de ne pas l'intégrer à l' European Fighter Aircraft (EFA) en raison de son immaturité technique . MBB a ensuite encouragé Rockwell à rechercher un financement auprès de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Rockwell a ensuite soumis des plans non sollicités pour un avion d'essai Supernormal Kinetic Enhancement (Snake) en 1983. A partir de novembre 1984, des recherches ont été menées pour fabriquer un avion expérimental peu coûteux sur la base de ces découvertes. L'avion était censé faire la démonstration de la commande de vol après un décrochage, sur laquelle MBB travaillait depuis des années, afin de l'intégrer plus tard dans l'EFA. En novembre 1984, la DARPA a confié une étude de faisabilité à Rockwell, qui à son tour impliquait MBB en tant que sous-traitant. En 1985, les sénateurs ont lancé Sam Nunn et Dan Quayle , l' Initiative de recherche et de développement coopérative Nunn-Quayle de l'OTAN , qui a été approuvée en 1986 par le Congrès américain.

L'Allemagne et les États-Unis ont alors signé un protocole d'accord en mai 1986 , qui a lancé la phase de conception qui a duré jusqu'en septembre 1987. En septembre 1986, la DARPA a attribué un contrat préliminaire pour un an de travaux de développement. Les relations se sont maintenant stabilisées alors que les négociations étaient menées directement de gouvernement à gouvernement. La DARPA était chargée de gérer la commande, le chef venait de l'US Navy, son adjoint du ministère fédéral de la Défense . MBB et Rockwell ont conclu un accord qui réglementait les partages de travail et les responsabilités : la vitesse d'atterrissage était basée sur les porte-avions. En février 1987, la désignation officielle X-31 a été donnée au projet. Il s'agissait du premier avion X des États-Unis à être développé dans le cadre d' une coopération internationale. Le coût de la construction de deux avions X et leurs tests ont été réalisés avec 75 millions de dollars américains estimés. La part de MBB de 20% a été prise en charge par l'État allemand, Rockwell a obtenu ses coûts financés par l'Initiative Nunn Quale. En 1987, les essais débutent avec les sorties moteurs aux États-Unis. En septembre 1987, la conception a été finalisée et la fabrication a commencé.

Un an plus tard, en 1988, le projet doit surmonter son premier obstacle : le Sénat américain est gêné par la répartition 80/20 de la charge de travail et refuse les fonds. Le Pentagone a alors écrit une lettre au Sénat indiquant que les États-Unis avaient invité l'Allemagne à participer au projet et qu'un retrait embarrasserait les États-Unis. MBB avait déjà réalisé une aile composite, l'autre était en cours de réalisation. Le Sénat a finalement débloqué 47,3 millions de dollars pour les 22 prochains mois et les 12 premières heures de vol d'essai peu avant la fin.

Début 1989 la date du premier vol était fixée à novembre/décembre 1989, le deuxième engin était censé décoller trois mois plus tard. En janvier 1991, il devait y avoir 300 heures de vol en 400 vols. La moitié des vols doit étendre le domaine de vol conventionnel , l'autre moitié après un décrochage. La première série d'essais devait avoir lieu à Rockwell à Palmdale, en Californie (US Air Force Plant 42). L'application tactique devait être démontrée à la base aéronavale de Patuxent River , car les capacités de suivi de la base aérienne de Nellis étaient disponibles à proximité. Les gouvernements américain et allemand ont exigé que le projet avance rapidement afin de démontrer les avantages tactiques des manœuvres d'automne et autres. L'évaluation tactique doit être effectuée d'abord contre des cibles générées par ordinateur, puis contre l'autre X-31 sans contrôle de vecteur de poussée actif, puis contre l'avion agresseur.

Essais de manœuvre

Début 1989, l'assemblage final du premier X-31 était en cours. Le déploiement du premier avion a eu lieu le 1er mars 1990. Le premier vol devrait avoir lieu fin avril, et le deuxième X-31 devrait être prêt en juin. Le logiciel de commande de vol était presque terminé et a été testé dans un simulateur de vol en Californie par les pilotes d'essai de MBB et Rockwell à un angle d'attaque (AOA) allant jusqu'à 70 ° . Le développement a eu lieu en parallèle en Allemagne de l'Ouest et aux États-Unis, les données ont été échangées via des modems . L'utilisation excessive de composants éprouvés a permis de réduire le coût de construction des deux X-31 au niveau de deux F-16. Afin de pouvoir se passer de tests de rupture sur un Iron Bird , toutes les charges ont été surdimensionnées de 110 %, ce qui a également permis une certification rapide - l'Allemagne les ailes et le contrôle vectoriel de poussée, le reste des Etats-Unis.

Le premier vol a été reporté à la mi-juin en raison de considérations de sécurité non précisées. En fin de compte, le vol inaugural avec le pilote d'essai de Rockwell, Ken Dyson, a eu lieu le 11 octobre 1990, avec cinq mois de retard en raison d'un réglage fin du système de pilotage électrique. Le programme d'essais devrait maintenant être achevé en 1992. Le 23 avril 1992, après un long intervalle de maintenance, le premier vol a eu lieu au Dryden Flight Research Center de la NASA , après que les deux X-31 y aient été déplacés. Ici , le domaine de vol devrait être élargi pour être transféré à la rivière NAS Patuxent au début de 1993 . Les exercices de combat devraient commencer là. En mai 1993, les vols d'essai de décrochage sont terminés. Les premiers combats d'essai contre des avions de combat conventionnels étaient prévus pour décembre.

En octobre 1993, il a été annoncé que le stabilisateur vertical devrait être retiré lors des vols d'essai en 1994 afin de réduire la résistance de l'air et la signature radar. Une autre raison était que sur les vols avec un angle d'attaque de plus de 40 °, le gouvernail était inutile, et à partir de 45 °, le gouvernail était également inutile. Avant de retirer le stabilisateur vertical, l'effet d'un gouvernail plus petit a d'abord été étudié en programmant le gouvernail pour qu'il soit déstabilisant et l'effet a dû être compensé au moyen d'un contrôle vectoriel de poussée (SVS). L'objectif était une variante quasi-verticale sans stabilisateur, dans laquelle seule la racine du stabilisateur devrait rester. Le projet visait à étudier l'utilité du contrôle vectoriel de poussée (SVS) en vol supersonique. À cette fin, le mur du son devait être franchi pour la première fois en janvier 1994. Les tests de combat contre les F-18 étaient prometteurs jusqu'à présent, et des manœuvres telles que Pitch Reverse, J-Turn et Helicopter Gun Attack ont ​​été évaluées. Le 17 mars 1994, le premier vol avec le stabilisateur vertical neutralisé est effectué et Mach 1,2 est atteint. C'était la première fois qu'un avion sans l'effet stabilisateur d'une queue verticale atteignait une vitesse supersonique. La signature radar, la résistance à l'air, la consommation de carburant et le poids ont été cités comme des avantages.

Au début de 1994, DASA, qui était responsable des lois de contrôle du système de contrôle de vol Eurofighter, a travaillé à l'intégration de parties des lois de contrôle du X-31 dans le projet Eurofighter. L'Allemagne a fait campagne pour équiper plus tard l'Eurofighter d'une technologie de vecteur de poussée pour augmenter la valeur de combat. Eurojet Turbo a souligné qu'il ne s'agissait pas d'une exigence officielle, mais que MTU l'avait annoncé. Dans le même temps, d'autres vols sans stabilisateurs verticaux ont été annoncés. Au début de 1995, le consortium Eurofighter a rejeté le développement d'un système de contrôle de vol alternatif (FCS) basé sur le X-31. Bien que techniquement réalisable, le FCS actuel répondait aux besoins et aux exigences de l'avion. On craignait qu'un changement radical à ce stade entraîne des dépassements de temps et de coûts.

Au tournant de l'année 1994/1995, le programme X-31 connaît des difficultés financières : l'Allemagne accepte de prendre en charge 45 millions de dollars américains, soit 50 % des coûts d'un programme de test de suivi, qui est rejeté par les États-Unis. De plus, le pilote d'essai Karl Lang, qui a pu se sauver avec le siège éjectable, s'est écrasé avec son X-31 le 19 janvier 1995. L'enquête préliminaire sur l'accident menée par Rockwell et DASA a suspecté le givrage du tube de Pitot comme cause. La vitesse était affichée de manière incorrecte, puis des oscillations autour de l'axe de tangage se sont produites. Le briefing a également été critiqué car Lang n'a pas été informé avant le vol que le système de chauffage Pitot avait été retiré pour des ajustements.

Au salon du Bourget 1995

Pendant ce temps, la deuxième machine a été déplacée à Manching le 23 mai 1995 dans un Lockheed C-5 Galaxy pour participer au salon du Bourget . L'Allemagne et les États-Unis ont partagé le coût du vol de démonstration. L'équipe X-31 a sollicité plus d'argent de l'US Navy, car le contrôle vectoriel de poussée permettrait de réduire la vitesse d'atterrissage à 80-90 kts sans perte de contrôle. Les approches simulées ont été effectuées en mode quasi sans gouvernail et les simulations indiquaient 65 à 70 nœuds comme limite inférieure possible. Les atterrissages simulés de porte-avions ont été effectués jusqu'à 30 m au-dessus du sol et ont été financés par des fonds du programme JAST , c'est pourquoi l'utilité du SVS dans les attaques air-sol a également été examinée. Les États-Unis ont maintenant essayé de suivre leur propre voie avec le F-16 MATV et le F-15 ACTIVE.

ESTOL et Eurofighter

Le X-31 n'ayant consommé que la moitié de sa vie utile, des financeurs ont été recherchés afin de pouvoir effectuer d'autres vols d'essai. À la mi-1996, il est devenu clair que l'Allemagne et la Suède voulaient évaluer la technologie des vecteurs de poussée afin de développer des versions de leurs avions sans stabilisateurs verticaux. L'Allemagne voulait utiliser les vols d'essai pour introduire la technologie du vecteur de poussée dans l' Eurofighter et la Suède dans le JAS 39 . L'US Navy avait l'œil sur le F-18, et il y avait des spéculations qu'il pourrait être utilisé par l'Air Force (F-15/16). Les pourparlers entre les trois pays ont porté sur la mise en œuvre de la technologie des vecteurs de poussée dans Typhoon et Gripen, des propriétés de décollage extrêmement court pour les atterrissages de porte-avions sans crochets et pour les atterrissages sur des pistes endommagées avec des charges utiles importantes, et le développement d'un système de données aériennes avancé sans la perche sur le nez comme dans le Devoir utiliser le X-31.

En octobre 1997, Volvo a confirmé que Saab, General Electric, Daimler-Benz Aerospace (DASA) et Boeing étaient en pourparlers sur le programme X-31-VECTOR. La tuyère à vecteur de poussée AVEN de GE devrait également être testée. Volvo a préconisé l'installation d'un moteur RM-12 avec une poussée de 80,5 kN dans le X-31, qui avait été développé par GE sur la base du F404 pour le Gripen. Les pourparlers sont au point mort à cause du financement ; L'Allemagne en particulier était à nouveau aux prises avec une réduction de son budget de la défense, mais souhaitait en partager les coûts. Début 1998, les trois États devaient signer en mars un protocole d'accord sur le programme X-31-VECTOR. La buse et le système de données d'air devraient être révisés. Aloysius Rauen, chef de la division militaire de DASA, a souhaité voir les résultats du programme VECTOR mis en œuvre dans l'Eurofighter EF2000 ou JAS 39 Gripen afin de rattraper la Russie en matière de contrôle des vecteurs de poussée.

L'Allemagne et les États-Unis ont signé le protocole d'accord en juin 1999 et la Suède devrait le signer sous peu. Pour le projet Tailless Operations Research (VECTOR) de décollage et d'atterrissage extrêmement courts à vecteur de poussée , le X-31, qui avait été stocké pendant des années dans le centre d'essais en vol de Dryden de la NASA, a été transféré à l'usine Boeing de Palmdale. Le rôle américain dans le projet a de nouveau été repris par l'US Navy, tandis que Boeing avait entre-temps racheté Rockwell. Saab Aircraft et Volvo Aero étaient désormais également impliqués. En septembre, les États-Unis et l'Allemagne s'impatientent car la Suède ne parvient pas à se décider en raison des coupes dans les budgets de la défense. La société espagnole ITP a suggéré que la tuyère à vecteur de poussée de l'EJ200, qui avait récemment été testée au sol, soit plutôt testée dans le X-31. Les États-Unis et l'Allemagne ont décidé d'exécuter le programme VECTOR sans la Suède si nécessaire, avec les pétales existants sur la poupe. L'Espagne pourrait entrer plus tard et combiner la buse avec le F404. Les vols d'essai devraient commencer en 2000.

Début 2000, les plans se précisent : l'US Navy discute avec ITP de l'intégration de la tuyère à vecteur de poussée dans le X-31. Il a également été envisagé que l'Espagne puisse louer du temps de test dans l'avion ou que les tests de tuyères puissent être effectués selon le programme VECTOR. L'Allemagne et les États-Unis ont accepté de financer les 25 mois tests du programme VECTOR. La Suède s'est retirée du programme en raison d'un manque de financement. Fin 2000, un accord entre les États-Unis, l'Espagne et l'Allemagne était imminent. Il était convenu qu'à partir de fin 2002, la tuyère à vecteur de poussée de l'EJ200 dans le X-31 serait testée. Celui-ci visait à inciter les pays partenaires d'Eurofighter à commander la tranche 3 avec des moteurs à vecteur de poussée. ITP avait déjà testé de manière approfondie la tuyère, mais aucun Eurofighter n'était disponible pour les vols d'essai. Les coûts d'environ 60 millions de dollars américains pour installer un EJ200 avec SVS dans le X-31 devaient être supportés principalement par le gouvernement espagnol, le reste par Eurojet Turbo GmbH. L' agence OTAN EF 2000 et Tornado Development, Production & Logistics Management a approuvé la livraison des moteurs, qui devraient être détournés du Quantum espagnol. L'US Navy ne serait responsable que de la gestion des essais en vol, mais les Européens s'inquiétaient du transfert de technologie de l'EJ200 vers les États-Unis. À ce stade, l'industrie ne s'était pas encore mise d'accord sur l'intégration exacte de la technologie des vecteurs de poussée dans l'Eurofighter. Le chef de projet ITP, Daniel Ikaza, a suggéré dans un premier temps d'activer uniquement le contrôle du tangage (2D) dans la zone de vol aérodynamique et plus tard d'activer le contrôle vectoriel 3D même après un décrochage grâce à des mises à jour logicielles du logiciel de commande de vol. Le directeur de NETMA était convaincu des avantages de la technologie de vecteur de poussée et a vu une intégration dans l'Eurofighter pour la tranche 3 et au-delà. Comme les rames doivent être moins déplacées, les taux de virage permanents pourraient être augmentés et la distance de décollage pourrait être réduite de 25 %.

Atterrissage avec un angle d'attaque de 24°

Indépendamment de cela, le X-31 était prêt pour la série de tests VECTOR en novembre 2000. Le 24 février 2001, le X-31 décolle à nouveau après une pause de six ans. Le vol d'essai de 40 minutes depuis le NAS de Patuxent River a marqué le début des "tests de réactivation", qui devaient durer deux à trois mois. À partir de novembre, les vols ESTOL devaient commencer sur une piste virtuelle dans le ciel jusqu'à ce que de véritables atterrissages ESTOL à Patuxent River soient prévus en novembre 2002. Les problèmes de remise en vol de l'avion après six ans ont entraîné des retards et des dépassements de coûts. Comme les 60 millions de dollars américains avaient déjà été utilisés, il y avait un manque d'argent pour la troisième phase du programme VECTOR, donc en août 2001, la Marine a cherché des fonds supplémentaires. Pendant ce temps, les "atterrissages" avec un angle d'attaque (AOA) de 40° ont été préparés sur la piste virtuelle et le nouveau système de données aérodynamiques a été installé. Entre-temps, d'autres discussions ont eu lieu avec le ministère espagnol de la Défense concernant l'installation de l'EJ200 avec SVS.

Le 15 avril 2003, la première approche d'atterrissage a été effectuée sur la piste virtuelle à 1500 m au-dessus du RNA de Patuxent River. Le 29 avril, l'approche ESTOL entièrement automatisée de la base navale a été réalisée. Avec un angle d'attaque de 24° et une vitesse d'atterrissage de 121 kts (224 km/h), la distance d'atterrissage pourrait être réduite à 31%. Normalement le vol devait être abordé avec un angle d'attaque de 12° et 175 kt, ce qui nécessitait une piste de 2400 m. Il n'aura fallu que 520 m pour que l'avion soit suffisamment lent pour pouvoir faire un cercle sur la piste. Le GPS différentiel a guidé l'avion vers la cible avec une précision de 2 cm. Ce fut également le dernier vol du X-31 restant.

glanages

X-31 EFM dans le chantier aéronautique de Schleissheim

Le X-31 était le seul programme international de la série des X-avions légendaires des États-Unis à être vu en 2004 au Salon aéronautique international (ILA) de Berlin. A cet effet, elle a été transférée à Munich le 22 juin 2003 à bord d'un avion de transport américain. Un espace d'exposition dans le chantier aéronautique de Schleissheim du Deutsches Museum a ensuite été attribué. Après cinq ans, il devait être exposé dans un musée américain, ce qui, pour des raisons inconnues, n'a jamais vu le jour.

DASA s'est ensuite occupé de l'intégration de la technologie du vecteur de poussée dans l'Eurofighter. Les avantages mentionnés sont : des manœuvres post-décrochage pour augmenter la maniabilité, une assiette supersonique et un contrôle indépendant A ₈ / A ₉ pour des vitesses de super croisière plus élevées , des distances de décollage et d'atterrissage plus courtes, plus de surfaces de contrôle et de meilleures capacités de combat rapproché pour des taux de perte inférieurs. Pour ce faire, le système avancé de données aérodynamiques et la tuyère à vecteur de poussée doivent être intégrés et les lois fiscales réécrites ; la panne d'un moteur dans la manœuvre post- décrochage (PST) doit être tolérée. De plus, la vitesse de rotation de l'Eurofighter augmente également dans la plage d'incidence inférieure à 30 °. Étant donné que les charges sur le fuselage et l'aile de l'avion ont déjà été mesurées sur les vols X-31, les changements de charge pour l'Eurofighter peuvent être estimés avec PST et ont été classés comme faibles. Les renforts structurels nécessaires sont également faibles. Il a également été constaté que les effets de l'aérodynamique non linéaire ne jouent plus de rôle dans le PST. Comme le SVS augmente le poids de la queue, un lest de tête a été proposé pour maintenir l'équilibre de l'avion instable. Le poids supplémentaire pourrait être compensé par des réservoirs plus petits ou une réduction de la taille de la queue verticale d'environ 1/3. Dans ce dernier cas, la résistance de l'air, le flottement et la signature radar en bénéficieraient également. Étant donné que l' E-Scan-Radar pèse environ 100 kg de plus que le CAPTOR-M, le lest de tête peut probablement être supprimé.

La technologie

aérodynamique

L'EFA et l'ATF ont tous deux été conçus pour détruire les adversaires en approche, avant qu'ils ne soient censés localiser leur propre avion. Si le combat n'était pas décidé dans la bataille BVR , les deux parties s'approcheraient à une vitesse d'environ Mach 2 et essaieraient de tirer sur l'adversaire de front avec des LFK à recherche de chaleur. Si celui-ci échouait également, ce serait au tour du canon embarqué. Une bataille à distance se terminerait par un combat aérien en quelques secondes . Les derniers LFK avec chercheurs de chaleur ont permis pour la première fois de tirer de front sur un ennemi. Lorsque Rockwell et MBB ont commencé à mener des études sur les futures technologies des avions de chasse à partir de 1981, ils ont découvert qu'un nombre important d'escarmouches qui commencent à distance se terminent par des combats au corps à corps. La possibilité de tirer des missiles WVR sur l'ennemi depuis n'importe quelle position a radicalement changé les tactiques de combat, et donc aussi les exigences d'un avion de combat. Des simulations ont montré que la destruction mutuelle pouvait désormais se produire si les deux parties se tiraient dessus. Des analyses ont montré que l'avion qui peut effectuer un virage plus rapproché et tirer sur l'adversaire en premier en sortie de courbe avec une visière de casque obtient un avantage. Étant donné que le rayon de braquage dépend de la charge G et de la vitesse, la vitesse la plus lente possible serait nécessaire, qui peut être pilotée de manière contrôlée. MBB est arrivé à la conclusion qu'un bref vol contrôlé après un décrochage était nécessaire, suivi d'un autre vol dans les limites aérodynamiques. Plus de 25 000 simulations habitées et non habitées ont été réalisées par MBB pour développer des forces de contrôle, des manœuvres de combat et une configuration aérodynamique adaptée.

Afin d'avoir un avantage sur les machines existantes, la maniabilité devrait être considérablement augmentée. Le X-31A Enhanced Fighter Maneuverability (EFM) devrait étendre l'enveloppe de manœuvre au-delà des limites précédentes de l'aérodynamique, de la technologie des moteurs, des charges structurelles et du pilote. Selon le directeur de programme Michael Robinson, le X-31 devrait combiner les capacités BVR de l'EFA et de l'ATF avec les capacités de combat aérien d'un F-86 Sabre . Plus précisément, Robinson a nommé un rapport de tir de 10:1. À cette fin, le X-31 était censé avancer dans des zones du domaine de vol qu'aucun autre avion ne pouvait voler auparavant, et ainsi obtenir un avantage tactique. Voler à un angle d'attaque plus élevé (angle d'attaque) en dessous de la vitesse de virage devrait permettre d'atteindre des taux de virage très élevés. De plus, le pilote doit pouvoir aligner l'avion comme une tourelle de canon grâce au contrôle vectoriel de poussée. Le X-31 devrait également avoir le potentiel pour des performances de manœuvre supérieures en supersonique jusqu'à Mach 1,3.

Roulage X-31 "Spar-Eurofighter"

La conception aérodynamique du X-31 était basée sur le TKF-90 et, comme l' aérodynamique de l'Eurofighter Typhoon, est un compromis entre une faible traînée supersonique, une portance maximale, une traînée induite minimale et un équilibre entre l'instabilité à des angles d'attaque élevés. et la récupération de tangage requise -Couple à des angles d'attaque élevés. Le profil d'aile développé par MBB et optimisé par Rockwell, avec une épaisseur de 5% et un grand rayon de bord d'attaque, était destiné à améliorer les performances à des angles d'attaque élevés (angle d'attaque). Des volets de bord d'attaque et de fuite divisés ont été installés comme dans l'Eurofighter. Les actionneurs de Garrett pour les volets de bord de fuite étaient également situés dans des "baignoires" sous les ailes, tandis que ceux des bords d'attaque étaient cachés dans l'aile. Les volets extérieurs fonctionnaient également comme des ailerons , car le SVS ne pouvait générer aucun moment de roulis. Les ailes de canard avaient un profil symétrique. A court terme, il a été envisagé d'utiliser les ailes de canard du bombardier B-1B pour des raisons de coût , mais cela n'a pas été réalisé à cause du poids. Les ailes étaient sèches et en aluminium avec des planches en PRFC. Le réservoir de carburant et l'avionique étaient placés au centre de gravité de l'avion, la technologie de mesure dans le nez et un écran de rotation à l'arrière. Le fuselage entre la verrière du cockpit et le bord de fuite de l'aile utilisait une section transversale constante de sorte que les onze cadres en aluminium, qui étaient reliés aux quatre cadres longitudinaux, pouvaient être produits en série à moindre coût avec une presse hydraulique. La poupe s'est effilée pour abaisser la traînée transsonique. Les panneaux avant étaient constitués de panneaux CFRP de la gamme B-1B, ainsi que du stabilisateur vertical, mais en tôle sur le fuselage. Le gouvernail était en CFRP avec un noyau en nid d'abeille. Le fuselage central était constitué de cadres en titane et bordé de feuilles de titane, car personne ne savait quelles seraient les charges thermiques du fuselage lors de l'utilisation de la tuyère à vecteur de poussée. L'entrée d'air provenait des expériences MBB et, grâce à sa lèvre inférieure mobile, était capable de dévier le flux d'air avec une faible turbulence à des angles d'attaque élevés et de réduire la résistance au débordement à haute vitesse. L'air au-dessus du séparateur de couche limite passait à travers des échangeurs de chaleur pour refroidir l'huile et le carburant. Les virures entre le bord de fuite de l'aile et la tuyère devraient aider à faire redescendre le nez à partir d'angles d'attaque élevés.

X-31 vu de la poupe. Les pétales, qui servent à dévier le jet du moteur, sont bien visibles.

Pour réduire les coûts, le X-31 était supersonique, mais ne pouvait atteindre que des vitesses transsoniques. Le moteur F404 était équipé de trois pétales qui pouvaient dévier le jet de poussée de 10° dans le sens vertical et/ou horizontal. Selon le contrat, les avions devraient être aussi bon marché que possible. 43% du poids à vide d'un X-31 provenait d'avions de combat F-16 et F-18. Les pétales du vecteur de poussée ont été développés à l'origine pour un test avec le F-14 Tomcat et étaient en carbone renforcé de fibres de carbone . Des pétales métalliques ont également été testés avec le F-18, mais ceux-ci étaient trop lourds et auraient déplacé le centre de gravité trop en arrière. Selon les études, un angle de poussée de 10 à 15° avec une postcombustion complète était nécessaire pour répondre aux exigences. Les pétales ont atteint 10°, soit environ 17% de la poussée du moteur. En vol aérodynamique, les pétales étalés pourraient également être utilisés comme frein à air. Les machines de série utiliseraient une buse «propre», mais pour le X-31, cela aurait été trop coûteux et chronophage. Le train d'atterrissage a été repris par Menasco d'un Cessna Citation III , les roues principales d'un A-7 et la roue avant d'un F-16. Le poste de pilotage, le siège éjectable, les actionneurs et les écrans provenaient du F-18, les pompes à carburant, les actionneurs de bord d'attaque et les palonniers du F-16. D'autres pièces ont été adoptées à partir des F-5, F-20, V-22 et T-2C. Les ailes avaient été faites aux mesures métriques par MBB, tandis que Rockwell avait utilisé le système impérial.

Ordinateur de contrôle de vol

Les lois de contrôle de vol ont été écrites par MBB et, selon le directeur de programme Michael Robinson, étaient le composant le plus critique de l'avion entier. Les calculateurs de commandes de vol (FCC) ont été fournis par Honeywell. Au cours du développement, MBB s'est appuyé sur l'expérience du F-104 CCV.

Vol à angle d'attaque élevé pendant la manœuvre de chute

Le X-31 a été le premier chasseur dont le contrôle vectoriel de poussée (SVS) permettait le contrôle autour des axes de tangage et de lacet et le premier qui ne pouvait être piloté qu'avec le manche de commande. Les palonniers n'étaient nécessaires que pour les atterrissages délibérés en vol plané et par vent de travers. Le contrôle du tangage était principalement basé sur les volets de bord de fuite et était complété par les canards. Les volets de bord d'attaque étaient réglés en fonction de l'incidence et du nombre de Mach. Afin de réduire la résistance d'assiette dans le supersonique, le X-31 a été conçu pour être modérément instable avec 5% de la profondeur aérodynamique moyenne de l'aile (MAC) à Mach 0,2. Les lois de commande avaient été développées par MBB en 25 000 simulations lorsque le projet était encore en cours chez MBB. Ils ont été mis en œuvre dans un système informatique à triple redondance, un quatrième ordinateur étant utilisé comme " tie-break " (original) et fournissant une redondance supplémentaire. La commande de vol disposait également d'un mode dans lequel le nez de l'avion pouvait être découplé de la direction de vol : le pilote pouvait tirer le nez de l'engin dans la direction souhaitée, tandis que le changement des axes de tangage et de lacet n'était mis en œuvre que défavorablement sur la trajectoire.

Les ailes du canard ont tourné vers le bas à des angles d'attaque élevés afin de pouvoir continuer à diriger l'avion de manière contrôlée. Ils ont été conçus pour la récupération du terrain plutôt que comme aide à la flottabilité. Les manœuvres après un décrochage aérodynamique (Post-Stall Technology, PST) étaient autorisées jusqu'à un angle d'attaque de 70°, dans une plage de hauteur de 10 à 30 kft, si une vitesse initiale maximale de 4  g et 225 kcas n'était pas dépassée . Pour les lois de commande, un modèle linéarisé du mouvement autour des trois axes avec une boucle de rétroaction pour la stabilité et la maniabilité a été implémenté. La commande de vol pouvait être ajustée à l'aide de matrices de pondération. Le contrôle anticipatif était indépendant du chemin de rétroaction utilisant des équations pour les mouvements statiques, c'est-à-dire H. en supposant des entrées pilotes constantes. En raison de la complexité, du manque de puissance de calcul et des faiblesses du modèle, ces équations ont été simplifiées. La position des volets canard et de bord de fuite a été lue à partir des tables de compensation par le FCC pendant le vol en palier. En utilisant des méthodes de calcul supplémentaires, la résistance de l'air a été réduite aux faibles angles d'attaque et la stabilité a été améliorée à des angles d'attaque élevés. Étant donné que cette "planification de compensation de croisière" aurait conduit à des vitesses d'atterrissage élevées, une table de compensation supplémentaire pour la portance maximale à l'atterrissage a été mise en place, que le pilote pouvait activer à l'aide d'un interrupteur. Le taux de tangage requis a été calculé en temps réel pour le canard, le bord de fuite et le vecteur de poussée verticale.

L'incidence et la charge G étaient commandées au moyen d'un manche de commande : à des pressions statiques faibles selon l'incidence, mais non linéaires, puisque les 2/3 du jeu signifiaient une incidence de 30° et un déviation totale de 70°. Lorsque le PST était éteint, un angle maximal de 30 ° pouvait être atteint. Aux 2/3 de la course du manche, il y avait une limite de retour de force pour montrer au pilote s'il décrochait. À des pressions dynamiques plus élevées, la charge G était commandée ; la limite de charge de 7,2 g a été appliquée aux 2/3 de la distance  et n'a pas changé après la limite de retour de force. Le changement entre l'angle d'attaque et les G-commandes a eu lieu à environ 2620 kPa de pression dynamique. L'avion ne pouvait décrocher que lorsqu'il était dirigé en mode angle d'attaque.

Le taux de roulis maximal était de 240 ° / s. Avec les palonniers, un angle de glissement maximum de 12 ° peut être requis. Le roulis autour de l'axe longitudinal a été automatiquement stabilisé contre le lacet par l'ordinateur des commandes de vol (FCC), et les commandes de lacet ont été mises à zéro au taux de roulis maximal. Aux angles d'attaque élevés, le contrôle en lacet était perçu par le SVS. Un seul SV-Petal pouvait être placé dans le jet de poussée avec un maximum de 26° (déflexion max. 16° du jet de poussée), le FCC lisait également ici les valeurs du tableau en fonction des commandes de poussée et de contrôle. En cas de défaillance du SVS, le FCC pourrait ramener la machine dans la plage aérodynamiquement contrôlable dans un mode de transition utilisant des gouvernes aérodynamiques, même dans l'axe de tangage. Seulement autour de l'axe de lacet, il n'y avait plus de contrôle suffisant, c'est pourquoi les commandes de gouvernail et de volets asymétriques ont été désactivées dans ce cas. Une manipulation insouciante a été démontrée dans le subsonique, mais aucune glissière de queue n'a été volée. Aucun problème ne s'est posé lors des essais en vol, uniquement à des angles d'attaque supérieurs à 30° (surtout autour de 50°) le comportement en termes de taux de roulis et d'angle de dérapage s'écartait significativement de la prédiction, c'est pourquoi une boucle de retour a été intégrée. Deux mises à jour - peu avant le premier vol d'essai et après - ont montré la souplesse des lois de commande (ou logiciel) : Les boucles de rétroaction ont été repensées en moins d'un mois.

Visière de cockpit et de casque

Pilote d'essai de l'Air Force Quirin Kim avec la visière de casque GEC Marconi

Le cockpit a été repris du F/A-18, y compris le siège éjectable SJU-5. Le logiciel avionique a été écrit en JOVIAL , pas en Ada , comme il est d'usage pour les projets de défense . Afin d'éviter une désorientation du pilote lors d'un vol à forte incidence et d'améliorer sa connaissance de la situation, différentes aides ont été expérimentées. À cette fin, le visiocasque a été complété par un système audio 3D et le produit final s'appelait le Helmet Mounted Visual & Audio Display (HMVAD) . Les tests ont débuté en février 1993. A cet effet, le casque GEC -I-NIGHTS avec amplificateurs de lumière résiduelle intégrés pour la vision nocturne a d'abord été testé. Comme le poids était inacceptable et que le X-31 ne volait jamais la nuit, les intensificateurs de lumière résiduelle ont été supprimés. Les casques ont été utilisés dans des simulateurs et portés lors de vols d'acclimatation à bord de T-38. Le programme d'essais de l'avion ayant été repoussé, GEC a proposé le nouveau casque Viper en septembre 1993. Comme le casque était plus léger d'environ un kilo, il a été accepté comme le nouveau HMVAD. Le système audio 3D, développé par le Laboratoire Armstrong de l'USAF, nécessitait l'installation d'écouteurs spéciaux. Le système, qui était capable d'afficher la trajectoire de vol et/ou l'angle d'attaque via un signal audio, avait été préalablement testé sur un AV-8B et un OV-10.

Avec seulement six mois entre la commande et le test en vol, il n'y avait pas de temps pour développer les symboles HMD. Au début de 1993, des conseils ont été donnés et GEC a reçu 60 jours pour programmer la symbologie. Dans le même temps, des pilotes d'essai ont évalué les affichages dans le simulateur afin d'intégrer les améliorations le plus rapidement possible. En plus des écrans HMD normaux, deux nouveaux écrans ont également été testés, qui devraient améliorer l'orientation lors du vol à un angle d'attaque élevé : Arc Segmented Altitude Reference (ASAR) de DASA et le système de référence thêta de l'USAF. À l'ASAR, une sorte de « U » était affiché dans la zone de visualisation inférieure. Si le "U" couvre un demi-cercle, l'angle de tangage est nul, avec moins de positif, avec plus de négatif. Des marqueurs aux extrémités indiquaient l'horizon. Le système de référence thêta affiche un mini-globe dans le champ de vision inférieur, dont l'hémisphère inférieur a des longitudes en pointillés , tandis que l'hémisphère supérieur a des lignes continues. En déplaçant le mini-globe, l'orientation de l'avion par rapport à la terre pouvait être lue, avec des superpositions N/E/S/W sur les axes. De plus, un autre indicateur d'incidence était affiché au milieu du champ de vision : deux triangles de même base, dont les pointes s'élevaient avec l'augmentation de l'incidence. Entre 0 ° et 30 °, les triangles se superposaient, à plus de 30 °, le triangle inférieur s'arrêtait à 30 °, tandis que l'autre triangle s'effilait davantage vers le haut. Afin de savoir dans quelle direction se trouvait une cible spéciale même à des angles d'attaque extrêmes, un cercle a été estompé dans le champ de vision supérieur, avec "N" pour le nord et un espace pour la direction actuelle de vue du pilote. Lors des essais en vol, le cercle cible des viseurs du casque a également été modifié. Le cercle cible a ensuite été pointillé lorsque la cible était en dehors de l'enveloppe de lancement de ± 30° du missile simulé.

Lors des essais en vol, le retour d'expérience des pilotes a donné l'image suivante : L'affichage de l'altitude de vol relative et de la direction de la boussole en combat aérien était superflu car l'engin ennemi suffisait comme référence. L'ASAR était trop imprécis, le système de référence thêta s'est avéré bon et simple. La vitesse, l'altitude et l'angle d'attaque doivent toujours être affichés. Pour l'angle d'attaque, la division en 30/50/70° était suffisante. La vitesse verticale et l'excès de puissance spécifique ont également été affichés et jugés superflus.

L'évaluation tactique du X-31 n'était pas seulement basée sur des vols contre de vraies machines. En outre, DASA travaillait également sur l'utilisation de la réalité augmentée pour afficher un adversaire virtuel pour le combat aérien dans le HMVAD. Cela devrait permettre de réduire les coûts par rapport aux avions réels, tout en évitant les risques de collision en combat rapproché. Il peut également être utilisé pour pratiquer des combats aériens rapprochés contre des machines qui ne sont pas disponibles à vos côtés.

Selon les réalités du combat aérien, l'engin devrait être visible jusqu'à 3000 m (6000 m avec affichage) et sa position dans l'espace reconnaissable jusqu'à 4000 m. En raison de la puissance de calcul limitée, "l'avion de chasse ennemi" devrait être composé d'aussi peu de vecteurs que possible, et donc la structure de la grille ressemblait à un MBB Lampyridae sans entrée d'air. En dessous de 60-80 m, la luciole virtuelle ne pouvait plus être affichée sur le HMD car les textures étaient insuffisantes pour reconnaître les détails structurels. En raison de la puissance de calcul limitée - précisément à cause du manque de texture - il était difficile d'estimer la vitesse d'approche en dessous de 200 m. Pour augmenter le plaisir du jeu, l'avion de chasse virtuel a été déplacé par un générateur de manœuvre de cible . Sur la base des mouvements de votre propre avion et en tenant compte de la mécanique de vol et des performances de l'adversaire virtuel, l'avion affiché a effectué des manœuvres tactiques (séquences) qui seraient attendues d'un adversaire réel. Des manœuvres prédéfinies (maintien du cap, virage à rayon constant, etc.), des manœuvres de combat aérien depuis une position offensive ou défensive et des manœuvres de combat rapproché pourraient être sélectionnées. Le générateur de manœuvre cible dirigeait l'adversaire virtuel et sélectionnait ses commandes de poussée et de tir. L'affichage, qui était contrôlable à six degrés de liberté, était mis à jour 20 fois par seconde. Le principe s'est avéré adapté et a été adopté par les pilotes comme outil de formation.

Moteurs

Installation du moteur RM-12 du Saab 39 Gripen

Trois GE F404 ont été modifiés en moteurs à réaction pour le X-31 Enhanced Fighter Maneuverability. Le General Electric F404 a été choisi car il est relativement insensible aux turbulences qui se produisent généralement à des angles d'attaque élevés. Grâce à l'admission d'air du X-31, le moteur était toujours capable de fournir toute sa puissance même à des angles d'attaque extrêmement élevés. Au début des vols d'essai, 18 vols ont été effectués pour vérifier la navigabilité de la combinaison de la cellule X-31 et du moteur F404. Au total, 80 vols ont été effectués pour valider le domaine de vol .

Avant le début des vols d'essai VECTOR (Vectoring, Extremely Short Takeoff and Landing, Control and Tailless Operation Research), il a été vérifié si le RM-12 du Saab 39 Gripen pouvait être intégré au X-31. Le RM-12 est une variante du General Electric F404. Cette tentative, dans le cadre de la phase 1, de relancer le X-31 dans les airs, est couronnée de succès : le moteur s'encastre dans le fuselage. L'étape suivante pour équiper le moteur de la tuyère à vecteur de poussée AVEN (Axisymmetric Vectoring Exhaust Nozzle), cependant, a échoué en raison du manque de fonds de la Suède.

L'installation de la tuyère à vecteur de poussée Eurojet dans le GE F404 par la société espagnole ITP a également été rejetée. Fin 2000, il devait être convenu d' installer l' Eurojet EJ200 avec tuyère à vecteur de poussée dans le X-31 dans le cadre d'un accord germano-espagnol-américain et de le tester. Les coûts d'environ 60 millions de dollars américains pour installer un EJ200 avec SVS dans le X-31 devaient être supportés principalement par le gouvernement espagnol, le reste par Eurojet Turbo GmbH. Cependant, l'US Navy serait chargée de gérer les essais en vol, et les Européens s'inquiétaient du transfert de technologie de l'EJ200 vers les États-Unis. Ce plan n'a donc pas été mis en œuvre non plus. En fin de compte, le X-31 a toujours volé avec le General Electric F404, dont la tuyère de poussée a été retirée. Au lieu de cela, trois CFC- Pétales ont été montés à l'arrière de l'avion pour dévier le jet d'échappement. L'amplitude de mouvement des pétales vers l'intérieur et l'extérieur était de + 35 ° / -60 °.

Programme d'essai

Dans les vols sur simulateur, il a été déterminé que le rapport de lancement pouvait être augmenté d'au moins un facteur 2 grâce à une super maniabilité, même si ses propres forces étaient numériquement inférieures. Les simulations ont été réalisées par l' IABG en 1979 . La conception du LVJ-90 / Jäger-90 / Prälo-Eurofighter avec et sans contrôle vectoriel de poussée (SVS) a été comparée. Dans 125 simulations, le combat aérien a été simulé avec un canon uniquement, dans 331 le combat avec un canon et un missile guidé air-air (SRM) à courte portée. En combat aérien avec uniquement un canon embarqué, la machine à vecteur de poussée a pu tirer plus souvent que la première (2,5 : 1), se mettre en position de tir plus rapidement (10 : 1) et atteindre un rapport de lancement de 4,2 : 1. Avec l'aide de SRM, la machine à vecteur de poussée a pu tirer plus souvent que le premier (2 : 1), se mettre en position de tir plus rapidement (2 : 1 LFK, 8 : 1 BK) et atteindre un rapport de tir de 5,4 : 1.

F-18 et X-31 en vol parallèle

Au cours des combats aériens au-dessus de la rivière NAS Patuxent entre octobre 1991 et 1995, IABG a effectué d'autres simulations informatiques entre octobre 1991 et avril 1993 en ce qui concerne la configuration des tests et les attentes. Une fois que les pilotes à voler avec la technologie post- décrochage (PST) étaient familiers, des manœuvres de combat ungeskriptete ont été effectuées contre d'autres machines. Le montage de test a également été modifié, par exemple en limitant l'angle d'attaque du X-31 à un maximum de 45° ou en fixant la vitesse maximale pour le PST à 265 kts. Diverses enveloppes de missiles ont également été adoptées, par exemple une restriction du tir sous des angles d'attaque élevés ou l'utilisation d'une visière de casque. Les "adversaires" étaient les F-14B/D et F-18C du VX-4, ainsi que les F-15C et F-16B 52 du 422 TES. Certains résultats sont confidentiels.

Il a été publié qu'un angle d'attaque de 70 ° obtenait de meilleurs résultats qu'un angle d'attaque de 45 °. Si PST était désactivé, le X-31 perdait principalement face au F-18C dégradé, qui était censé fonctionner de la même manière (15 % gagnés, 46 % perdus, 39 % indécis). Avec PST, le X-31 a clairement dominé la bataille contre le F-18C depuis une position de départ neutre (91% gagné, 3% perdu, 6% indécis). Le rapport de lancement était d'environ 1: 2 en faveur du F-18 si le X-31 renonçait au SVS, et de 8:1 en faveur du X-31 s'il utilisait le PST. Si la position de décollage commençait en vol parallèle lent, le X-31 pourrait clairement dominer tous ses adversaires, et des ratios de lancement de plus de 100:1 ont été atteints. Si la bataille a commencé dans un vol parallèle rapide, il était encore 16,6:1. Lors de l'évaluation des données, il a été constaté que les pilotes du X-31 avaient "tiré" sur leurs adversaires principalement de la position 2 heures à 5 heures (ou l'inverse) avec le canon embarqué. La portée du tir allait jusqu'à 3000 pieds, avec des coups seulement en dessous de 2000 pieds. Au combat avec des missiles guidés air-air (SRM) à courte portée, le missile simulé était principalement tiré lorsque l'ennemi montrait sa position de 1 heure à 5 heures (ou inversée) du X-31. Les coups les plus éloignés à 10 000 pieds ont été tirés dans la plage de 1 à 2 heures, de 2 à 5 heures à moins de 4 000 pieds. Pour éviter le tir SRM, l'ennemi a été forcé d'être à moins de 2 000 pieds du X -31 sont venus là où il a été victime du PST. À distance, le X-31 avec le SRM était capable de tirer avec des angles d'attaque élevés avant que l'ennemi n'atteigne une portée minimale. À partir des données, Rockwell a conclu que tous les futurs chasseurs de chiens auraient un contrôle de poussée vectorielle.

X-31 sans queue verticale ; la photo de 1994 a été retouchée

Le 17 mars 2004, un vol « sans stabilisateur vertical » a été effectué pour la première fois. La signature radar, la résistance à l'air, la consommation de carburant et le poids ont été cités comme des avantages. Les vols d'essai ont été effectués pour le programme JAST et avaient pour but d'évaluer la contrôlabilité de la configuration pour des missions air-sol précises. Le logiciel de contrôle de vol a été conçu par DASA (plus précisément Hermann Beh et Georg Hofinger) et a élargi le domaine d'application du SVS pour inclure le décollage, l'atterrissage et les attaques au sol. Le X-31 à empennage vertical devenait instable à un angle d'attaque de plus de 25° autour de l'axe vertical, de sorte qu'au final seul cet effet a dû être renforcé. À cette fin, l'effet stabilisateur du gouvernail a été désactivé et une boucle de rétroaction déstabilisante a été installée, qui contrôlait les gouvernails (ailerons). Le SVS était alors chargé de la stabilisation. Le degré de déstabilisation pouvait être sélectionné dynamiquement par le pilote sur un panneau pendant le vol, le logiciel était flexible. De 30% à 80% sans stabilisateurs verticaux, les calculateurs de commandes de vol étaient capables de tout simuler par pas de 10%. La partie inférieure de l'enveloppe SV a ensuite été abaissée d'au moins 14 000 ft à 2 200 ft MSL. En raison de mauvaises qualités de maniement, les actionneurs des pétales du vecteur de poussée ont dû être remplacés. Après l'expansion de l'enveloppe, les vols d'atterrissage et de marche ont été testés. Il a été constaté que l'effet déstabilisant des volets et du train d'atterrissage était synergique, c'est-à-dire que l'effet perturbateur était supérieur à la somme des effets individuels. Les manœuvres de vol se sont bien déroulées. Des approches d'atterrissage simulées sur un « porte-avions » ont également été testées. En raison de la vitesse d'atterrissage élevée du X-31, cependant, un angle d'attaque de 12-13 ° était nécessaire, ce qui rendait la vue depuis le cockpit inacceptablement pire. Comme il était hors de question d'augmenter la résistance à l'air du X-31 (en raison de problèmes de stabilité, etc.), le profil d'approche a été modifié. Dans les essais air-sol suivants, des attaques d' avions en piqué avec un angle de descente de 45 ° ont été effectuées contre des MANPADS simulés et des missiles antiaériens mobiles. L'objectif était de lancer des attaques en dehors de la portée de destruction de la menace et de maintenir les cibles précisément dans le HUD. Pour ce faire, une plongée a été lancée à partir de 18 000 pieds et 250 KCAS, l'arme simulée a été lancée à 12 000 pieds à 400 KCAS et entraînée dans une montée dans une manœuvre de 4 à 4,5 g . Le deuxième exercice consistait en une descente de 15° avec tir simulé sur des cibles au sol avec le canon embarqué. La zone cible était représentée par un champ lumineux dans lequel cinq à sept cibles s'allumaient alternativement pour chaque attaque. En raison des changements rapides de cible, les pilotes (Kim, Luftwaffe et Loria, USMC) ont été obligés de travailler de manière agressive avec les pédales et les bâtons. Le troisième exercice était une attaque pop-up de bas niveau. A partir de 1000 ft et 400 KCAS, une montée a été tirée, relevée et un tonneau de 4 g a été effectué sur la cible à une altitude de 2500 ft afin de l'amener dans le HUD. L'avion a ensuite été relevé, maintenu en vol en palier pendant 15 secondes, puis l'utilisation d'armes a été simulée à 1500 ft à 400 KCAS. Ensuite, 4,5  g ont été entraînés dans la montée. L'avion n'a réussi que tous les tests air-sol de manière adéquate ; le faible taux de roulis a été particulièrement critiqué. L'analyse a révélé que les limites du FCS sur les mouvements latéraux du joystick étaient inutilement élevées. Après une révision des lois de commande et le choix plus souple de la poussée moteur, des simulations ont été réalisées qui ont montré de meilleurs résultats. Auparavant, moins de 50% de la marge de poussée du moteur était utilisée, il était désormais possible de manœuvrer avec une postcombustion complète. Les vols d'essai effectués ultérieurement se sont révélés positifs en conséquence. La plupart des manœuvres ont été effectuées avec une stabilisation verticale de 50 à 60 %. Avec le pop-up, cependant, seulement 33% du vecteur de poussée était disponible pour changer la trajectoire, le reste était nécessaire à l'ordinateur pour la stabilisation. À la suite de la série d'essais, il a été conclu que les chasseurs-bombardiers sans stabilisateurs verticaux sont possibles. Il a été suggéré de construire un avion sans stabilisateurs verticaux afin de pouvoir mieux utiliser les avantages (signature radar, résistance à l'air, poids). Cela a conduit au McDonnell Douglas X-36 . Afin d'augmenter la redondance et la tolérance aux dommages et de pouvoir mieux équilibrer les charges externes asymétriques , des avions bimoteurs ont été recommandés.

X-31 VECTOR approche pour l'atterrissage

Après une pause de six ans, le X-31 décolle à nouveau début 2001 pour les vols d'essai VECTOR (Vectoring, Extremely Short Takeoff and Landing, Control and Tailless Operation Research). Le programme VECTOR devrait démontrer une réduction de la vitesse d'atterrissage d'au moins 40 % sur une soixantaine de vols d'essai (Extremely Short Take-Off and Landing, ESTOL). Des données supplémentaires devraient également être collectées sur les configurations sans stabilisateurs verticaux. Un GPS différentiel d'IntegriNautics et le nouveau système de données aérodynamiques de DASA, composé de onze trous concentriques dans le nez, ont été installés. Dans un premier temps, des vols d'essai ont été effectués pour valider le système de données aérodynamiques, atteignant Mach 1,18 et un angle d'attaque de 70°. Grâce au système qui fonctionnait avec des trous et des différences de pression, il était possible de se passer des données de la flèche qui était montée sur le nez. Puis les tests ESTOL ont commencé : Afin de réduire la distance d'atterrissage, les approches de la piste doivent être effectuées avec un angle d'attaque allant jusqu'à 40° afin de réduire la vitesse d'atterrissage de 40 à 50 %, à environ 90 kts ( 170km/h). Les approches d'atterrissage ESTOL ont été effectuées automatiquement par le calculateur de commandes de vol. Le pilote vient de faire voler l'avion dans une boîte de lancement, d'activer le mode d'atterrissage et de retirer ses mains des commandes. L'engin a ensuite volé debout sur le jet de poussée, contrôlé par SVS, à un angle d'attaque de 40° vers la piste et s'est incliné vers l'avant à 2 pieds au-dessus du sol, peu de temps avant de se poser. Plusieurs atterrissages d'essai ont été effectués. A partir d'un angle d'attaque de 12° par paliers de 2° (qui ont été en partie ignorés), enfin un angle d'attaque de 40° a été atteint lors de l'approche à l'atterrissage. La limite de 40° d'incidence a été fixée pour des raisons de redondance sur le X-31 ; en termes de contrôlabilité, des incidences plus élevées auraient été possibles. Les charges sur le train d'atterrissage lors de la frappe étaient dans la zone verte. L'avion avait une caméra dans le nez pour que le pilote puisse suivre la trajectoire de vol sur les écrans. Dans une machine en série, l'image doit être projetée dans le HMD. L'US Navy souhaitait augmenter le poids à l'atterrissage des avions porteurs.

Spécifications techniques

Vue de trois côtés du X-31

liens web

• Présentation du programme X-31
• YouTube / NASA : bande de ressources X-31

attachement

Remarques

1. ↑ ^{a b} La démonstration moderne de « super maniabilité » consiste habituellement en tirant dans la cabine lors des spectacles de vol afin d'effectuer les virages les plus spectaculaires possibles. La perte de vitesse est très élevée. Cela a peu à voir avec l'idée originale de Wolfgang Herbst ou Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB). À cette époque, Herbst a postulé les caractéristiques de manœuvre suivantes : 1) durée PST de 5 secondes en moyenne, 2) 10 % du temps total de combat rapproché en PST, 3) charges G faibles d'environ 1  g , 4) vitesses de manœuvre inférieures de environ 0,1 Mach (W. Herbst : Supermaneuverability. 1983, Messerschmitt-Bolkow-Blohm ; et Introduction de la série de conférences RTO HFM Human Consequences of Agile Aircraft. 2001). Les manœuvres PST ne doivent donc être utilisées que pour les transitoires, par exemple pour redresser le nez au lieu d'un virage lent afin de voler dans une courbe encore plus serrée ( manœuvre d'automne ). L'idée de pousser une machine de 20 tonnes dans le décrochage puis de la laisser voler en raison de son inertie lui était complètement étrangère.
2. ↑ A ₈ = zone de col de buse, A ₉ = zone de sortie de buse
3. ↑ La vitesse minimale à tourner avec le facteur de charge maximal. C'est là que le taux de rotation le plus élevé est atteint.

Sondages d'opinion

Entre avril 1997 et octobre 1998, le groupe de travail 27 de l'OTAN sur les RTO a mené deux sondages d'opinion auprès des pilotes d'avions de chasse. La première enquête « Operational Need » portait sur la question de l'utilité que les pilotes attribueraient à certaines capacités d'un avion de combat agile. 23 pilotes américains (5 NASA, 13 USAF Air Warfare Center, 5 USAF), 11 de l'armée de l'air suédoise, 3 de l'armée de l'air allemande et 2 de France ont été impliqués. L'expérience de vol était de 900 à 9000 et une moyenne de 2589 heures. Les pilotes représentaient la crème de la crème des pilotes avec une expérience de vol de X-31, F-18 HARV, F-15 ACTIVE, F-16 MATV, Harrier, F-22 Raptor, F-18, MiG-29, Rafale, Gripen et Typhon. Après une discussion ouverte dans un questionnaire anonyme, l'utilité de 12 g - enveloppe de vol , visière de casque, charges G négatives et vol avec des angles d'attaque élevés / technologie vectorielle de poussée , ainsi que les performances de deux combinaisons anti-G américaines sur une échelle de 1 doit être évaluée à 7.

Les pilotes ont évalué l'utilité de la visière du casque la plus élevée, suivie du vol à des angles d'attaque élevés / technique de vecteur de poussée 3D. Cela a été suivi par l' enveloppe de 12 g et les charges G négatives. L'évaluation était en partie très différente selon les pays : les pilotes suédois ont tout noté (en chiffres absolus) un peu plus bas, mais l' enveloppe de 12 g la plus élevée. Les pilotes américains, qui constituaient la majeure partie des pilotes de l'enquête, ont par conséquent dominé l'enquête avec leur «préférence nationale» pour les visières de casque, la technologie à grand angle d'attaque / vecteur de poussée 3D et une enveloppe de 12 g , bien que les gradations soient faibles. Les pilotes allemands ont également attribué la valeur la plus élevée à la visière du casque, mais ont évalué l' enveloppe de 12 g et la technologie de vecteur de poussée 3D à angle d'attaque élevé et tout aussi utiles. Les pilotes allemands ont évalué les charges G négatives mieux que leurs collègues suédois, mais pire que les pilotes américains.

Au cours de la discussion, les problèmes perçus et les désirs de divers systèmes ont été abordés : bon champ de vision avec les HMD, problèmes d'inconfort et de G-LOC à 12  g , inutilité du HUD si l'on ne regarde pas directement devant, désorientation lors du vol à grand angle d'attaque, de peur, de décollage Décrochage accidentel puis perte rapide d'énergie (c'est pourquoi le X-31 était équipé d'une limite de retour d'effort) et la demande de manœuvres sans soucis. Les pilotes expérimentés étaient satisfaits de la technologie HOTAS ; l'exploitation de 50 fonctions n'était pas considérée comme un problème. Les écrans tactiles étaient considérés comme une technologie immature et la fiabilité de la commande vocale était remise en question. L'évitement automatique des collisions était requis.

Dans la deuxième enquête « Situational Awareness », 29 pilotes ont été interrogés sur des questions cognitives et physiologiques sur la conscience de la situation. Parmi eux, trois venaient d'Allemagne, douze de Suède, huit de France, cinq des Pays-Bas et un des États-Unis. L'expérience de vol a été en moyenne de 2490 heures sur des types tels que F-16 Falcon, MiG-29, JAS 39 et Mirage 2000. Les questions portaient entre autres sur l'utilité d'un cockpit biplace (52% négatif, 38% positif, 10% indécis), Utilisation du HUD, HMD, système audio 3D et saisie vocale, ainsi que des questions sur la formation des pilotes et l'acceptation (positive) des manœuvres automatiques.

Preuve individuelle

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