Avion convertible

Ravitaillement aérien d'un MV-22 de l' USMC par un KC-130J au - dessus de la Méditerranée
AgustaWestland AW609 planant (2007 toujours Bell-Agusta BA-609)

Convertiplane ( anglais Convertiplane pour avion convertible est) le nom d'un avion capable de décollage et d'atterrissage vertical qui est capable de changer les modes de vol du vol (modes de vol) pendant. Les conditions de vol pertinentes pour un aéronef convertible sont le vol stationnaire en mode hélicoptère , la transition ultérieure vers le vol en palier et le vol en palier en tant qu’avion à voilure fixe .

Jusqu'en 2012, cependant, aucun modèle n'avait prouvé sa compétitivité économique par rapport aux hélicoptères conventionnels. La capacité de décoller et d'atterrir verticalement (VTOL) ainsi que la vitesse et l'autonomie accrues d'un avion convertible doivent compenser les inconvénients économiques d'une consommation de carburant plus élevée, des coûts d'acquisition plus élevés et des émissions sonores accrues. Actuellement, le Bell Boeing V-22 est principalement utilisé comme transporteur de zone de combat dans le secteur militaire et a fait ses preuves.

Le Bell V-280 , qui a volé pour la première fois à la fin de 2017, est un autre avion convertible militaire qui est actuellement testé. Le développement a lieu dans le cadre du programme Future Vertical Lift (ATCO) de l' armée américaine . Dans le secteur civil, le Leonardo AW609, initialement conçu par Bell Boeing et présenté au public en 1996, est actuellement testé. La production en série devrait démarrer en 2020.

Le concept de l'avion décapotable a connu une forte reprise depuis le début des années 2000 en raison d'un grand nombre de développements dans les taxis aériens autonomes , principalement destinés au transport de passagers en centre-ville, conformément au concept de mobilité aérienne urbaine . Les exemples incluent Bell Nexus , Lilium Jet et Zeva Aero .

définition

Selon la définition de Gersdorff & Knobling, les avions convertibles sont caractérisés par le fait qu'ils décollent et atterrissent comme des hélicoptères et changent de configuration en avion à voilure fixe lorsqu'ils passent au vol de croisière. Ainsi, inclus dans cette catégorie flipper - tiltrotor - tiltrotor - Einziehrotor- et aéronef à rotor d'arrêt. L'objectif général est de «combiner les propriétés favorables de l'aéronef à voilure tournante avec celles de l'aéronef à voilure fixe». Polte donne également une définition identique.

La définition des convertiplanes dans les pays anglophones est plus large . Les aéronefs qui utilisent également un rotor rotatif en mode autorotation motorisée (technologie de rotor déchargé) en vol en palier sont également classés ici . Un exemple de ceci est le McDonnell XV-1, qui est également classé comme avion converti dans la catégorie XV de l' armée américaine . Dans les pays germanophones, ces aéronefs sont généralement appelés hélicoptères d'avion composites . En général, les avions VTOL à réaction pure ne sont donc pas des avions convertibles.

Conception constructive

Dans le cas des avions convertibles, il s'agit notamment d'augmenter la vitesse de déplacement ou de marche par rapport aux hélicoptères purs. Le rotor d'inclinaison et les conceptions similaires évitent l'influence négative de la traînée aérodynamique des pales du rotor et du moyeu du rotor. La résistance parasite des pales du rotor augmentant avec la troisième puissance de la vitesse, une vitesse de rotor aussi faible que possible est avantageuse pour les conceptions avec un rotor qui ne peut pas être incliné ou rangé (avion composite) pour un vol à grande vitesse. Si la vitesse devient trop faible, la lame de retour ne peut plus être réglée suffisamment pour générer suffisamment de portance. Même en vol à grande vitesse, le rotor doit donc être entraîné à un point tel qu'il n'y ait pas de décrochage aux extrémités des pales de retour. Cependant, si le rotor peut être rangé dans le fuselage pour un vol à grande vitesse, un avion convertible est théoriquement capable d'atteindre des vitesses comme un avion à voilure fixe. Au cours des essais pratiques de différents concepts, cependant, il est devenu évident que les instabilités aérodynamiques du rotor qui se produisent lorsque les rotors s'inclinent pendant la transition du vol stationnaire au vol horizontal vers l'avant peuvent conduire à des phases de vol critiques.

Si la définition plus étroite des aéronefs convertibles est utilisée comme base, sans l’inclusion des hélicoptères composites, il en résulte les interprétations constructives suivantes pour les aéronefs convertibles.

Arrêter le rotor / rotor de l'accumulateur

La technologie de protection d'arrêt a été utilisée par le Herrick HV-2 , l'un des premiers avions convertibles à être connu, dès les années 1930. Ici, l'aile supérieure d'un biplan pouvait tourner pendant le décollage et l'atterrissage, alors qu'elle était fixée comme l'aile supérieure en vol horizontal. Dans les années 1950, Sikorsky a présenté son design XV-2 dans le cadre d'un appel d'offres de l'armée américaine. Le rotor monopale doit être rangé dans la partie supérieure du corps après son arrêt. Cependant, après la phase d'évaluation, le projet a dû être abandonné. Le projet Messerschmitt Me 408 , qui prévoyait deux rotors d'accumulation pliables, n'a pas dépassé la phase de conception à la fin des années 1960.

Un autre projet était le programme Canard Rotor Wing (CRW) de la DARPA , annoncé en 1998 , qui comprenait une grande aile de canard, des doubles poutres arrière et deux rotors propulsés par un turboréacteur à double flux. Le décollage vertical a eu lieu avec les rotors via un entraînement de bout de pale alimenté par le turboréacteur; Après la transition, le rotor doit être fixé et servir d'aile supplémentaire. La même année, Boeing a également présenté sa conception de Dragonfly basée sur un navire de conception similaire pour un véhicule aérien sans pilote. La coque ne mesure que 5,19 m de long.

Rotor d'inclinaison

L'un des premiers modèles était un pont à un et demi conçu par Henry Berliner au début des années 1920, qui était équipé de rotors d'inclinaison sur l'aile inférieure en saillie. L'avion hybride aurait atteint une vitesse d'environ 65 km / h lors des essais en vol. Les axes du rotor ne pouvaient pas être complètement inclinés en position horizontale, mais la conception de Berliner a été l'une des premières applications de cette conception pour les avions convertibles, qui est encore courante aujourd'hui.

Une autre conception avec cette conception était la «machine volante de Lehberger» brevetée par George Lehberger en septembre 1930. Cependant, il n'y a eu aucune mise en œuvre pratique.

À la fin des années 1930, un brevet pour l' héliplane britannique Baynes , également une conception de rotor d'inclinaison, a été accordé, mais n'a pas pu être réalisé en raison d'un manque de soutien financier de l'inventeur. Le Pearse Convertiplane des années 1940 était un avion monomoteur à rotor basculant, mais il n'a jamais volé.

L'un des premiers projets allemands qui peut en principe être considéré comme réalisable était le Focke-Achgelis Fa 269 , qui a été développé à partir de 1941 pour le compte du RLM. Ici, des hélices de poussée ont été fournies, qui, contrairement aux conceptions précédentes, devraient être inclinées vers le bas pour le vol stationnaire.

Aux États-Unis, Haviland Platt et Wynn LePage ont développé une construction de protor inclinable basée sur l'hélicoptère Platt-LePage XR-1 en 1950, qui devrait avoir un poids total de 26 t, mais qui n'a pas non plus dépassé le stade de la planche à dessin. La conception du modèle 1-G de Transcendental Aircraft Corporation (TAC) date également de la même époque (1947). L'ingénieur de conception était Bob Lichten, qui a apporté son expérience du concept de protection inclinable à TAC chez Platt LePage. Le 1-G a effectué plus de 100 vols, avec des transitions partielles atteignant jusqu'à 10 ° vers le mode de vol horizontal, avant que la machine ne s'écrase le 20 juillet 1955 lors de tentatives de vol dans la baie de Chesapeake. Cependant, le pilote n'a pas été blessé parce que l'accident s'est produit dans la zone de rive peu profonde. Le 1-G est considéré comme le premier avion convertible à avoir réussi à démontrer la transition entre les différents modes de vol. Les essais avec le successeur élargi TAC Model 2 ont également été interrompus en 1957 en raison d'un manque de ressources financières.

Dans les années 1950, l'armée américaine et l'US Air Force ont lancé un programme de recherche pour étudier la faisabilité d'un avion VTOL à grande vitesse pour compléter les hélicoptères existants. Trois concepts ont été promus, dont le Bell XV-3 était le design le plus réussi. Avec le XV-3, des recherches approfondies ont été menées pour la première fois sur les instabilités aéroélastiques difficiles à contrôler de la combinaison du rotor, des nacelles du rotor et des ailes. Cela comprenait même des tests avec un spécimen dans la grande soufflerie du centre de recherche Ames.

Bell a eu des succès initiaux avec le XV-15 . En 1981, l' USMC a passé une commande pour un transporteur de zone de combat VTOL avancé sous la désignation «VHXM». Cependant, celui-ci a été abandonné et remplacé par un appel d'offres conjoint pour toutes les branches des forces armées (JVX: «Joint services, Vertical lift, Experimental»). Il était prévu d'acheter 1086 machines en 1982. Ce concept a finalement abouti au Bell V-22 .

Les conceptions avec des hélices canalisées inclinables peuvent être considérées comme un sous-groupe distinct d'aéronefs à rotor inclinable . Il s'agit notamment du Doak VZ-4 , qui a effectué son premier vol stationnaire en février 1958, du Nord 500 , qui a volé pour la première fois en 1968, et du Bell X-22, qui a été testé de 1966 à 1980 .

Les types de rotor d'inclinaison qui sont encore en cours de test sont l' AgustaWestland AW609 (premier vol en 2003) et une variante du Vahana (premier vol en 2018).

Palette d'inclinaison

Un avantage particulier de la conception de l'ailette d'inclinaison peut être vu dans le chemin d'écoulement optimal sur les surfaces de contrôle pendant la phase de transition . Le lavage vers le bas n'est pas non plus gêné, car l'aile surélevée ne protège pas de manière significative le flux du rotor vers le bas et ainsi la perte de portance est évitée. Le plus grand inconvénient est la sensibilité au vent d'une aile verticale en vol stationnaire, qui agit comme une "porte de grange". Le mécanisme d'inclinaison, qui doit transmettre des forces importantes, augmente le poids total de l'avion plus qu'avec le concept de protor d'inclinaison.

Le "Converta-Wing" de DH Kaplan des années 50 est considéré comme l'un des premiers concepts développés. Dans ce projet conjoint de la marine et de l'armée de l'air, deux turbines à gaz Boeing étaient censées fournir l'entraînement des rotors aux extrémités des ailes. Les pales du rotor étaient relativement courtes par rapport aux conceptions ultérieures et devraient fonctionner à grande vitesse. À la fin des années 1950, la NASA a enquêté, y compris dans la grande soufflerie de Langley, sur un échantillon de six rotors à aubes courtes qui étaient censés être entraînés par un moteur électrique de 1000 chevaux. Des volets à double fente, qui atteignaient plus de 60% de la profondeur, ont été utilisés pour augmenter la portance.

Les autres projets d'ailettes inclinables terminés étaient:

  • Vertol VZ-2 , le premier avion à voilure inclinable qui a pu démontrer toute l'utilité de cette technologie en tant que démonstrateur. Le premier vol a eu lieu en avril 1957 et la première transition complète (décollage vertical - vol en palier - atterrissage vertical) en juillet 1958. Le VZ-2 a effectué 450 vols et 34 transitions complètes.
  • Hiller X-18 ; le seul construit sur le fuselage d'un Chase XC-122 et a volé pour la première fois en novembre 1959. En plus des deux turbopropulseurs Allison T40 , le X-18 avait également un Westinghouse J34 pour la direction autour de l' axe de tangage .
  • Kaman K-16B , un projet de l'US Navy du début des années 1960 pour un hydravion à voilure inclinable basé sur un Grumman JRF Goose. L'aile ne pouvait être pivotée que jusqu'à une position de 50 °. Deux General Electric T58 propulsent chacun une hélice d'un diamètre de 4,58 m. Cependant, pour des raisons inexpliquées, seules des enquêtes en soufflerie et aucun test en vol ont eu lieu.
  • Ling-Temco-Vought XC-142 ; ce programme visait à démontrer la capacité opérationnelle d'un transporteur VTOL dans des conditions de terrain et était le premier projet de VTOL soutenu conjointement par toutes les forces armées américaines. La première transition a eu lieu en novembre 1964.
  • Canadair CL-84 ; le premier des quatre prototypes construits a réalisé la première transition réussie en janvier 1966.

Plus d'avions convertibles

Littérature

  • Steve Markman, Bill Holder: Tout droit. Une histoire du vol vertical . Un livre d'histoire militaire de Schiffer, 2000, ISBN 0-7643-1204-9 .
  • Franklin D. Harris: Un aperçu des autogyres et du McDonnell XV-1 Convertiplane . NASA / CR-2003-212799 (PDF; 14,2 Mo) .
  • Martin D. Maisel, Démo J. Giulianetti, Daniel C. Duagn: L'histoire de l'avion de recherche XV-15 Tilt Rotor. Du concept au vol . Monographies dans l'histoire de l'aérospatiale # 17, The NASA History Series (PDF; 2,5 Mo) .
  • Kyrill von Gersdorff, Kurt Knobling: hélicoptère et gyrocoptère . L'aviation allemande . Volume 3. Bernard & Graefe Verlag Munich, 1982, ISBN 3-7637-5273-0 .
  • Hans-Joachim Polte: hélicoptère. Histoire, technologie, engagement . Éditeurs ES Mittler, ISBN 978-3-8132-0924-2 .
  • Percée pour le rotor d'inclinaison . Dans: Air International , septembre 1982, p. 146.

Preuve individuelle

  1. ^ Www.lexingtoninstitute.org: «Avec des milliers d'heures d'emploi opérationnel en Irak et en Afghanistan, le V-22 a laissé derrière lui tous les doutes sur ses performances et son efficacité. À l'avenir, l'Osprey pourrait bien devenir l'une des plates-formes stratégiques les plus importantes de ce pays. "
  2. ↑ Leonardo (AgustaWestland) AW609 TiltRotor , consulté le 16 janvier 2020
  3. ↑ von Gersdorff, Knobling: p. 255.
  4. ↑ Hans-Joachim Polte: p. 13.
  5. ↑ Limitations de vitesse du giravion
  6. ^ Photo du Convertiplane de Berlin à Maisel, Giulianetti, Dugan, p. 6
  7. ^ Dessins de brevet et texte sur la machine volante Lehberger
  8. ↑ Dessins et données du Baynes Heliplane , consulté le 16 janvier 2020
  9. ^ Pioneer Pearse (Talkback), dans AIR International, juillet 1978, p. 32 f.
  10. ↑ von Gersdorff, Knobling: p. 47f.
  11. ↑ Photo et histoire de Transcendental Aircraft Corporation 1-G sur www.aviastar.org
  12. ↑ http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080022367_2008020986.pdf , p. 13 et suiv.
  13. ^ Markman & Holder, p. 22
  14. ^ Markman & Holder, p. 22
  15. ^ Aerospatiale X-910 (Fichier Airdata), dans AIR International, Juin 1977, p 307.