Fernand Carrel - Amicale Aviation 4 - Suisse

Qualités de vol en trans-
         et supersonique

Par Fernand Carrel

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Fernand Carrel

Histoires de champs d'azur et d'étoiles

Au passage du "mur du son", dans le sens accélération et en vol horizontal, le pilote ne voit, n'entend et ne sent rien de particulier. Le bang est derrière lui et l'avion (Mirage, Tiger, F/A-18 et autres appareils de cette classe) est parfaitement stable, sans vibrations. En fait, le pilote ne s'aperçoit qu'il a passé Mach 1 qu'à la lecture du machmètre et, s'il est très attentif, de l'altimètre. A Mach 0.97, l'aiguille du machmètre reste bloquée jusqu'à ce que l'onde de choc passe derrière le tube Pitot. A ce moment, elle avance directement sur Mach 1.01 alors que l'aiguille de l'altimètre fait un saut de 160 à 200 mètres sans que l'avion ne soit monté; c'est ce qu'on appelle la saute de statique (l'erreur d'altimétrie va se corriger d'elle-même avec l'augmentation du Mach). Désormais on est en supersonique! Le centre de poussée (point d'application fictif de la résultante des forces aérodynamiques) recule toujours plus. Ce qui exige une correction continue "à cabrer" sur le manche à balai; sur les avions considérés, cette correction est automatiquement prise en charge par les systèmes d'assistance au pilotage (auto commande sur Mirage III, ordinateur des commandes de vol électriques sur appareils tels que F/A-18, F-15, F-16). Cependant, la course disponible du gouvernail de profondeur, respectivement des élevons (Mirage III) diminue au fur et à mesure que le Mach augmente, réduisant donc d'autant le facteur de charge maximum possible. Sur un avion à servocommandes hydrauliques comme le Mirage III ou le Tiger, le pilote peut très bien observer le recul progressif du manche à balai; par ailleurs la force nécessaire pour mouvoir les élevons, respectivement la gouverne de profondeur, est beaucoup plus importante qu'en subsonique. La saturation de la servocommande hydraulique est donc aussi un facteur limitatif sur un avion sans commandes de vol électriques. Sur Mirage III S, par exemple, la saturation est atteinte avec 4,5 g à Mach 1.6 et avec 5 g en transsonique.

A partir d'environ Mach 1.6, la plupart des systèmes de conditionnement d'air des avions de combat ne sont pas assez puissants pour compenser l'échauffement cinétique et le pilote commence à ressentir l'élévation de température dans la cabine.

Par exemple, à 11'000 m/M en atmosphère standard, la température statique (température extérieure) est de -56,5°C; à Mach 1.6 la température totale To (température d'impact due au frottement de l'air) est de +54, 4°C; elle monte à +116,8°C à Mach 2…et il vaut mieux avoir sélecté "froid maxi" sur le contrôle de conditionnement de la cabine! Pour mémoire, la température totale To est égale à la température statique multipliée par (1 +0,2 Mach au carré); le calcul doit se faire en ° Kelvin.

F/A 18 Hornet

F/A-18C en supersonique: en atmosphère humide,
 l'eau se condense en vapeur le long des ondes de choc

Pour le retour en subsonique, c'est une autre histoire. En vol rectiligne, pas de problème; la saute de statique se reproduit à l'envers cette fois, un peu plus tard qu'à l'aller, soit vers Mach 0.94. En virage, par contre, au moment où le centre de poussée revient vers l'avant, les élevons, respectivement la gouverne de profondeur, retrouvent d'un seul coup toute leur efficacité et le risque d'autocabrage peut être très important, selon le type d'avion et le système de commandes de vol. Avec le Mirage III S, le facteur de charge maximum en transsonique, lors d'un retour en subsonique, est limité à 4,0 g afin d'éviter un dépassement du facteur de charge maximum autorisé de l'avion de 7,5 g, au moment de la saute de statique.

NB: le problème de la saute de statique doit être considéré avec sérieux lors de vols à haute vitesse subsonique en-dessous de 10'000m/M, où le supersonique est interdit en Suisse. Si l'on évolue à Mach 0.97, même à basse altitude, il y a risque de passer en supersonique sans le vouloir; on ne s'en rendra compte qu'après la saute  de statique et le mal sera fait car les effets néfastes du double-bang (nuisances sonores, bris de vitres, affolement des animaux, etc) sont d'autant plus marqués que l'altitude est basse, même si la surface d'impact au sol du cône de propagation de l'onde de choc est moins importante. D'ailleurs, avant même de passer "le mur du son", des parties de l'avion peuvent déjà se trouver en transsonique et provoquer de petites ondes de choc qui, en se détachant, entraîneront des perturbations locales. Il faut donc impérativement éviter de voler à plus de Mach 0.95 en-dessous de 10'000 m/M.

Dassault Rafale

Rafale en supersonique

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