Aile à géométrie variable

Géométrie variable

Un F-14 Tomcat avec les ailes dépliées
Un F-14 Tomcat avec les ailes repliées

La voilure à géométrie variable est une voilure dont la forme peut être modifiée en cours de vol, afin de rendre un aéronef capable d'évoluer à différentes vitesses sans perte d'efficacité.

La solution la plus courante consiste à articuler tout ou une partie de la voilure pour pouvoir augmenter sa flèche à grande vitesse, et la diminuer à basse vitesse.

Ce type de voilure est utilisé uniquement sur les avions militaires. Parmi les exemples les plus connus on peut citer le F-14 Tomcat américain et le MIG-23 Flogger soviétique.

Sommaire

Explication aérodynamique

La forme d'une voilure d'avion est en général adaptée et optimisée pour un seul type de vol : une aile droite convient par exemple aux faibles vitesses, alors qu'une aile en flèche est nécessaire pour les vitesses supersoniques mais convient moins bien aux basses vitesses.

Ceci s'explique sur le plan théorique avec le coefficient de frottement (Cx) et le coefficient de portance (Cz), qui dépendent directement de la configuration de voilure. À faible vitesse, on doit avoir un Cz important et donc une surface de portance importante. À haute vitesse, l'importance du Cz se réduit, par contre la valeur du Cx augmente ce qui a pour conséquence une augmentation de consommation de l'aéronef. Le Cx dépend entre autres de l'angle d'attaque (flèche) de l'aile.

Ce phénomène peut être observé dans la nature, en particulier chez certains rapaces et oiseaux de mer qui volent les ailes déployées au maximum pour planer mais peuvent aussi les replier partiellement en forme de « W » lorsqu'ils fondent sur leur proie ou plongent dans l'eau.

Historique

Photo-montage montrant les 3 positions possibles de l'aile du X-5.
Un Mikoyan-Gourevitch MiG-23 soviétique.

Le premier avion au monde capable de changer la flèche de sa voilure en vol fut l'avion expérimental américain Bell X-5, qui fit son premier vol le 20 juin 1951. Le X-5 ressemblait beaucoup au prototype Messerschmitt Me P.1101, dont la construction avait été interrompue par défaite de l'Allemagne à la fin de la Seconde Guerre mondiale, et dont la flèche pouvait être modifiée au sol. Cependant, dans le cas du P.1101, cette nouveauté avait sans doute été introduite uniquement pour permettre de tester différentes configurations lors des vols d'essais. Les deux X-5 construits effectuèrent environ 200 vols d'essais jusqu'en 1958.

En parallèle des expérimentations du X-5, le constructeur Grumman proposa à l'US Navy un avion de chasse à réaction équipé d'une aile à deux positions : l'une pour le décollage et l'appontage, l'autre pour le vol normal à vitesse élevée. Le prototype XF10F Jaguar fit son premier vol le 19 mai 1952 mais présentait tant de défauts que le projet fut abandonné en avril 1953.

La technique de la géométrie variable fini par être maitrisée dans les années 1960, et le premier avion de ce type mis en service dans le monde est le bombardier américain General Dynamics F-111 en 1967. Il sera suivi par le célèbre F-14 Tomcat en 1974. De leur côté, les soviétiques mettent en service en 1970 à la fois l'avion d'attaque Soukhoï Su-17 et le chasseur MIG-23, dont les prototypes ont volé respectivement en 1966 et 1967. En France, le Mirage III G fait son premier vol en 1966 mais n'aboutira sur aucune construction en série.

Seuls une dizaine de modèles d'avions à géométrie variable ont cependant été construits en série, et aucun nouvel avion de ce type n'a été mis en service depuis les bombardiers Rockwell B-1 Lancer (américain) et Tupolev Tu-160 Blackjack (soviétique) au milieu des années 1980.

Le morphing

Le démonstrateur MFX-1, produit par la société américaine NextGEN avec le soutien de Boeing, possède des ailes dont la forme peut varier extrêmement en vol. Lors des essais en vol, la surface alaire de la voilure a été modifiée de 40 % et l'envergure de 30 %[1], la flèche peut varier entre 15° et 30°.

Liste des aéronefs à ailes à géométrie variable

Mécanisme des ailes à géométrie variable du Panavia Tornado.

Expérimentaux

Production en série

Liens externes

Notes et références

  1. Air & Cosmos, éd. 2041 du 25 août 2006
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