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Message Publié : 01 Déc 2022 1:41 
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Grégoire de Tours
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La lecture de la biographie de Frank Whittle donne un exemple d'invention presque simultanée d'un concept en deux endroits différents, et d'une occasion manquée. Il s'agit du turbojet d'avion ou moteur à réaction, par Frank Whittle en Grande-Bretagne (1932), occasion manquée, mais idée reprise et développée en pratique par Hans von Ohain en Allemagne (1935).

Cette invention est née d'une nécessité physique. Il faut aller plus vite, plus haut, plus loin, et pour cela, certains facteurs s'imposent. Il faut éliminer du poids. La turbine est beaucoup plus légère qu'un moteur à pistons et hélice, se débarrasse de la traînée induite par l'hélice, et n'a pas le problème de la densité de l'air moindre à haute altitude qui étouffe les moteurs à explosion. Au contraire, l'altitude permet une plus grande vitesse dans l'air moins dense, et une plus grande efficacité du carburant. Voler plus haut permet de voler en air calme au-dessus de systèmes nuageux d'air instable, etc.

Les décideurs allemands ont été plus prompts à prendre la chose au sérieux et ont été les premiers à développer des avions à réaction (Arado, Heinkel, Messerschmidt).


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Message Publié : 01 Déc 2022 10:28 
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Plutarque
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Merci pour votre intervention intéressante.

Le problème pour l'aviation aura été de comprendre la nécessité d'avoir des ailes de type Delta pour passer au supersonique, car la vitesse de l'air autour du profil classique atteint le point de Mach avant l'avion et conduit au décrochage... Et le passage par la phase transsonique augmente énormément la trainée et conduit à une instabilité des commandes...Ca n'a pas été facile d'exploiter au mieux ce type de moteur au delà des vitesses subsoniques.

Mais le moteur à réaction a-t-il été inventé à l'origine pour l'aviation, ou pour propulser plus vite et plus loin des charges explosives ? Je ne me suis jamais posé la question...


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Message Publié : 02 Déc 2022 11:22 
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Pierre de L'Estoile
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Le premier turboréacteur a été présenté au salon de l’aéronautique de 1908.

Image

Les turbines à vapeur existaient déjà, il était cohérent d’adapter l’idée de remplacer un mouvement alternatif par une rotation continue aux moteurs à combustion interne.

Le développement tardif des turboréacteurs et turbines à gaz est dû je pense aux obstacles à surmonter en matière de métallurgie : si les premières hélices d’avion étaient fabriquées en bois, c’est qu’on ne savait pas les réaliser en métal.


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Message Publié : 02 Déc 2022 12:46 
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Pierre de L'Estoile
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Petite erreur dans mon message précédent : ce n'est pas 1908 mais 1910.


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Message Publié : 02 Déc 2022 13:10 
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X-ray a écrit :
Mais le moteur à réaction a-t-il été inventé à l'origine pour l'aviation, ou pour propulser plus vite et plus loin des charges explosives ? Je ne me suis jamais posé la question...

Vous pensez aux V1 ? Ils ont été utilisés alors que les avions à réaction (Messerschmitt 262 et Gloster Meteor) étaient en phase de test. Mais ils était plus complexes : on demande bien davantage à un avion que de parcourir 3 ou 400 km en ligne droite sans changer d'altitude...

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Message Publié : 02 Déc 2022 19:02 
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Plutarque
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Oui je pensais au V1 en effet.


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Message Publié : 02 Déc 2022 19:54 
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Euhhh, le V1, c'est un pulsoréacteur. Un pulsoréacteur n'a pas de turbine, tandis qu'un turboréacteur en a une ou deux.

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Une théorie n'est scientifique que si elle est réfutable.
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Message Publié : 03 Déc 2022 9:58 
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Grégoire de Tours
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Oui. Il ne faut pas classer dans la même catégorie les moteurs de fusée et les moteurs à base de produits pétroliers plus ou moins raffinés où le combustible doit se mélanger à l'air.

1. Les V1 et V2 sont des fusées. Il n'y a pas d'entrée d'air. A partir des V1, on a pu extrapoler le principe aux avions-fusées. Ces avions-fusées ont connu leur heure de gloire dans les années 40 et 50, non en combat mais en expérimental pour les records d'altitude et de vitesse. C'est grâce aux avions-fusées que l'on a passé le mur du son en premier (1947, Chuck Yeager). Le principe de ces avions pilotés non-autonomes est qu'ils étaient attachés sous le ventre d'un gros bombardier. Le bombardier décolle, le pilote de l'avion-fusée descend dans sa machine, et l'avion-fusée est largué comme une bombe. Il tombe alors et le pilote opère la mise à feu de la fusée, qui commence à propulser l'avion immédiatement à puissance maximale

Deux mots sur la course au supersonique. L'aile delta n'est pas le facteur indispensable, mais plutôt le profil de l'avion. Les premiers avions supersoniques n'étaient pas des ailes delta, mais des fusées avec de petites ailes. Par contre, le nez de l'avion doit être pointu à vitesse supersonique. A vitesse subsonique, le meilleur profil aérodynamique est arrondi (comme nos avions de ligne actuels).

Image
Le Bell X-1, premier avion supersonique. Notez l'absence d'entrée d'air: c'est un avion-fusée. Notez le nez pointu.

Image
Largage de l'avion-fusée Bell X-1

Les avions-fusée, donc, n'ont pas besoin d'entrée d'air. Ils brûlent leur combustible interne jusqu'à épuisement, puis planent sans combustible en fin de vol, et doivent redescendre, approcher le terrain et atterrir sans moteur. Ceci car il était difficile voire impossible à ces avions de ralentir et d'évoluer à des vitesses basses, une fois le combustible allumé. De plus, il y avait de trop gros risques liés à ce combustible explosif en cas de pépin à l'atterrissage. Le principe du planeur est resté le même jusqu'aux navettes spatiales contemporaines qui atterrissent en planant. (Le process est bien décrit dans le film "Space Cowboys" avec Clint Eastwood.)

A partir des années 50, les moteurs à réaction ont pris la place des avions-fusée dans la course à la vitesse, car ils permettent beaucoup plus de flexibilité des vitesses, un décollage autonome, etc. Le premier jet supersonique (jet = avion à réaction) est le F-100 super sabre en 1953.

2. le moteur à réaction, donc, a besoin d'entrées d'air pour la turbine. On voit que le Messerschmitt 262 de la fin de la 2GM, un avion subsonique à réaction muni de deux réacteurs, avait un design déjà très moderne.

Image

De même côté anglais, à la fin de la guerre, le Gloster 28:
Image

Parmi les avions à réaction des années 50 on voit beaucoup d'avions dont le nez est "coupé" car c'est l'entrée d'air d'une turbine unique. Le pilote est de fait assis sur la turbine.

Image
F-86 "Sabre" , typique de la guerre de Corée

Image
Dassault Ouragan, France

Ce design a largement été remplacé depuis.


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Message Publié : 03 Déc 2022 10:25 
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Pierre de L'Estoile
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Les V1 ne sont pas des fusées. Leur propulseur est un pulsoréacteur avec une entrée d’air et une tuyère de sortie.

Il parfaitement exact par ailleurs que l’aile droite a été un frein au développement des avions supersoniques. Les ingénieurs ont mis un peu de temps avant de le comprendre. Tous les avions supersoniques ayant été mis en service opérationnel ont des ailes inclinées si ce n'est des ailes delta.

La fusée n’a jamais été qu’un dispositif expérimental. Les avions supersoniques en service opérationnel sont tous propulsés par des turboréacteurs.


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Message Publié : 03 Déc 2022 12:23 
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Plutarque
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Merci pour vos explications collectives. Toutefois, je voudrais relativiser cette remarque :

GustavedeBeaumont a écrit :
Deux mots sur la course au supersonique. L'aile delta n'est pas le facteur indispensable, mais plutôt le profil de l'avion. Les premiers avions supersoniques n'étaient pas des ailes delta, mais des fusées avec de petites ailes. Par contre, le nez de l'avion doit être pointu à vitesse supersonique. A vitesse subsonique, le meilleur profil aérodynamique est arrondi (comme nos avions de ligne actuels).


Avec des ailes droites, l'onde de choc (celle du cône de Mac, qui se replie sur le nez de l'avion) interfère avec l'aile, et perturbe donc l'écoulement dans la partie extérieure des ailes, ce qui rend l'avion non pilotable. C'est pourquoi en effet, au début, on mettait de petites ailes, pour qu'elles restent à l'intérieur du cône de Mach. Le problème c'est que dans ce cas, soit l'avion n'est pas autonome (avion fusée), soit il vole très mal à vitesse subsonique...L'idée a donc été de rabattre les ailes, ce qu'on appelle des ailes en flèche (swept back Wings), puis ensuite de créer des ailes delta voir des ailes plus complexes, comme celle du concorde (Profile dit "gothique"). Cela permet à la totalité de l'appareil, donc des ailes, de rester à l'intérieur du cône de Mach, et donc que l'écoulement autour du profil de l'aile reste suffisamment laminaire pour que la portance perdure. Pour voler à basse vitesse, ces profils ont besoin par contre d'un fort taux d'incidence. D'où une autre solution qui permet à la fois le vol subsonique et le vol supersonique que sont les ailes "à géométrie variable", comme sur le F-15.

J'espère être assez clair. Tout ça pour dire que le type d'aile est très important pour le vol supersonique...Sans parler de la structure (qui s'échauffe en transsonique et donc se déforme), ni de l'importance d'ailes à profil mince pour éviter les désagréments du passage au point de Mach qui arrive plus tôt sur l'aile classique (décrochage, buffeting des commandes, augmentation locale de la "température de peau"...).


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Message Publié : 03 Déc 2022 12:43 
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On comprend mieux avec cette image :
Les traits obliques correspondent à l'onde de choc en fonction de la vitesse, en supersonique. Plus l'avions va vite, plus l'onde se rabat. On voit bien, en bas (E), que l'aile droite subit l'onde de choc au maximum. Donc soit on fait de petites ailes (B ou C), soit une aile Delta. Et pour terminer, si l'aile Delta s'est généralisée, c'est car elle présente une plus grande surface ailaire. Or la portance dépend en partie de cette surface. Une aile Delta "vole" donc mieux que de petites ailes, même en flèche.


Pièces jointes :
angle choc et fleche 2.gif
angle choc et fleche 2.gif [ 39.92 Kio | Consulté 4342 fois ]
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Message Publié : 03 Déc 2022 14:05 
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X-ray a écrit :
D'où une autre solution qui permet à la fois le vol subsonique et le vol supersonique que sont les ailes "à géométrie variable", comme sur le F-15.

C'est le F-18 Super Hornet qui a des ailes à géométrie variable. Je pense que cette solution a été choisie parce que c'est un avion de l'Aéronavale, qui a besoin de beaucoup de portance au décollage et à l'appontage.

Le F-15 est un "intercepteur" qui privilégie la vitesse. Il a été le premier avion de série à disposer d'une poussée moteur supérieure à son poids - c'est un biréacteur - ce qui lui donnait la possibilité théorique de grimper à la verticale.

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Message Publié : 03 Déc 2022 15:09 
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GustavedeBeaumont a écrit :
Le Bell X-1, premier avion supersonique.


Oui ... mais. Le Bell X-1 est un prototype servant à étudier le domaine presque supersonique et supersonique. Donc son profil n'est pas le fruit d'un compromis tel que ceux qui sont nécessaires pour des avions de combat ou des avions commerciaux. Donc, comme vous l'explique X-ray, on a pu faire des choix extrêmes qui n'auraient pas été viables sur des avions de série.

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Message Publié : 03 Déc 2022 17:36 
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Pierma a écrit :
X-ray a écrit :
D'où une autre solution qui permet à la fois le vol subsonique et le vol supersonique que sont les ailes "à géométrie variable", comme sur le F-15.

C'est le F-18 Super Hornet qui a des ailes à géométrie variable. Je pense que cette solution a été choisie parce que c'est un avion de l'Aéronavale, qui a besoin de beaucoup de portance au décollage et à l'appontage.

Le F-15 est un "intercepteur" qui privilégie la vitesse. Il a été le premier avion de série à disposer d'une poussée moteur supérieure à son poids - c'est un biréacteur - ce qui lui donnait la possibilité théorique de grimper à la verticale.


Je pensais au F-14 pardon, pas au F15. Mais je ne vois pas d'aile à géométrie variable sur le F-18...

Par contre, je vous assure, les ailes à géométrie variable ont bien pour intérêt d'adapter le profil au régime de vol. Droite à basse vitesse (donc à l'appontage par exemple, où l'on se rejoint) et à flèche max en vol supersonique. Souvenir de mes cours d'aérodynamique à l'ENAC.

Par contre sur les moteurs, je vous fais confiance, car ça n'a jamais été mon fort !


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Message Publié : 03 Déc 2022 17:39 
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Pierre de L'Estoile
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Petits correctifs

Ni le F15, ni le F18 n'ont des ailes à géométrie variable
Par contre ce dispositif existe sur les F-14, TORNADO, F111, B1, TU-160 BLACKJACK, SU 24, Mig 23, etc...

_________________
Le souvenir ne disparait pas, il s'endort seulement.
Epitaphe trouvée dans un cimetière des Alpes

La science de l'histoire est une digue qui s'oppose au torrent du temps.
Anne Comnène, princesse byzantine (1083-1148)

Le passé fait plus de mal que le présent
Proverbe Albanais


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