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L’intercepteur ADAV à rotor axial Focke Wulf « Triebflügel » [17]
Parmi les projets les plus fous élaborés par le IIIe Reich figure celui d’un chasseur à décollage et atterrissage vertical (ADAV), mu par un rotor axial formé de 3 gigantesques pales équipées de statoréacteurs. Ce projet, élaboré en septembre 1944 par Focke Wulf sous la direction de l’ingénieur Heinz von Halem, fut baptisé « Triebflügel » (aile motrice). Né de la rencontre des études du professeur de sciences naturelles E. von Holst et des travaux sur les statoréacteurs de l’ingénieur von Pabst, cet engin présentait des caractéristiques aéronautiques révolutionnaires pour l’époque et qui n’ont guère été approfondies depuis lors, si ce n’est par le fameux « Coléoptère » français qui s’en est directement inspiré dans les années 1950. Le Triebflügel fut le seul projet ADAV développé par l'Allemagne durant la seconde guerre mondiale qui s'approcha peu ou prou de la réalisation effective. Le grand avantage de cette conception était un avion capable de décoller verticalement et avec une forte vitesse ascensionnelle et ceci sans piste préparée. L'appareil pouvait ainsi être déployé depuis n'importe quelle surface dégagée, à partir d’une simple clairière, d’une cour d’usine ou d’un square en pleine ville. Cela en faisait un engin idéal pour répondre au concept d’« Objektschutzjäger » (chasseur de protection de zone) développé en 1944 par l’Allemagne pour protéger ses sites stratégiques…. Le Triebflügel permettait de s'affranchir définitivement des pistes d'aérodromes, qui constituaient des cibles faciles très vulnérables aux bombardements, et utilisait un mode de propulsion simple et peu coûteux (statoréacteur).
Origines
L’origine du « Triebflügel » remonte à 1940. A cette époque, le Professeur d’histoire naturelle E. von Holst de l'Institut de zoologie de Göttingen cherchait à étudier le vol des insectes au moyen de maquettes volantes à ailes battantes. S’inspirant de ses études il construisit un premier modèle réduit d’« ornithoptère » doté de 2 paires d'ailes, baptisé « Libelle » (Libellule) et qui volait remarquablement bien. Ses travaux l'amenèrent ensuite à simplifier le système, en remplaçant le mouvement naturel des battements d'ailes par un mouvement rotatif. Il construisit ainsi une série de maquettes formées d’un fuselage autour duquel tournaient deux rotors contrarotatifs tripales pouvant voler depuis la vitesse zéro (vol stationnaire) jusqu’à une vitesse maximale définie. Ses derniers modèles réduits comportaient d'immenses hélices capables d'assurer à la fois la portance et la propulsion.
Naissance du concept
Début 1944, von Holst présenta ses maquettes au bureau d’études de Focke-Wulf à Bad Eilsen, en suggérant qu’il était possible de construire un nouveau type d’avion sur la base de ce concept. Cela tombait bien car au même moment l'Ingénieur Otto von Pabst, qui travaillait sur les statoréacteurs, était parvenu à concevoir un propulseur de ce type en forme d'œuf, beaucoup plus compact que les longs « tuyaux de poêle » étudiés par son confrère Eugen Sänger. Restait à trouver comment associer ce nouveau type de moteur – en cours de test au banc d’essai - à une cellule d’avion. Plusieurs projets furent envisagés dans lesquels les propulseurs étaient fixés aux empennages d'un avion traditionnel (par exemple le Focke Wulf TA 183). Mais comme le statoréacteur ne fonctionne - par définition - qu'au-delà d'une certaine vitesse assurant l’alimentation en air autonome du réacteur, il fallait accélérer l'avion jusqu'à ce qu'il atteigne ce seuil critique. Cela impliquait d’utiliser pour le décollage soit une catapulte à vapeur (comme pour le V1), soit un moteur-fusée d’appoint pour permettre à l’appareil de quitter le sol et d’atteindre la vitesse suffisante pour amorcer le statoréacteur. La solution constituant à entraîner un rotor avec les statoréacteurs ovoïdes mis au point par von Pabst était tentante : en associant les mini stato de Pabst à l’ornithoptère à rotors de von Holst, on pouvait obtenir un avion à décollage et atterrissage vertical. L’ingénieur von Pabst et le constructeur aéronautique Heinz von Halem se penchèrent donc sur le problème. Le résultat final fut l’incroyable « Triebflügel ».
Propulsion
Outre le principe du décollage et de l’atterrissage vertical (ADAV), la particularité essentielle du « Triegflügel » résidait dans son mode de propulsion absolument révolutionnaire: un rotor annulaire géant tournant autour du fuselage, entraîné par de petits statoréacteurs disposés au bout des pales. Ce rotor était placé au niveau du centre de gravité de l’appareil, au tiers supérieur du fuselage. Il comportait trois grandes pales vrillées, fixées sur un anneau rotatif tournant grâce à des roulements autour du corps cylindrique de l’appareil. Chacune des pales comportait à son extrémité une nacelle ovoïde renfermant un statoréacteur miniaturisé dont l’orientation divergente entraînait le mouvement giratoire du rotor. Cette solution élégante offrait un grand avantage : étant donné que le système d’entraînement était situé à l’extrémité des pâles du rotor et non au niveau du moyeu, aucun couple de rotation n'était transmis au fuselage par le rotor (contrairement aux hélicoptères). Cette absence d’effet de couple permettait de s’affranchir d’un deuxième rotor contrarotatif et garantissait une grande stabilité de vol.
Motorisation
Chaque statoréacteur avait un diamètre de 70 cm et fournissait environ 840 kg de poussée, soit une poussée cumulée de 2520 kg. Ces réacteurs miniaturisés constituaient un véritable exploit technique. Ils étaient le fruit des essais conduits depuis 1941 par Otto von Pabst au département de dynamique des gaz de Focke Wulf, à Bad Eilsen. Grâce au développement de brûleurs spéciaux et à la compression d'air générée par la vitesse, Pabst avait réussi à développer un statoréacteur miniaturisé dont la longueur n'excédait pas deux fois et demi son diamètre, ce qui donnait un moteur compact et ovoïde, idéal pour un mouvement en rotation. Ces statoréacteurs furent testés avec succès en soufflerie jusqu'à des vitesses de Mach 0.9. Ils étaient alimentés en carburant depuis le fuselage, par la simple force centrifuge des moteurs en rotation. En outre, ils consommaient du fuel de faible qualité, nécessitant peu de raffinage, atout précieux pour un pays souffrant de graves pénuries en carburant.
Décollage
S’il offrait de grands avantages, le choix de statoréacteurs pour l’entraînement du rotor présentait toutefois un inconvénient majeur : par définition, ce type de moteur ne fonctionne qu’au-dessus d’une vitesse minimale de 300 km/h, la compression d’air dans le tube du statoréacteur étant obtenue par la simple vitesse de déplacement de l’appareil. En dessous de ce seuil, le statoréacteur est inopérant et ne produit aucune poussée. La seule solution consistait à faire atteindre la vitesse critique à l'air circulant dans les statoréacteurs sans que l'avion ne bouge, ce qui pouvait être obtenu par rotation sur le Triebflugel. Au départ, les pales étaient donc mises en mouvement et accélérées par trois moteurs fusées à poudre HWK Walter intégrés au centre des nacelles des statoréacteurs et développant chacun 300 kgp. Ce sont ces moteurs à poudre miniaturisés qui permettaient de lancer le rotor. Dès que la vitesse critique était atteinte, le carburant était injecté dans les statoréacteurs pour enflammer le mélange et amorcer la réaction. Pour arracher l’appareil du sol, le régime devait atteindre 220 tours/minute. Le pilote inclinait alors les pales pour qu’elles mordent l’air et décollait à la verticale. La transition vers le vol horizontal s'effectuait ensuite par inclinaison graduelle de l'angle de vol.
Rotor
A l’origine, il semble que les ingénieurs aient d’abord songé à doter l’appareil d’un rotor muni de pales droites, comme le montre le croquis 0310240-01 retrouvé après guerre. Ce rotor n’était supposé être utilisé que durant la phase ascensionnelle verticale et non pour le vol en palier. Il était arrêté à l’issue de la translation, la propulsion en vol horizontal étant ensuite assurée par la seule poussée directe des 3 statoréacteurs. Cette solution, extrêmement complexe à mettre en œuvre, ne fut pas retenue. Tous les autres croquis montrent en effet des pales vrillées (impossible à utiliser comme ailes fixes) dont l’angle d’inclinaison pouvait être modifié à volonté au cours du vol. La sustentation et la propulsion de l’appareil étaient générées non par le flux direct des réacteurs, mais simplement par le mouvement giratoire du rotor lancé à pleine vitesse. Le profilage des pales présentait une torsion croissante de l'emplanture à l'extrémité, à l’instar du pas d'une hélice. Leur degré de portance pouvait ainsi être constamment ajusté par le pilote en modifiant leur angle d’inclinaison et la vitesse de rotation du rotor, augmentant ou diminuant ainsi la sustentation et la poussée exercées par les pales sur l’air ambiant. Au départ, tant que les pales étaient réglées en position neutre, la rotation du rotor n’exerçait aucune poussée. Le décollage s’effectuait en modifiant leur inclinaison de + 3 degrés pour leur faire « mordre » l’air, ce qui créait une poussée ascensionnelle verticale suffisante pour arracher l’appareil du sol. Durant le vol en palier, l’inclinaison des pales était graduellement ramenée jusqu'à 90 degrés par rapport à la verticale, ce qui les transformait en ailes relativement classiques. La transition entre le vol vertical et le vol horizontal (et vice versa) était évidemment la phase la plus délicate. Les manœuvres d'atterrissage, qui devaient se faire à reculons par un pilote étendu sur le dos, promettaient d'être particulièrement difficiles. Pour le vol horizontal et en absence d'une voilure conventionnelle, la portance était générée par le principe de la « radial lift force » et les surfaces mobiles arrière devaient être légèrement abaissées pour participer à la poussée ascensionnelle. L’appareil avait une autonomie de 2400 km pour une vitesse de croisière de 650 km/h à 15'000 m d’altitude. La vitesse de pointe prévue était de 1100 km/h, donc subsonique.
Technique de pilotage
Le passage du vol ascensionnel au vol en palier nécessitait une translation particulièrement délicate au cours de laquelle le pilote devait progressivement faire basculer son appareil de la position verticale à la position horizontale. La transition inverse, lors de l’atterrissage, était encore plus difficile et requérrait du doigté. Elle impliquait une coordination parfaite entre la réduction progressive de la sustentation fournie par le rotor et le maintien en équilibre de l’appareil. L’atterrissage aurait constitué un véritable défi : il s’agissait de doser exactement les gaz pour laisser descendre doucement l’appareil en marche arrière, sans le laisser basculer latéralement ni provoquer son décrochement vers le sol par manque de sustentation. Le « Triebflügel » était alors à la merci du moindre incident. Une fausse manoeuvre, une seconde d’inattention ou une rafale de vent pouvaient déséquilibrer irrémédiablement l’engin et le précipiter brutalement vers le sol...avec les conséquences qu’on imagine.
Armement
L'armement était entièrement concentré dans le nez, de part et d’autre de l’habitacle. Il comprenait 2 canons de 30 mm MK-103 approvisionnés à 100 coups chacun, et deux canons de 20 mm MG 151/20 approvisionnés à 230 coups. L’orifice de ces canons n’était pas parallèle à l'axe de symétrie du fuselage mais incliné à quinze degrés vers l'avant, car Le Triebflügel ne volait pas avec un fuselage horizontal mais légèrement incliné vers l'arrière pour conserver une composante portance au rotor.
Cellule et guidage
Le corps de l’engin était constitué par une cellule fuselée, profilée en forme de balle de fusil, dont l’aérodynamisme avait été soigneusement étudié pour améliorer ses qualités balistiques. L’empennage comprenait 4 dérives verticales. Le contrôle de l’appareil et les corrections de trajectoire étaient obtenus en actionnant indépendamment l’un ou l’autre des 4 gouvernails situés sur les éléments en croix de l’empennage.
Cockpit
Le cockpit monoplace, à peine saillant pour réduire le frottement, était placé très en avant du fuselage, de façon à offrir le maximum de dégagement visuel. Pour prendre place dans son siège-baquet, le pilote devait donc recourir à une échelle dressée contre le fuselage. Cette disposition était évidemment mal commode et très inconfortable car, au moment du décollage, le dos du pilote était écrasé contre le dossier par la force cumulée de la poussée du rotor et de la pression exercé par le poids de son propre corps, attiré vers le bas par la gravitation terrestre. Elle présentait surtout un grave inconvénient : celui de rendre très périlleux la phase d’atterrissage, le pilote, couché sur le dos, devant littéralement se tordre le cou vers l’arrière pour observer le sol par-dessus son épaule.
Train d’atterrissage
Au sol, l’essentiel du poids de l’appareil reposait sur une roue centrale (78 x 26 cm) montée sur un vérin hydraulique de 50 cm qui se rétractait longitudinalement dans le fuselage durant le vol. L’équilibre de l’engin dressé à la verticale était assuré par quatre petites roulettes auxiliaires (38 x 15 cm) placées à l’extrémité des éléments de l’empennage et qui étaient déployées grâce à des vérins hydrauliques coulissant dans les dérives. N’étant pas totalement rétractables à l’intérieur de la cellule, les roues du train étaient protégées en vol par un système de carénages profilés en forme de coquilles, qui se refermaient autour des roues pour éviter de générer des turbulences dans le sillage de l’appareil.
Un concept révolutionnaire mais resté inachevé
La fin rapide de la guerre mit un terme brutal au développement du « Triebflügel ». Le temps manqua aux Allemands pour achever la mise au point de cet appareil révolutionnaire qui aurait dû effectuer son vol inaugural en 1946. Au moment de l'effondrement du Reich, la théorie aérodynamique avait été testée et des prototypes du statoréacteur de von Pabst tournaient déjà en soufflerie. Cependant de nombreux problèmes pratiques restaient encore à résoudre : l'atterrissage était plutôt critique (des miroirs de visée étaient prévus), la consommation faramineuse du système limitait notablement l'autonomie de l’appareil et le pilote ne pouvait pas s'éjecter en cas d’urgence à cause du rotor. Si l’appareil avait été construit, les ingénieurs avaient prévus de briser le rotor grâce à des charges explosives (comme pour les empennages du Do 335 « Pfeil »), puis d'éjecter avec une autre charge le cône avant renfermant l’habitacle (comme sur les avions de reconnaissance DFS 228 et DFS 346) pour permettre ensuite au pilote de s'extraire et de se parachuter.
Développements ultérieurs
Le « Triebflügel » est clairement l’ancêtre direct du « Coléoptère » français, dont le projet, amorcé dans les années 1950, reprit le principe général de l’appareil allemand tout en l’adaptant et en le perfectionnant. Les travaux des Français prouvèrent que cette conception tout à fait novatrice d’un appareil mu par un rotor axial était viable, bien que très difficile à gérer et posant de nombreux défis technologiques et pratiques. Les nombreux problèmes techniques sur lesquels buttèrent les Français sonnèrent d’ailleurs le glas du programme « Coléoptère », définitivement abandonné en 1969 suite à l’accident malheureux qui détruisit le troisième prototype. Aux Etat-Unis, Convair et Lockheed étudièrent, après guerre le concept ADAV avec les prototypes Convair XFY-1 et Lockheed XFV-1 « Pogo ». Mais les essais ne débouchèrent sur aucune commande, vu les difficultés énormes posées par l’atterrissage et par la transition entre le vol vertical et le vol horizontal, problèmes qui ne furent jamais vraiment résolus…
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