II.A. La forme des avions furtifs

1. Principe de la furtivité :

  La furtivité est l’art pour un objet de ne pas être détecté sur un écran RADAR. Ici nous prendrons l’exemple de l’avion furtif, qui se confond avec les échos et le réfléchissements  naturel d’ondes.
  L’avion doit avoir une surface équivalente radar (ou SER) la plus petite possible. La SER  d’une cible (ici un avion) quantifie le pouvoir réflecteur de cet objet quand il reçoit un signal RADAR (onde électromagnétique).

  Plus précisément: La grandeur qui caractérise le degré de réflectivité d’une cible soumise à un
champ électromagnétique est appelée SER. En d’autres thermes, c’est la capacité d’un avion à être plus ou moins détecté.

  Pour en revenir aux principes de la furtivité, l’avion doit être doté de matériaux spéciaux, lui permettant de réfléchir les ondes ou de les renvoyer (bien sur,  ailleurs que sur le récepteur du RADAR).

  Avant les matériaux, il est très important d’optimiser la forme des avions, nous verrons donc dans notre première partie pourquoi les avions furtif ont-ils une telle forme.

2. La forme des avions furtifs :

  Certes, la  forme des avions n’est qu’une contribution minime à la furtivité de  ces derniers, mais tous  de même très importante. Nous allons donc étudier la forme de ces 4 avions : 

SR-71 Blackbird

F-117

F-22 Raptor

B-2

  Premièrement, nous ne pouvons pas passer à coté de la géométrie principale de ces  4 avions (ils seront nos avions de référence tout au long du TPE), ils sont en forme de triangle au niveau des ailes (certains appareilles sont appelés ailes volantes). Ce type d’ailes est appelé « Ailes Delta ». Mais pourquoi ce choix ?

Qu’est ce qu’une aile delta ?

 6 différents types d’ailes dite delta.

Delta simple

Delta avec empennage

Delta tronquée

Brisée ou double delta

Gothique

Présentation du Blackbird :

C’est un avion espion de haute altitude, prédécesseur du  A-12 Oxcard, il est doté de Radars de haute technologie. Il n’est plus en service de nos jours, il fut
conçu en  32  exemplaires pour l’armée américaine entre 1968 et 1990. Il permettait ainsi aux américains d’être extrêmement discrets pour détecter leurs ennemis.

- Envergure : 17m

- Longueur : 32.74m

- V-MAX : 3 550 km/h (mach 3.3)

- Rayon d’action : 5 150 km

Présentation du F-22 Raptor :

Cet avion est, un avion de type militaire (avion de chasse). Encore en service dans l’armée américaine, il est utilisé pour le combat aérien. Conçu en 32 exemplaires pour remplacer les F-15 américains. Il est actuellement le meilleur avion de chasse furtif.

-Envergure : 13,56 m

-Longueur : 18,90 m

-V-MAX : 2 400 km/h (Mach 2,2)

-Rayon d’action : 2 960 km

Présentation du B-2 :

Cet aéronef est un avion stratégique furtif, il est encore en service. Il est utilisé par l’armée américaine. Il est l’image emblématique de  l’aile volante, c’est actuellement le plus célèbre avion de sa catégorie.

-Envergure : 52 m

-Longueur : 21 m

-V-MAX : 1 010 km/h (mach 0.825)

-Rayon d’action : 2 500 km

Présentation du F-117:

C’est un bombardier américain, qui est à la retraite depuis 2008. Dès sa conception, il était pensé pour avoir une SER la plus petite possible. Il fut gardé dans le plus grand secret durant 18 ans et beaucoup de rumeurs on courues sur le faite d’observation d’OVNI du fait de sa forme. C’est aussi une aile volante.

-Envergure : 13,21 m

-Longueur : 20m

-V-MAX : 1 150 km/h (mach 0.94)

-Rayon d’action : 2 100 km

  Après cette petite présentation des appareils, nous allons  revenir à notre sujet d’ailes Delta. À la base elles étaient en forme de triangle isocèle, mais depuis, différentes variantes ont été créées. Cette forme permet une meilleure résistance des matériaux, le poids et les efforts étant mieux répartis.

  Ces 4 aéronefs ont tous des points communs, elles sont dites supersoniques. C'est-à-dire qu’ils volent tous à une vitesse supérieure à celle du son qui est de l’ordre de 1 224 km/h (mach 1). Bien sûr cette vitesse varie selon le milieu dans lequel il se trouve.

Nous allons donc voir le rapport entre le mur du son et les ailes delta :

L’avion vole à vitesse constante inferieure à celle du son, les ondes sonores se propagent autour de lui en forme de cercle.

L’avion vole exactement à la vitesse du son, les ondes sonores sont maintenant très proches, ce qui crée une zone de forte pression à l’origine du « BANG » créé par l’avion.

L’avion vole à une vitesse supérieure à celle du son, il laisse les ondes sonores derrière lui, il crée une zone de turbulence sonore, et sort de la zone de son qu’il a créé. Alors se dessine un cône de plus en plus serré selon la vitesse de l’avion.

Pourquoi le B2 et le F-117 ont-ils une telle forme ?

  Cette forme unique en W a été conçu par Boeing pour  une réflexion des ondes optimale. En effet nous voyons que les mêmes mesures sont respectées partout pour une uniformité de l’appareil. Il peut ainsi être divisé en deux parties, l’inférieure (bords d’attaques et entrée d’air) et la supérieure (bords de fuites et sortie des réacteurs).

On ne passe pas à coté de la géométrie pour le moins particulière de cet avion, car il est entièrement craquelé. En élaborant un tel appareil, l’avionneur pensait à une sorte de boule à facettes, comme celle que l’on peut trouver en boîte de nuit, pour renvoyer les OEM émises par le radar. On peut modéliser cette idée par une expérience toute simple :

Cette expérience est valable pour les Radars au dessus de l’avion, RADAR type AWAC, mais quand le RADAR est dessous, il se passe le phénomène suivant :

Grâce aux matériaux, l’onde ricoche sur la surface inférieure de l’avion, il est ainsi indétectable même par un RADAR au sol.

  Pour le F-22 Raptor, nous observons cette même forme craquelée, pour les mêmes raisons. Il est doté d’un petit détail supplémentaire, sa vitre est tintée pour ne pas voir le pilote.

Quant au SR-71, on peut lui retrouver les caractéristiques du B2. Tout deux on un bord d’attaque non pas en forme de goutte mais pointu, ainsi que leur nez. Pour éviter toute réflexion sur une surface plane. Toute surface qui dépasse est arrondie et pointue pour réfléchir les ondes. Il est doté d’une grande qualité, étant donné qu’il vole à une altitude de 24000 m avec un plafond à 25 000, il n’apparaît donc pas sur certains RADAR.

Nous pouvons donc expliquer via ce paramètre, une petite partie de la furtivité d’un avion. L’autre étant les matériaux.