lundi 3 août 2015

A l'assaut du mur du son : le Bell X-1

La nouvelle fut couverte quelques temps par le secret militaire, mais aujourd'hui elle est dans tous les livres d'histoire : le 14 octobre 1947, le capitaines Charles "Chuck" Yeager franchissait pour la première fois le mur du son à bord d'un curieux petit appareil : le X-1. Cet épisode est même relaté de manière plutôt fidèle dans le film "l'étoffe des héros", qui montre le X-1 en action. Malgré tout, si cet exploit est devenu célèbre, il n'en reste pas moins que le X-1 est un appareil dont la carrière est méconnue.

L'étoffe des héros : Chuck Yeager (à g), premier homme supersonique


A la fin de la Seconde Guerre Mondiale, la science du vol avait énormément progressé, mais il restait de nombreux domaines inexplorés en terme de vol à très haute vitesse, et surtout, les scientifiques connaissait l'existence d'un problème lorsque la vitesse d'un appareil approche la vitesse du son : l'air qui se comprime devant l'appareil forme ainsi une sorte de barrière que l'avion peine à franchir : il se forme alors comme un mur qui l'empêche d'aller plus vite. Ce mur se rencontre à Mach 1, c'est-à-dire lorsque l'avion vole à la même vitesse que le son. Le rapport entre la vitesse de l'avion et la vitesse locale du son s'appelle "nombre de Mach" du nom du physicien allemand qui a proposé cette définition au XIXème siècle alors que le mot avion n'avait pas encore été inventé. Il faut également savoir que la vitesse du son varie en fonction de la densité de l'air (donc de l'altitude) et de la température : un avion qui vole à Mach 0,85 ne volera pas à la même vitesse par rapport au sol suivant qu'il se trouve à 30 000 ou 35 000 pieds…

Mettre au point un appareil capable de franchir le mur du son...


L'entrée en service de chasseurs comme le P-47 "Thuderbolt" ou le P-38 "Lightning", capable de voler à près de Mach 0,75 en piqué, commençait à poser des problèmes de vibrations ou "flutter" pouvant se traduire par la destruction de l'appareil. Il fallait donc étudier le phénomène pour mieux le comprendre et pour empêcher les pilotes de se tuer inutilement. Le problème étant qu'à cette époque, le phénomène était très mal connu et rien ne permettait de le simuler facilement : il n'existait aucune soufflerie supersonique en ce bas monde…la seule chose conçue par l'homme qui pouvait aller plus vite que le son était les balles de fusil..mais aucun humain n'avait jamais volé plus vite que le son…qu'allait-il se passer si il pouvait le faire ? Est-ce qu ses tympans seraient littéralement déchirés lors du passage du mur du son ? Est-ce qu'il deviendrait fou ? Est-ce qu'il pourrait encore voire l'extérieur de son avion ? Est-ce que ses instruments de bord deviendraient illisibles ? Ne rigolez pas, toutes ce questions ont été posées très sérieusement au début des années 40…et personne n'avait de réponse !

Assemblage du premier X-1 au sein de l'usine Bell


Pourtant, la première étape vers le vol supersonique a eu lieu à Campidoglio en Italie en 1935 : une réunion d'aérodynamicien pour discuter du vol à très haute vitesse avait eu lieu cette année là, et un certain Théodore Von Karman avait assisté à cette réunion : il en reviendra convaincu que le vol supersonique est possible et que les Etats-Unis doivent lancer des recherches dans cette direction.

Un autre ingénieur de Wright Field, situé à Dayton en Ohio, du nom d'Ezra Kotcher s'intéresse aussi au vol supersonique qu'il croit possible : il va écrire plusieurs rapports très détaillé proposant des programmes de recherches ainsi que des expériences en soufflerie. Son rapport finira par atteindre les bureaux du NACA et du chef de l'Army Air Corps, le général Hap Arnold. Le problème c'est que les essais en soufflerie ne donne rien de probant entre Mach 0,7 et Mach 1,3, car des ondes de choc se forment sur les parois du tunnel, et elles rebondissent sur la maquette à tester, faussant ainsi toutes les mesures : il faut donc développer un appareil de recherche : c'est l'acte de naissance du X-1

Profil du X-1 de première génération


Kotcher va ainsi étudier pour le NACA la mise au point d'un appareil de recherche qui utiliserait soit des réacteurs soit des moteurs fusées; rapidement cependant il apparait que les réacteurs ne sont pas assez puissants pour l'application envisagée : il faut donc se rabattre sur les moteurs fusées. Kotcher et Karman vont tous les deux faire des pieds et des mains pour faire avancer ce projet et assurer la réalisation de l'appareil. Une grand réunion a lieu au laboratoire de Langley en Virginie le 15 mars 1944. Pour la première fois, l'US Army, L'US Navy et le NACA vont se retrouver autour de la table..mais suite à des divergences de points de vue, Army et Navy vont partir sur des chemins séparés : la Navy privilégie le réacteur qui est vu comme l'avenir, ce qui va donner naissance au Douglas D558, et l'Army privilégie la vitesses avec des fusées, et va lancer le projet MX-524, qui va devenir quelques mois plus tard le X-1 !

Kotcher doit alors trouver un industriel pour construire son appareil, ce qui n'est pas facile : nous sommes en été 1944 et toutes les usines tournent à plein régime pour soutenir l'effort de Guerre…trouver un industriel qui veut (et peut) concevoir un appareil expérimental n'est pas aisé ! Boeing, Lockheed, Douglas ou Glenn Martin lui claque la porte au nez dès qu'il annonce que c'est pour un appareil de recherche qui ne sera pas construit à plus de quelques exemplaires…

écorché du Bell X-1, avec son moteur à quatre chambres XLR-11


Heureusement tout change le 30 novembre 1944 : ce jour là, le concepteur en chef de la Bell Aircraft Corporation, Robert Woods, rend visite à Kotcher à Wright Field..Kotcher lui présente son projet…et Woods est très intéressé, car il est aussi fasciné par cette quête du mur du son. Woods accepte le contrat, et va retourner dans l'usine Bell à Buffalo dans l'état de New-York pour se mettre au travail sur la réalisation de ce nouvel appareil…on notera que le contrat demandait que l'appareil soit garanti par son constructeur "jusqu'à Mach 0,8" !

Après une phase de design préliminaire, le contrat portant sur la réalisation de l'avion expérimental supersonique numéro 1 ou XS-1 est signé le 16 mars 1945. Trois avions sont prévus par ce contrat : les 46-062, 46-063 et 46-064. Suite aux réformes de nommage des appareils, le XS-1 deviendra simplement le X-1 par la suite.


Le cockpit du X-1, tout sauf confortable...

La mise au point de l'avion soulevait tout un tas de questions encore inédites à l'époque, la principale étant quelle forme lui donner ? L'équipe de Woods va donc entrer en contact avec des experts en armement et balistiques pour tenter de définir les caractéristiques à donner à l'appareil…rapidement cependant, il apparait que les experts ne savent pas vraiment quelles sont les règles qui permettent à une balle d'aller à vitesse supersonique, mais ils savaient seulement que la balle de calibre .50 en était capable, et de manière stable. Le design du X-1 va donc commencer par le dessin d'un fuselage en forme de balle de calibre 50, mais version "king size" !

Réalisé de manière classique en aluminium, mais avec une résistance à 18g, le X-1 était fabriqué de manière conventionnelle, hormis un train d'atterrissage tricycle non orientable de petite taille, qui était déployé grâce à un système pneumatique, et dont la fragilité de la roulette de nez posera de nombreux soucis au cours des vols d'essais. Les commandes de vol étaient classiques, sans assistance, hormis le stab horizontal qui possédait un moteur électrique. Le poste de pilotage était pressurisé, mais le pilote ne disposait pas de siège éjectable, car il était jugé trop lourd et pas assez fiable…de plus, si voler à Mach 1 représentait un défi, s'éjecter à Mach 1 était une autre histoire ! Derrière le cockpit, le fuselage se composait de deux larges réservoirs de carburant : un d'oxygène liquide et un autre d'alcool.

La planche de bord était conventionnelle, hormis le fameux "Machmètre" (gradué jusqu'à 1 !)


La mise au point de l'appareil se heurte cependant à un problème : le moteur fusée n'est pas prêt : le système de pompe qui doit aspirer le carburant et comburant avant de les injecter dans la chambre de combustion ne fonctionne pas..le seul moyen de faire marcher le moteur est donc de pressuriser les réservoirs avec de l'azote…mais c'est lourd et cela prend beaucoup de place, ce qui signifie que le X-1 ne pourra pas décoller par ses propres moyens, si il veut avoir assez  de carburant pour aller à la vitesse du son !

Le premier X-1, serial 46-062, est terminé en décembre 1945, avant d'être transporté sous un B-29 jusqu'à Pinecastle Field, près d'Orlando en Floride pour une première campagne de vol…malheureusement, le moteur prévu, le XLR-11 n'est pas prêt, et les premiers vols se font donc en vol plané avec du lest à la place du moteur et de l'eau à la place du carburant… Le premier vol plané à lieu le 25 janvier 1946, avec le chef pilote de Bell, Jack Woolams aux commandes.

Le X-1 dépasse à peine sous son avion porteur...


En mars, il est décidé de déménager le X-1 sur une base plus discrète : celle de Muroc, qui allait devenir Edwards quelques années plus tard. Jack Woolams s'étant tué au commande d'un P-39 de course, il sera remplacé par Chalmers "Slick" Goodlin. Le premier appareil sera rejoint par le second en octobre 1946, puis par le moteur XLR-11 qui arrive avec une année de retard ! Le premier vol propulsé à lieu le 9 décembre 1946, ce qui ouvre la voie aux vrais essais !

Les 20 vols propulsés demandés par le contrat seront réalisés par Bell jusqu'en mai 1947, les deux appareils étant ensuite officiellement livrés à la toute jeune US Air Force pour les essais de performance, sous la responsabilité du colonel Albert Boyd, le chef de la division essais en vol de Muroc. Il va demander trois pilotes volontaires pour le programme et va en sélectionner trois : le capitaine Charles "Chuck" Yeager, le lieutenant Robert A. Hoover et le capitaine Jack Ridley. Les trois pilotes vont commencer par partir chez Bell à Niagara Falls pour se familiariser avec le X-1 avant d'entamer les vols.

Rare photo de famille des deux premiers appareils !


Le premier vol de l'USAF à lieu le 6 août 1947, avec l'avion numéro 1 et Yeager aux commandes. Il ne s'agit que d'un vol de familiarisation, sans allumer le moteur, et il faudra attendre le 29 août pour le premier vol propulsé. Dès mi-septembre, le X-1 à déjà atteint Mach 0,92. Au huitième vol, Yeager atteint Mach 0,997..un record ! Il ne reste plus qu'à tenter le grand saut…ce sera pour le 14 octobre 1947. L'avion numéro 1, que Yeager à baptisé "Glamorous Glennis" en hommage à sa femme, est entièrement révisé et testé.

Au matin du 14, Yeager s'installe dans l'étroit cockpit du X-1, et va allumer pour la première fois les quatre chambre de combustion du moteur…et va tenter de franchir ce fameux mur qui est à l'origine de cet avion ! Yeager ne pourra pas savoir quelle est sa vitesse exacte : le machmètre du Bell X-1 s'arrête à..1 ! Yeager cache aussi le fait que la veille il s'est cassé deux côtes en tombant de cheval..mais son ami pilote Jack Ridley lui a découpé un manche à balai pour qu'il puisse verrouiller la trappe de l'appareil derrière lui ! Il est 10h lorsque le B-29 décolle avec le X-1 accroché sous le ventre…

Chargement du X-1 dans la soute du B-29.B-50..ou chargement du B-29 sur le dos du X-1 !


Après le largage, Yeager allume deux chambres de combustion avant de monter à 40 000 pieds, là où l'essai est prévu…il allume ensuite successivement les deux autres chambres de comustion, et voit son bolide accélérer de plus en plus, la machine vibrant à tout casser ! Pour ceux qui s'inquiète de la machine, le X-1 a été conçu pour résister à une accélération de 18g, ce qui en fait l'appareil le plus solide jamais construit à l'époque ! Et soudain, l'aiguille du machmètre va sauter au-delà du maximum du cadran, alors même que le buffeting cesse : Yeager vient de franchir Mach 1 ! Les stations au sol sont formelles, le X-1 est passé à Mach 1.06 !

La mission est accomplie pour le X-1, pourtant le secret est décidé sur l'évènement…qui ne durera que deux mois : dès décembre, Aviation Week publie l'histoire…l'USAF menace de faire un procès, mais il est déjà trop tard : l'exploit est connu de tous. Pourtant ce ne sera pas la fin du X-1 qui allait encore servir très longtemps l'USAF.

L'avion en vol, avec la transcription sur bande du "saut de Mach" lors du vol historique de Yeager.


Après l'exploit de Yeager, il reste beaucoup à faire : quelles sont les caractéristiques de l'appareil en vol supersonique, est-il manœuvrable ? Un programme d'essais complet va être lancé par l'USAF, et le 26 mars 1948, Yeager va même atteindre Mach 1,45 ! Le 46-062 sera également testé d'une autre manière : en 1949, l'USAF va le faire décoller par ses propres moyens depuis la base de Muroc : le vol se passe bien, mais une fois en l'air l'appareil n'a plus le potentiel pour établir de record de vitesse : après un retour en vol plané, l'avion se pose sans problème, et ce sera l'unique décollage du X-1 par ses propres moyens. D'autres vols seront menés pour battre des records d'altitude, jusqu'en 1950. En Août de cette même années, le -062, premier avion à avoir franchi le mur du son, est mis à la retraite et donné au Smithsonian pour sa collection.

Le -6062 au dessus d'Edwards


Vous noterez qu'on ne parle que du numéro 1, mais je vous avais dit qu'il y avait trois X-1…en effet, depuis septembre 1947, le X-1 numéro 2 avait été confié au NACA pour faire des vols de recherches…et le NACA va progresser plus lentement que l'Air Force pour les essais : le -063 ne franchit le mur du son pour la première fois que le 10 mars 1948, avec Hoover aux commandes qui deviendra le premier civil à franchir le mur du son. En avril 1948, ce X-1 va cependant subir une rupture du train avant lors de atterrissage et il sera hors d'action pour 6 mois. On notera cependant que ce n'est pas la rupture du train avant qui l'avait endommagé : les équipes du NACA l'ayant mal arrimé sur un semi-remorque pour le ramener à Edwards, le X-1 glissera de la remorque pendant le transport, basculant sur une aile, ce qui va l'endommager encore plus !

Les X1 de seconde génération seront caractérisés par un cockpit plus conventionnel...

Le troisième X-1, le 46-064, sera celui qui posa le plus de problème. Tout commença par des délais lors de son assemblage, la dernière version du moteur XLR-11 n'étant pas prête, puis un manque de financement de la part de l'USAF va ralentir encore le programme et il ne sera terminé qu'en 1950 et livré à l'US Air Force en avril 1951 ! Il fit son premier vol plané sans problème, mais le vol suivant fut son dernier ! Il s'agissait d'un vol captif, le X-1 restant attaché sous le ventre du B-50 porteur, avec le pilote Joseph Cannon à bord. Le but était de faire une répétition générale pour le premier vol propulsé qui devait intervenir quelques semaines plus tard. L'appareil était rempli de carburant comme pour un vrai vol, et devait être vidangé en vol, malheureusement, une perte de pression d'azote va empêcher la vidange du carburant, et le B-50 va rentrer se poser avec le X-1 sous son ventre rempli d'oxygène liquide et d'acide nitrique…L'aterissage se passe bien et les équipes de la base d'Edwards commencent à vidanger les réservoirs de l'appareil.. Cannon qui est aux commandes de l'avion entend alors une explosion sourde derrière lui, suivi d'un sifflement…cinq secondes plus tard, une première explosion éventre l'avion en deux…suivi de plusieurs explosions plus ou moins violentes…les pompiers sont déjà sur place et vont mettre moins de 8 minutes à éteindre l'incendie, mais c'est trop tard : le X-1 et le B-50 sont totalement détruits… par chance il n'y aura aucun mort, et seul le pilote Cannon sera blessé : encore dans le B-50 au moment de la première explosion, il va devoir ramper dans une flaque d'oxygène liquide à -150°C pour s'échapper de l'avion, et il devra se faire amputer de plusieurs doigts et garda des grandes cicatrices le long de ses bras et mollets. La commission d'enquête ne parviendra pas à trouver la cause de l'explosion…ou du moins pas tout de suite.

Les premiers X-1 ayants atteints leurs limites, il était temps de faire entrer en scène le X-1 de seconde génération. Sa production avait été autorisée dès 1947, et le but était d'améliorer le X-1 en disposant d'un appareil plus puissant et ayant une meilleure autonomie.  L'USAF va finalement passer un contrat pour quatre appareil, dont un sera annulé, les trois autres étant les X-1A, X-1B et X-1D. Le X-1C sera finalement annulé.

Une image très rare : le X-1D avant son premier vol...


Le premier appareil de seconde génération à voler sera le X-1D, mais au cours de son premier vol plané, il se pose durement et la roulette de nez cède. L'appareil est endommagé mais repartira pour son second vol quelques semaines plus tard…tout se passe bien, jusqu'au moment ou Frank everest, le pilote, s'installe dans le cockpit et constate qu'il n'a pas de pressurisation en azote…après avoir discuté du problème avec les ingénieurs au sol, il décide d'abandonner la mission et de vidanger le X-1D avant de rentrer. Il commence donc la procédure de vidange…lorsqu'une explosion secoue l'avion, et les appareils encadrants le B-50 rapportent des flammes provenant du ventre du X-1…Everest est extirpé manu-militari par les ingénieurs dans la soute du B-50, et une fois le pilote en sécurité, Jack Ridley largue le X-1 du B-50. Deux minutes plus tard, ce qui était le prototype le plus ambitieux de toute l'USAF n'est plus qu'un tas de ferraille au milieu du désert, aplati comme une crêpe, le X-1D est perdu.

Le X-1A viendra remplacer le X-1D perdu...


Heureusement, le deuxième appareil, le X-1A arrive quelques semaines après, et le programme d'essais peut continuer. Le premier vol du X-1A a lieu dès le 21 novembre 1953 avec de nouveau Chuck Yeager aux commandes. Au cours d'un autre vol le 12 décembre 1953, Yeager va dépasser Mach 2, aller jusqu'à Mach 2,4 avant de partir dans un tonneau d'une rare violence à tel point qu'il sera assomé lorsque son casque va heurter (et fissurer !) la canopée…Yeager vient de rencontrer le fameux "roll coupling" qui va tuer de nombreux pilotes avant d'être élucidé. L'USAF va ensuite décider qu'il est trop dangereux d'utiliser le X-1A pour battre des records de vitesse, mais va demander à l'utiliser pour battre des records d'altitude. C'est le major Arthur murray qui va désormais reprendre les vols, et il va même atteindre l'altitude de 90,440 pieds en Août 1954, un record qui ne sera pas battu avant l'arrivée du X-2 deux années plus tard.

Le X-1A en vol au dessus d'Edwards

Une fois ces vols terminés, l'USAF cède le X-1A au NACA pour des essais complémentaires de stabilité à haute vitesse..mais cela ne va pas durer longtemps : dès son deuxième vol, juste avant d'être largué du B-50, une explosion se produit  : le bas de l'appareil est soufflé et son train sort tout seul…le problème c'est que l'équipage ne peut pas se poser : le train principal du X-1 dépasse de celui du B-50, et pour ne rien arranger, le système de purge du carburant ne fonctionne plus…le pilote est extrait rapidement, et l'équipe du B-50 essaye de vidanger le carburant par les systèmes de secours, mais plus rien ne répond…devant le danger, la décision est prise de larguer le X-1A dans le désert, et ce sera la fin de l'appareil, le troisième à être perdu depuis le début du programme.

L'examen de la carcasse du X-1A ne va pas révéler grand-chose à première vue, mais un ingénieur de Bell, Wendell Moore, va décider d'aller plus loin et de faire quelques expériences. Ayant participé aux comités d'enquête des trois explosions, il ne peut que noter une étrange similitude entre ces trois accidents…quelques jours plus tard, il va faire une découverte : en donnant un coup de marteau sur un joint ulmer en cuir qui avait été plongé dans de l'oxygène liquide, il provoque une détonation…or ces joints Ulmer sont employés sur tous les X-1 : il vient d'expliquer toutes les explosions  du X-1A, X-1D et X-1#3 ! L'oxygène liquide réagit avec le cuir pour donner du tricseryl-phosphate, lequel est hautement explosif au moindre choc…le remplacement de ces joints par des joints synthétiques sera fait immédiatement, et plus aucune explosion n'aura jamais lieu sur les X-1.

Essais sur le X-1B au sol


Le dernier exemplaire de la deuxième génération, le X-1B est livré à l'USAF en juin 1954, et il sera utilisé pour familiariser les pilotes au vol supersonique à haute altitude. Il sera ensuite livré au NACA qui va l'instrumenter de fond en comble avant de commencer un nouveau programme de vols d'essais. Le dernier pilote à le faire voler sera un certain Neil Armstrong, appelé à devenir célèbre par la suite…la carrière du X-1B sera d'ailleurs écourtée suite à la découverte de criques de fatigue non réparable dans le réservoir d'oxygène liquide.

Il y aura un unique autre X-1 par la suite : le X-1E. Suite aux explosions des X-1D et X-1#3, l'USAF et le NACA sont en manque d'appareil..le X-1#2 qui devait être mis à le retraite devra rester en service, mais il commençait à vieillir…l'idée était donc de le modifier pour donner un nouvel appareil, plus gros et plus puissant. C'est en mars 1954 que ce X-1 amélioré sera renommé X-1E. Il sera en chantier pendant plus d'une année, le temps d'être allongé, de recevoir un nouveau cockpit ..et une nouvelle voilure ! On se demande même ce qui est resté d'origine sur cet appareil ! Il fera son premier vol en décembre 1955, et il atteindra Mach 2,24 en Août 1956 ! Sa carrière sera cependant écourtée suite à des inspections réalisées à la fin de l'année 1957 : une grande crique est trouvée au sein du réservoir d'oxygène, et devant l'arrivée imminente du X-15, l'appareil sera retiré du service sans être réparé…

Le retrait du service de ce X-1 marquera la fin de la première génération d'avions expérimentaux américains, ou série "X". D'autres appareils beaucoup plus innovants et performants que le X-1 viendront rejoindre les rangs des essais en vol à Edwards, mais c'est le Bell X-1 qui a ouvert la voie en étant le premier à franchir le mur du son !

L'histoire du X-1 se terminera avec le X-1E...mais ce n'était pas la fin des avions "X"...

1 commentaire:

  1. Chargement du X1 dans la soute du B29 ...Désolé c'est un B50 (moteurs différents et dérive plus haute)
    Bravo pour vos articles.
    Yann

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