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juin 12, 2023

Quelle est la plus grande vitesse atteinte par un avion ?

9 minutes de lecture

Une phrase proverbiale dit que « tous les records sont faits pour être corroyés ». Cette phrase a très souvent été appliquée dans la mesure où de nombreux records ont été établis. Et nombreux sont également ceux qui ont tenté justement de pulvériser ceux déjà avérés. Il existe d’ailleurs un grand livre des records du monde. Le record de vitesse a été inscrit parmi eux d’ailleurs. Il existe de nombreux records de vitesse, mais connaissez-vous le record de vitesse établi par un avion ? Vous n’en avez aucune idée ? On vous parle à travers cet article du plus grand record de vitesse jamais atteint dans le monde de la vitesse par un avion. 

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Le record de vitesse atteint par un avion

Le monde de la vitesse a en effet connu son lot de records établis. Les avions eux aussi ont fait en sorte d’y inscrire leur propre record et ont réussi.Jusqu’à maintenant le record de la plus grande vitesse atteinte par un avion n’a pas été pulvérisé par un nouveau.

Quelle est la plus grande vitesse atteinte par un avion ?

Il est important de préciser que l’exploit en question se subdivise en deux grands records bien distincts. Dont l’un a été élaboré par le North American  X-15 et l’autre par le NASA X-43.

  • Le record de vitesse du X-15 : cet avion-fusée supersonique a touché la plus grande vitesse d’un aéronef piloté par une aile unique. Le X-15 est parvenu à un record irrévocable de 7 272,68 km/h pour la vitesse à la date du  3 octobre 1967. Par la suite, à la date du 23 août 1963, il effectue 107,96 km pour l’altitude. Cet exploit a offert une opportunité aux américains de recueillir de nombreuses données. Notamment en ce qui consiste le fonctionnement des écoulements d’air et des frottements aérodynamiques. Mais également du contrôle et de l’équilibre d’un avion à une vitesse optimale hors atmosphère.
  •  Le record de vitesse du X-43 : ce superstatoréacteur a accompli un record de vitesse véritablement colossal.  Il exécute l’exploit d’atteindre le record mondial de vitesse en montant le cap des 10 240 km/h (Mach 9,6) soit près de cinq fois la vitesse du Concorde. Il possédait déjà le dernier record, établi le 27 mars 2004, à 7 700 km/h (Mach 6,3), soit près de quatre fois la vitesse du Concorde.

Quelle différence y a-t- il entre les deux avions ?

Certes, ces deux avions ont tous les deux pulvérisé le record mondial de vitesse. Cependant, il est important de préciser qu’il ne s’agit pas du même type d’avion. Une

différence considérable est constatée entre le X-15 et le X643. Notez donc que :

  • Le North American X-15 est un avion supersonique piloté, lors de son record ce dernier a été guidé par le fameux pilote américain William Joseph Knight ;
  • Le NASA X-43 dispose d’un fonctionnement contraire, cet avion propulsé avec un statoréacteur atmosphérique (puisant l’oxygène dans l’atmosphère) a plané tout seul dans le ciel et sans pilote.
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    Qu’y a-t-il à connaitre sur le North American X-15 ?

    Pour en apprendre un peu plus sur cet avion-fusée américain, il est intéressant de voir pourquoi et comment il a été conçu. Il y a également ce qui concerne ses premiers vols, mais plus encore, voir de près ce qui concerne le X-15 A2.

    Comment les Américains en sont venus à sa conception ?

    Durant la date de février 1954, le NACA (National Advisory Committee for Aeronautics, ancêtre de la NASA) fixe la nécessité d’un nouvel avion expérimental. Cette fois-ci, il consiste à explorer les vols à très haute vitesse et à très haute altitude. Une équipe d’ingénieurs a mis en place la prise en charge de la recherche des solutions aux nombreux problèmes posés (chauffage cinétique, contrôle de l’avion en atmosphère raréfiée, configuration aérodynamique optimale, etc.). Ils établissent un rapport en avril 1954, indiquant qu’il n’y a pas de difficultés majeures compte tenu des techniques disponibles à l’époque.

    Le lancement du programme est approuvé en octobre 1954. Son financement est assuré à 95 % par l'US Air Force et à 5 % par l'US Navy. À la suite de quoi, un appel d'offres est lancé.La proposition de North American est retenue et une commande pour la construction de trois appareils est signée en décembre 1955. Le développement du moteur-fusée est confié à Reaction Motors en février 1956, qui propose un propergol dérivé de celui des fusées Viking.

    Un prototype est présenté par North American en décembre 1956. La construction de l’appareil commença au milieu de l’année 1957 et le premier X-15 est sorti de l’usine le 15 octobre 1958. Le moteur XLR99 fut très décalé, puisque le premier a été livré en avril 1959, et il fallut attendre à peu près d’un an de plus avant qu’il ne soit finalement qualifié. Pendant ce temps, deux Boeing B-52 Stratofortress se sont refaits pour transporter le X-15 en altitude (NB-52A et NB-52B). Les futurs pilotes sont sélectionnés et un simulateur est construit pour les former.

    Quels sont les premiers vols du X-15 ?

    Les premières fois que l’avion vola dans le ciel, il s’agira pour la plupart de vols expérimentaux. Chacun de ces vols datent du :

    • 10 mars 1959 est le premier vol « captif » du X-15 n o 1, d’où ce dernier reste attaché sous l’aile du B-52 d’emport ;
    • 8 juin 1959, c’est le premier vol exempt d’utilisation des moteurs du X-15 n o 1 ;
    • 17 septembre 1959 constitue le premier vol du X-15 numéro 2 propulsé par deux moteurs XLR11 provisoires ; 
    • 15 novembre 1960 est le premier vol du X-15  numéro 2 propulsé par le moteur XLR99 définitif.

    Ces premiers essais sont émaillés de nombreux problèmes techniques provoquant le report des vols prévus, voire la suspension d’un vol en cours. Les essais ne s’arrêtent pas malgré tout et, fin 1960, le X-15 a excédé Mach 3 et 30 000 m d’altitude.

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    En savoir plus sur le X-15 A2

    Après l'échec du novembre 1962, il est convenu de modifier le X-15 n°2. Cecipour le rendre capable d'atteindre une vitesse de Mach 8.Mais également pour l'utiliser comme banc d'essai volant pour un statoréacteur. L'avion est alors désigné X-15A-2.

    Ils cherchent à atteindre la vitesse supplémentaire en augmentant la durée de fonctionnement du moteur-fusée. Ce qui nécessite simplement a priori d'augmenter la capacité en carburant/comburant. Pour cela,le fuselage est allongé et deux réservoirs externes supplémentaires sont installés (un de chaque côté du fuselage). Ces réservoirs sont d'abord vidés puis largués en vol et récupérés.

    Pour que le X-15 supporte les températures plus hautes que prévu,il est décidé de le revêtir d'une couche supplémentaire d'isolation qui se désintègre progressivement en vol. Sur son flanc, la dérive ventrale est modifiée pour pouvoir recevoir un statoréacteur de 91 cm de diamètre. Comme il n'est alors plus question d'éjecter en vol la partie inférieure, la garde au sol doit être augmentée.

    Enfin,de nouveaux compartiments sont aménagés pour embarquer les équipements de mesure. Le X-15A-2 pèse finalement 10 tonnes de plus que le X-15. Ce qui nécessite également de renforcer sérieusement le train d'atterrissage.

    Ce modèle a eu droit à un certain nombre de cycles d'essais également qui ont eu lieu le : 

    • 15 juin 1964 : désigne le premier vol « captif » accroché sous l’aile du B-52 d’emport ;
    •  25 juin 1964 : le premier vol réel dépourvu les réservoirs et de statoréacteur ;
    •  17 février 1965, c’est le premier vol accompagné par des nouveaux équipements de mesure ;
    • 3 novembre 1965, est le  premier vol avec les réservoirs externes vides ;
    •  1ᵉʳ juillet 1966 fut le premier vol avec les réservoirs externes remplis ;
    •  21 août 1967 constitue premier vol avec la couche d’isolant supplémentaire.

    Les premiers vols ont connu plusieurs incidents dus au train d’atterrissage, qui a tendance à se déployer en plein vol. C’est le X-15A-2 qui en vérité a décroché le recordde vitesse en atteignant 7 272,68 km/h le 3 octobre 1967. Cependant, lors de ce vol, la température en surface s’élève plus de 1 300 °C prévus. Ce qui entraîne des dégâts importants sur une partie de la cellule. Bien que North American passe l’avion en état, il ne ressaisit finalement jamais l’air.

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    Qu’y a-t-il à connaître sur le NASA X-43 ?

    Pour ce qui est de la NASA X-43, pour en savoir plus sur ce modèle d’avion, il faut en premier connaître exactement de quel type il s’agit. Ce n’est qu’ensuite que l’on peut parler de sa conception et du plan de record des Mach 10 pour sa vitesse.

    De quel type d’avion, s'agit-il ?

    Le X-43A est un dispositif sans pilote de petite taille. De profil, il est plat. Cet avion dispose des lignes effilées de conception Waverider : 3,65 m de long, 1,5 m d’envergure, 0,60 m de hauteur et un poids de 1,2 tonne. Il est également important de noter que cet aéronef est conçu avec le principe de propulsion « Scramjet ». Le principe de propulsion scramjet, imaginé depuis 1918, est marqué par la NASA comme le graal du monde aéronautique.

    Quel est le problème à résoudre avant sa conception ?

    Dans un moteur conventionnel, l'air qui pénètre dans le moteur est comprimé par un compresseur. Puis mélangé au combustible dans une chambre de combustion, il est ensuite détendu dans une turbine qui entraîne le compresseur et est expulsé du moteur à une vitesse plus élevée que lorsqu'il y est entré. Cependant, comme la vitesse d'avancement par rapport à l'air ambiant augmente, le refroidissement de l'air à son entrée dans le moteur génère une compression. Ce qui entraîne un échauffement de plus en plus important avant même son entrée dans le compresseur. 

    Pour des raisons de type mécanique et thermique, la température dans les parties tournantes, notamment à l'entrée de la turbine, est limitée. Dans le but de préserver ces pièces, plus la vitesse de l'avion est élevée, moins d'énergie peut être fournie à la chambre de combustion. Cela puisque l'air aura déjà été chauffé par son ralentissement dans l'entrée d'air (et par le compresseur). La poussée d'un turboréacteur classique diminue donc à grande vitesse. Le statoréacteur est basé sur le même principe, mais n'utilise que le ralentissement de l'écoulement dans l'entrée d'air pour comprimer l'air : c'est sa forme qui remplace le compresseur. Il n'y a alors plus besoin de turbine, puisqu'il n'y a plus de compresseur à entraîner. Enfin, la limite de vitesse provient de la résistance thermique des pièces constituant le moteur.

    Le principal problème vient du fait qu’un statoréacteurdoit atteindre une certaine vitesse pour d'auto alimenté. En utilisant un avion porteur comme le bombardier B-52, par exemple, ou en exploitant un turboréacteur comme le Leduc 022 ou le nord 1500 Griffon II. Mais le problème persiste dans de nombreuses situations. Les ingénieurs français ont constaté dans les années 1950 que le statoréacteur est non fonctionnel à basse vitesse. Par exemple, à une basse vitesse Mach 1, le fameux Leduc faisait échapper du carburant inutilisé dans les gaz de la tuyère. Même à plus de Mach 2, le nord 1500 Griffon II exposait la même conséquence.

    Les alliages de l'époque ne permettant pas de supporter des vitesses plus élevées, le projet de statoréacteur fut abandonné. Avec le développement de nouveaux alliages et de matériaux céramiques, il a été possible ces dernières années de relancer des projets de vitesse hypersonique (> Mach 5). Dans ces projets, l'efficacité d'un statoréacteur ou d’une superstar est en théorie maximale. Mais encore seulement si la combustion est suffisamment rapide pour être achevée avant la sortie de la tuyère et ainsi délivrer une poussée maximale.

    La NASA, souhaitant étudier le fonctionnement à pleine vitesse et sans perte d'un statoréacteur, a décidé d'adapter son dispositif d'essai sur une fusée Pegasus. Cette fusée a pu atteindre une vitesse largement hypersonique d'environ Mach 6. Cette vitesse initiale a révélé toutes les capacités du X-43 et de son moteur statique amélioré.

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    Concernant le plan de lui faire atteindre le record de vitesse Mach 10

    L’avion X-43A est accroché sur le nez d’une fusée Pegasus, disposant d’une capacité de le propulser à une vitesse supérieure à Mach 6. Cette fusée est elle-même fixée sous l’aile droite d’un bombardier géant octoréacteur B-52, le Balls 8, rétablit pour l’expérience.

    • Dans un premier temps, le bombardier vole jusqu’à un peu moins de 13 000 mètres, et laisse échapper la fusée Pegasus. La fusée X-43A de 15 m est projeté durant 90 secondesjusqu’à une altitude de 29 000 mètresen lui impulsant une vitesse supérieure à Mach 7, et le largue.
    • Le statoréacteur de l’avion X-43A, alors en vol libre, se met en marche  pendant 12 secondes, pour assurer sa volée de façon indépendante à Mach 10 durant cette période.
    • L'avion effectue ensuite une série de manœuvres aérodynamiques alors qu'il est en vol plané contrôlé pendant environ six minutes avant de plonger dans l'océan Pacifique.

    Qu’est-ce que la vitesse hypersonique ?

    En aérodynamique,les vitesses hypersoniques sont des vitesses qui sont hautement supersoniques. En général, on considère que ce régime d'écoulementest atteint à partir d'un Mach de 5 approximativement. Le régime hypersonique est un sous-élément du régime supersonique.

    Le régime d'écoulement hypersonique est atteint lorsque des réactions de dissociation moléculaire sont présentes au sein du gaz en écoulement : ce dernier peut être localement tellement chaud qu'un plasma se crée. Les propriétés habituelles de l'écoulement sont alors souvent modifiées (couche limite, turbulence).

    L'étude des écoulements hypersoniques nécessite des souffleries très spéciales, ou l'utilisation de codes de calcul qui nécessitent la prise en compte de la dissociation moléculaire. Les écoulements hypersoniques sont intéressants principalement pour l'étude des écoulements rencontrés lors des rentrées atmosphériques :

    Pour en connaître d’avantage, rendez-vous sur Surplus Militaires.


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