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North American X-15

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Le North American X-15 est un avion fusée expérimental américain, construit dans le cadre d’un programme de recherche sur les vols à très haute vitesse et très haute altitude. De 1960 à 1968, les 3 exemplaires construits ont effectué environ 200 vols d’essais pour le compte de la NASA, pulvérisant tous les records de vitesse et d’altitude détenus par un aéronef piloté à aile fixe.

Le X-15 a établi des records définitifs de 7 272,68 km/h pour la vitesse (le 3 octobre 1967) et de 107 960 mètres pour l’altitude (le 23 août 1963). Il a permis aux américains de récolter de très nombreuses données sur le comportement des flux d’air, le frottement aérodynamique, le contrôle et la stabilité d’un aéronef à grande vitesse et hors de l’atmosphère, ainsi que les techniques de rentrée dans l’atmosphère.

Le X-15

En février 1954, le National Advisory Committee for Aeronautics (ancêtre de la NASA) établit le besoin d’un nouvel avion expérimental pour explorer les vols à très haute vitesse et très haute altitude. Une équipe de chercheurs est chargée de trouver des solutions aux nombreux problèmes posés (échauffement cinétique, contrôle de l’appareil dans une atmosphère raréfiée, configuration aérodynamique optimale, etc.) et rend un rapport au mois d’avril 1954, indiquant qu’il n’y a pas d’obstacle majeur au vu des techniques de l’époque.

Le lancement du projet est validé en octobre 1954, avec un financement de 95 % par l’US Air Force et 5 % par l’US Navy, et un appel d’offres est lancé dans la foulée. La proposition de North American est retenue et une commande pour la construction de 3 exemplaires signée en décembre 1955. En février 1956, le développement du moteur-fusée est confié à Reaction Motors, qui propose un propulseur dérivé de celui des fusées Viking.

Une maquette est présentée par North American en décembre 1956. La construction des avions commence mi-1957 et le premier X-15 sort d’usine le 15 octobre 1958. Le moteur XLR99 est cependant très en retard, puisque le premier n’est livré qu’en avril 1959 et qu’il faut encore attendre presque un an de plus pour qu’il soit enfin qualifié. Pendant ce temps, deux Boeing B-52 Stratofortress sont modifiés pour pouvoir emporter le X-15 en altitude. Les futurs pilotes sont sélectionnés et un simulateur construit pour les entraîner.

Les premiers vols d’essais se déroulèrent de la façon suivante :

10 mars 1959, premier vol « captif » du X-15 numéro 1, qui resta accroché sous l’aile du B-52 d’emport
8 juin 1959, premier vol sans utilisation des moteurs du X-15 numéro 1
17 septembre 1959, premier vol du X-15 numéro 2 propulsé par deux moteurs XLR 11 provisoires
15 novembre 1960, premier vol du X-15 numéro 2 propulsé par le moteur XLR99 définitif

Ces premiers essais furent parsemés de nombreux problèmes techniques entraînant soit le report des vols prévus, soit l’interruption d’un vol en cours. Les essais continuèrent malgré tout et, fin 1960, le X-15 avait dépassé Mach 3 et 30 000 m d’altitude. L’avion est alors transféré à la NASA pour les vols de recherche.
Le X-15A-2

Après l’accident de novembre 1962 (voir ci-dessous), il est décidé de reconstruire le X-15 numéro 2 en le modifiant d’une part pour le rendre capable d’atteindre une vitesse de Mach 8 et, d’autre part, pour qu’il puisse servir de banc d’essai volant pour un statoréacteur. L’avion reçoit alors la désignation de X-15A-2.

La vitesse supérieure doit être obtenue 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 supplémentaires externes installés (un de chaque côté du fuselage) : ces réservoirs étaient vidés en premier puis largués en vol et récupérés.

Pour que le X-15 supporte les températures plus élevées que prévu, il est décidé de le revêtir d’une couche d’isolant supplémentaire qui se désagrège au fur et à mesure en vol. De son côté, la dérive ventrale est modifiée pour pouvoir y installer un statoréacteur de 91 cm de diamètre. Comme il n’est plus question d’éjecter en vol la partie inférieure, la garde au sol doit être augmentée.

Enfin, de nouveaux compartiments sont installés pour embarquer les équipements de mesure. Le X-15A-2 pèse finalement 10 tonnes de plus que le X-15, ce qui impose également de renforcer sérieusement le train d’atterrissage.
Le X-15A-2 avec sa couche d’isolant et ses réservoirs externes, sous l’aile du B-52 d’emport.

Le nouvel avion subit alors un cycle d’essais :

15 juin 1964, premier vol « captif » en restant accroché sous l’aile du B-52 d’emport
25 juin 1964, premier vol réel sans les réservoirs ni le statoréacteur
17 février 1965, premier vol avec les nouveaux équipements de mesure
3 novembre 1965, premier vol avec les réservoirs externes vides
1er juillet 1966, premier vol avec les réservoirs externes remplis
21 août 1967, premier vol avec la couche d’isolant supplémentaire

Les premiers vols furent marqués par plusieurs incidents dus au train d’atterrissage, qui avait tendance à se déployer en plein vol.

C’est le X-15A-2 qui établit le record de vitesse en atteignant 7 272,68 km/h (le 3 octobre 1967). Cependant, lors de ce vol, la température en surface dépasse les 1 300 °C prévus et provoque des dégâts importants sur une partie de la cellule. Bien que North American ait remis l’avion en état, il ne reprend finalement jamais l’air.

Vols de recherche

Les vols de recherche menés par la NASA consistèrent d’abord à augmenter progressivement la vitesse et l’altitude :

Premier vol à plus de Mach 4 le 7 mars 1961
Premier vol à plus de Mach 5 le 23 juin 1961
Premier vol au-dessus de 200 000 pieds (60 960 mètres) le 11 octobre 1961
Premier vol à plus de Mach 6 le 9 novembre 1961
Premier vol au-dessus de 300 000 pieds (91 440 mètres) le 17 juillet 1962

En avril 1962, la NASA engage le X-15 dans un programme de recherche incluant un certain nombre d’expériences scientifiques, en plus des expériences et mesures menées sur l’avion lui-même. En 1963/1964, le X-15 participe également à la mise au point des systèmes de reconnaissance destinés au Lockheed A-12 Oxcart. En fonction des besoins, différents capteurs supplémentaires sont ajoutés pour obtenir les mesures souhaitées : spectre de la lumière solaire, rayonnement ultraviolet, densité des micro-météorites, etc. À partir de février 1965, les nouveaux équipements de mesure du X-15A-2 sont utilisés pour les diverses expériences scientifiques prévues.

L’arrêt du programme est décidé en 1968, principalement à la suite de la perte du X-15 numéro 3 et à une ré-orientation des budgets de la NASA. Le dernier vol d’un X-15 a lieu le 24 octobre 1968.

Accidents

Le 5 novembre 1959, le X-15 numéro 2 se plie soudain en deux lors de l’atterrissage, par suite d’un touché un peu brutal dû à une masse plus importante que prévu. Le pilote s’en sort sain et sauf. Le vol avait été interrompu à cause d’un incendie sur l’un des deux moteurs XLR11.

Le 8 juin 1960, un essai au sol du moteur XLR99 définitif se termine par la destruction de tout l’arrière du X-15 numéro 3 à cause d’une explosion. Le pilote s’en sort indemne.

Le 9 novembre 1962, le X-15 numéro 2 est très sérieusement endommagé et son pilote John B. McKay gravement blessé lors d’un atterrissage : par suite d’une défaillance des gouvernes, l’avion touche le sol beaucoup trop vite (à 480 km/h) et le patin gauche plie sous le choc. Le X-15 fait alors un tonneau avant de retomber sur le dos.

Le 15 novembre 1967, le X-15 numéro 3, devenu incontrôlable, est soumis à de trop forts facteurs de charge lors de la descente et se désintègre en vol. Le pilote, Michael J. Adams, est tué.

Pilotes

Les pilotes de X-15 reçoivent de nombreuses médailles et distinctions pour leur travail et les résultats obtenus. Huit d’entre eux dépassent l’altitude de 50 miles (80 km) et gagnent ainsi le titre d’astronaute selon les critères de l’USAF :

La limite officielle internationale de l’espace étant fixée à l’altitude de 100 km, ce titre d’astronaute n’est en fait reconnu que par l’US Air Force, sauf pour Joseph Albert Walker, qui l’a dépassée à deux reprises.

Autres caractéristiques

Incapable de décoller par ses propres moyens, le X-15 est accroché sous l’aile d’un Boeing B-52 Stratofortress puis largué à plus de 15 000 mètres d’altitude (45 000 pieds). Le moteur fusée est alors allumé pour propulser l’avion vers la haute atmosphère, puis le X-15 suit une trajectoire balistique avant de redescendre en vol libre comme un planeur.

L’avion atterrit sur deux patins escamotables à l’arrière et une roulette à l’avant. Au préalable, la partie inférieure de la dérive ventrale doit être éjectée car elle est trop grande par rapport à la garde au sol du X-15.

Le X-15 est construit avec divers alliages spéciaux, dont l’inconel capable de supporter des températures de 800 °C.

La majeure partie du fuselage contient un réservoir pour 3 914 litres d’oxygène liquide (comburant) et un autre pour 5 470 litres d’éthanol ou d’ammoniaque (carburant).

À très haute altitude, le contrôle directionnel n’est plus assuré par des gouvernes classiques, mais par 12 petites fusées au peroxyde d’hydrogène placées dans le nez et en bout d’ailes.

Le X-15 est truffé d’instruments de mesures destinés à collecter des données pendant les vols : température, pression, facteurs de charge, paramètres de vol, paramètres physiologiques du pilote, etc.

Le siège éjectable peut être utilisé jusqu’à la vitesse de Mach 4 et l’altitude de 36 600 mètres.

Culture populaire

Après avoir assisté à un vol de Neil Armstrong à bord du X-15, Jean-Michel Charlier, l’inventeur de la bande dessinée Buck Danny, est si impressionné qu’il décide de faire participer son héros aux vols d’essai du X-15. Cette aventure est publiée dans Le Journal de Spirou de 1963 à 1964, puis parait dans le 31e tome de la série intitulé X-15.

Il y est fait mention de l’accident de John B. McKay : Bob Light, un des anciens pilotes d’essai, s’est brisé la jambe à la suite de la destruction à l’atterrissage de l’un des patins du X-15.

Le premier film de Richard Donner, celèbre notamment pour sa série de films L’Arme fatale, est X-15 (1961).

Caractéristiques


Constructeur
North American
Rôle Avion expérimental

Premier vol 8 juin 1959
Date de retrait 24 octobre 1968
Nombre construits 3
Équipage 1 pilote
Motorisation
Moteur 1 Thiokol XLR99-RM-2
Type Moteur-fusée
Poussée unitaire 313 kN

Dimensions

Envergure 6,8 m
Longueur 15,45 m
Hauteur 4,12 m
Surface alaire 18,58 m2

Masses

À vide 6 623 kg
Maximale 15 422 kg

Performances

Vitesse maximale 7 273 km/h (Mach 6,7)
Plafond 95 900 m
Vitesse ascensionnelle 18 000 m/min
Rayon d’action 275 milles soit environ 450 km


source wikipedia

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