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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Avion Voyageur. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Le Voyager Model 76 a été le premier avion à voler sans escale autour du monde sans ravitaillement en carburant. Concepteur en chef - Burt Rutan. L'avion était piloté par Dick Rutan, le frère aîné du designer, et Jeana Yeager. L'avion a décollé de la piste de 4600 14 mètres de la base aérienne Edwards à Mojave le 1986 décembre 23 et y a atterri en toute sécurité le 9 décembre, 3 jours, 44 minutes et XNUMX secondes plus tard. Pendant le vol, l'avion a parcouru 42 432 km (la FAI a compté la distance à 40 212 km) à une altitude moyenne de 3,4 km. Ce record a finalement battu le précédent établi par un équipage de B-52 de l'US Air Force qui avait parcouru 12 532 milles (20 168 km) en 1962. Cet avion a été conçu pour un long voyage. Par conséquent, il a reçu le nom de "Voyager" - "voyageur". Le vol record des pilotes américains sur Voyager ne peut que susciter l'admiration. L'avion était piloté par le pilote d'essai Dick Rutan et la pilote sportive de 34 ans Gina Yeager. Pendant neuf jours et quatre minutes, ils ont été dans les airs, atterrissant à la base aérienne d'Edwards aux États-Unis le 23 décembre 1986, d'où ils ont commencé leur vol. Voyager a parcouru une distance de 40 500 kilomètres en neuf jours. Les experts ont affirmé qu'il pouvait voler encore XNUMX kilomètres.
L'homme de tout temps a cherché à conquérir de nouvelles frontières. Le premier record mondial de distance de vol a été établi au début du XXe siècle par le Brésilien Alberto Santos-Dumont, qui a volé sur un avion de sa propre conception... 220 mètres. L'ANT-25, développé par le concepteur d'avions soviétique Andrei Nikolaevich Tupolev, peut être considéré comme un prédécesseur particulier de Voyager. Des disques de Chkalovsky, fantastiques pour l'époque, y ont été enregistrés, ce qui a donné une impulsion puissante au développement de la science soviétique. Le monde entier a applaudi les pilotes soviétiques qui, en 1937, ont effectué un vol sans escale de l'URSS à travers le pôle Nord vers l'Amérique. Le voyage du Voyager a également attiré l'attention du Pentagone. Son porte-parole a rappelé que le précédent record du monde de vol en ligne droite avait été établi en 1962 sur un bombardier B-52 de l'US Air Force. Puis la "forteresse volante" américaine a décollé de Tokyo et a atterri sur la base de l'US Air Force en Espagne, survolant plus de vingt mille kilomètres. Les représentants les plus éminents des avions expérimentaux en matériaux composites étaient deux avions conçus par le designer Bert Rutan: l'avion exécutif Boeing Beechcraft Starship-1 et l'avion long-courrier record Rutan Voyager. Le premier de ces avions, produit en 1983, a été conçu à l'aide d'un ordinateur, tandis que la fibre de carbone avec des indicateurs techniques accrus a été utilisée comme matériau de construction principal. Selon le schéma, l'avion Beechcraft Starship-1 était un avion bimoteur "canard", et la queue verticale espacée était située aux extrémités de l'aile, remplissant simultanément les fonctions de rondelles d'extrémité. En 1981, Rutan a commencé à travailler sur l'avion Voyager, qui était destiné à faire le tour du monde sans escale. Le modeste salon de la maison de Bert Rutan à Mojave, en Californie, est devenu le siège de la préparation des vols et a servi à cette fin pendant cinq années entières. Son frère Dick et Gina Yeager, un ancien dessinateur, ont travaillé avec lui. Et dans le hangar n ° 77 de l'aérodrome local, pendant tout ce temps, il n'y avait pas de fin pour les volontaires. De nombreux résidents locaux ont exprimé leur désir d'aider à la construction de l'avion. Les frères étaient particulièrement fiers d'avoir mis leur idée en pratique à leurs propres frais, sans recevoir un seul centime du gouvernement. Mais ce serait une erreur de les soupçonner d'un désintéressement complet. Avec la formation de Voyager Aircraft Incorporated, les Rutans ont mis en place un programme pour récupérer leur argent et même profiter des vols de spectacle et de la publicité. Par exemple, la Mobile Oil Corporation a fourni une nouvelle huile synthétique pour les moteurs de Voyager, en échange de l'acquisition du droit d'utiliser l'image de l'avion sur ses brochures de produits. Le premier vol d'essai, effectué en juin 1984 par Dick, a duré 30 minutes. Le temps de vol maximal estimé de l'avion sans atterrissage était de 14 jours, la longueur était de 45060 XNUMX kilomètres. Mais le record absolu de distance - un vol sans atterrissage et sans ravitaillement - a eu lieu deux ans plus tard. La distance de vol dépend principalement du rapport entre la masse de carburant et la masse au décollage de l'avion. La masse de l'avion Voyager vide n'était que de 840 kilogrammes avec une masse de carburant de 4052 kilogrammes. La masse au décollage était de 5137 kilogrammes. 72 % de la masse au décollage du Voyager était du carburant ! En comparaison, les avions de transport de passagers à long rayon d'action d'aujourd'hui ont un poids relatif en carburant d'environ 40 %, tandis que l'ANT-25, une merveille des années 1930, en avait 52 %. Non sans raison dans la presse américaine, il a été surnommé le "réservoir d'essence volant". L'augmentation de l'approvisionnement en carburant est un problème particulièrement difficile pour les petits aéronefs. Après tout, ils n'ont pas assez de volume interne pour accueillir une telle quantité de carburant. Sur Voyager, les volumes de carburant ont été augmentés grâce à l'utilisation d'un schéma de disposition à deux faisceaux. En plus des conteneurs traditionnels, principalement dans l'aile, ainsi que dans le fuselage et la queue horizontale, des conteneurs supplémentaires de ces deux poutres ont été utilisés. Une autre tâche importante consistait à réduire le poids de l'avion vide. La réduction du poids de la structure a été facilitée par l'utilisation des derniers matériaux composites aux caractéristiques les plus élevées. Ainsi, la principale fibre de carbone utilisée est cinq à dix fois plus résistante que l'acier et beaucoup plus légère que les alliages d'aluminium conventionnels. La disposition à deux poutres appliquée a également contribué à réduire le poids de la structure, car ces poutres, comme on dit, "déchargent" l'aile (réduit le moment de flexion le long de l'aile des forces aérodynamiques dues au chargement de l'aile avec un moment dans le direction opposée, vers le bas, des forces de poids des poutres avec contenu). Le poids de la centrale électrique, des équipements, des équipements a diminué. Tout cela a contribué à une réduction de la poussée ou de la puissance moteur requise, et donc de leur poids et de leur consommation de carburant. Une autre façon d'augmenter la portée de vol est d'améliorer l'aérodynamisme de l'avion. Cela vous permet de choisir un moteur moins puissant et en même temps plus léger avec une consommation de carburant inférieure. Étant donné que Voyager est un avion à basse vitesse, une proportion importante de la traînée aérodynamique est ce que l'on appelle la traînée induite, qui est causée par la formation de tourbillons aux extrémités des ailes et diminue avec l'augmentation de l'envergure des ailes. Pour le combattre, une aile extrêmement longue avec un rapport d'aspect de 33,8 (le rapport de l'envergure à la corde moyenne - largeur) a été installée sur l'avion, tandis que dans les avions de passagers modernes, le rapport d'aspect de l'aile, en règle générale, ne dépasse pas dix. La nacelle avec le cockpit et deux moteurs à pistons était située sur l'aile. Le moteur avant refroidi par air de 130 chevaux avec une hélice de traction a été utilisé pour le décollage, tandis que le moteur arrière refroidi par liquide de 110 chevaux a été utilisé pour le vol principal. Les moteurs ont été fabriqués par Teledine Continental pour les avions de reconnaissance sans pilote du Pentagone. "... La plus grande trouvaille du concepteur B. Rutan", écrit V.A. Kiselev dans la revue "Technology and Science", "est le développement et l'application du concept de deux moteurs sur Voyager. Il a déjà été noté que pour économiser carburant, vous devez utiliser une puissance minimale du moteur. Mais au cours du vol à distance, le poids de l'avion diminue en raison de l'épuisement du carburant. Voyager a également une diminution record - de 5 fois! Par conséquent, il est souhaitable de réduire la puissance de la centrale par ces 5 fois. Réduire la puissance en raison d'un étranglement aussi important et réduire le nombre de tours du moteur n'est pas rentable ; la consommation de carburant spécifique augmente ; il est souhaitable de voler à des révolutions proches de celles calculées. Dans une telle situation , il était très avantageux d'utiliser deux moteurs de travail dans la période initiale du vol et un seul - dans le reste de la période, lorsque la consommation de carburant réduisait le poids de l'avion." En conséquence, la consommation de carburant du Voyager n'était en moyenne que de 91 grammes par kilomètre. C'est à peu près la même chose que la consommation des voitures particulières ordinaires du type Zhiguli. Mais l'avion est plusieurs fois plus lourd et, de plus, n'a pas roulé, mais a volé à une vitesse moyenne de 185 kilomètres par heure. Deux moteurs, ce n'est pas seulement une économie de carburant, mais aussi une sécurité accrue. Ils vous permettent également d'augmenter la puissance en cas d'urgence si vous devez surmonter un front d'orage ou des sommets de montagne. Apparemment, c'est le concept de deux moteurs qui a été le dernier maillon qui a finalement permis d'atteindre le succès. "Il est impossible de placer deux moteurs sur l'aile", poursuit Kiselev, "après tout, un seul fonctionne pendant une partie importante du vol et cela créera une poussée asymétrique. Cela signifie que les deux vis doivent être situées le long de l'axe de symétrie. de l'avion. Utiliser deux vis coaxiales, dont chacune tourne avec son propre moteur, mauvais : il faut un arbre long et lourd du moteur arrière à l'hélice ; une hélice arrêtée réduira l'efficacité de l'autre. Alors, peut-être, répartir les hélices et les moteurs le long des extrémités du fuselage?Cette solution ne fonctionnera pas, car lors de l'atterrissage et du décollage, soit l'hélice arrière touchera le sol, soit pour éviter cela, il faudrait un train d'atterrissage long et lourd, ce qui est clairement peu rentable.Alors avançons l'hélice arrière en raccourcissant le fuselage, mais sans avancer l'empennage horizontal (GO), sans raccourcir son épaulement.Cela peut être réalisé en fixant le GO sur deux poutres de fuselage supplémentaires.La disposition résultante satisfait déjà le concept considéré de deux moteurs. Mais faisons attention à la forme optimaleaile du Voyager. Il est très long et étroit (avec une petite corde). Sur une si petite corde, il est difficile d'assurer la rigidité de la fixation du fuselage et des deux poutres ; les déformations relatives du GO et de l'aile seront importantes, ce qui dégradera la stabilité et la contrôlabilité de l'avion. De plus, il y a un GO dans le flux des hélices, ce qui, bien qu'il puisse améliorer la maniabilité, réduira la poussée des hélices. La dernière circonstance pour un avion à très long rayon d'action a une valeur négative plus significative. Dans cette situation, B. Rutan trouve une solution originale : pour échanger l'aile et le GO, c'est-à-dire du schéma aérodynamique habituel avec une queue, passez au schéma "canard", dans lequel le GO est devant l'aile . Maintenant, le GO avant relie les poutres et le fuselage lui-même, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un support supplémentaire pour les poutres du fuselage. Un tel schéma offre une plus grande rigidité et moins de déformation angulaire du GO par rapport à l'aile. Désormais, rien ne ralentit le débit de l'hélice du moteur arrière principal. La solution trouvée par B. Rutan est donc la plus rentable, optimale." Lorsqu'un avion a été sorti pour la première fois du hangar n ° 77 de l'aérodrome de Mojave, les experts et les journalistes réunis ont été frappés par son étrange ressemblance avec un oiseau fossile géant - un ptérodactyle. Le 14 décembre 1986, Voyager, ayant parcouru la piste à une vitesse de 70 miles par heure (plus tard, la vitesse de vol de Voyager variait de 90 à 150 miles par heure), n'a pas pu décoller pendant un certain temps. L'aile, pleine de carburant, malgré l'augmentation de sa rigidité en flexion, a donné un très grand débattement. A la fin du décollage de l'avion, lorsque de fortes oscillations élastiques de flexion de l'aile ont commencé, plusieurs impacts des extrémités oscillantes des consoles sur la surface de la piste se sont produits. Les boucliers d'extrémité d'aile se sont détachés : celui de gauche au sol et celui de droite dans les airs. Cependant, à cause de ces "petites choses", il a été décidé de ne pas interrompre le vol. V. Biryukov a parlé en détail du vol Voyager dans la revue Nature and Man: "...Dick a passé les deux premiers jours du vol à la barre de Voyager presque invariablement. le vol au-dessus de l'océan Pacifique n'a pas présenté de difficultés particulières , puis plus loin, au-dessus de la Malaisie, au-dessus de l'océan Indien, et surtout sur le territoire de l'Afrique, les voyageurs ont rencontré des zones de fortes agitations atmosphériques... ... L'équipage a été contraint de changer de cap brusquement (parfois jusqu'à 90 degrés), et de descendre ou de monter à la hâte, fuyant des flux turbulents insidieux. Au troisième jour du voyage dans la zone de l'archipel des Philippines, il est arrivé un rare moment où, sur l'insistance du médecin de l'expédition, resté à l'aérodrome de Mojave, le pilote automatique a été activé. Dick et Gina ont eu la chance de se reposer. Le cockpit est si petit - 70x210x140 centimètres que Dick somnolait la tête en arrière dans le siège du pilote, et Gina était allongée, à sa droite, entourée de nombreux instruments et éléments nécessaires au vol. Ce qui n'était pas dans le cockpit : des interrupteurs de réservoir de carburant (il n'y en avait que 16 à bord), une pompe à carburant manuelle de secours, un ravitaillement automatique et forcé des moteurs en huile, un talkie-walkie, des instruments de navigation, deux bidons d'eau potable (40 litres ), conteneurs avec provisions. Et une autre difficulté qui a accompagné les voyageurs pendant les neuf jours du vol était le bruit assourdissant des moteurs. Les contrôleurs de vol au sol à Mojave ont maintenu un contact radio avec Voyager via des satellites ou ont utilisé les services de relais d'avions de ligne qui se trouvaient à proximité des voyageurs. Ils ont rapporté que Dick et Gina n'avaient pas immédiatement répondu aux demandes radio. Il fallait souvent au moins cinq minutes aux pilotes pour rassembler leurs idées. Alors que Voyager survolait l'océan Atlantique central, en direction de la côte de l'Amérique latine, une lumière rouge s'est soudainement allumée sur le tableau de bord du cockpit. Le moteur arrière est très chaud, la pression d'huile a chuté. Et bientôt le moteur, éternuant plusieurs fois, a calé. Les contrôleurs au sol ont envoyé à bord: "Attention! Préparez-vous à un atterrissage d'urgence" - et ont commencé à déterminer lequel des aérodromes brésiliens peut le faire, Gina et Dick, qui ont été autorisés à se reposer un peu par le vent arrière sur la partie ouest de l'Atlantique, ont été submergés par des nouvelles désagréables. Mais quelques minutes plus tard, l'équipage informe joyeusement le sol que le vol va continuer. Fatigués de lutter contre les éléments, les pilotes ont oublié d'ajouter de l'huile au moteur à temps. L'erreur a été corrigée, le moteur a pu démarrer. À la dernière étape de la route, lorsque Voyager, après s'être littéralement faufilé entre les cyclones le long de la côte ouest des États-Unis et du Mexique pendant près d'un jour et demi, et s'approchant de la base aérienne d'Edwards, l'approvisionnement en carburant s'est soudainement arrêté. Et dans le même moteur arrière malheureux. Gina a grimpé jusqu'à la taille dans l'aile droite, a éteint la pompe automatique et a commencé à alimenter le carburant à l'aide d'un manuel. Mais les mésaventures ne se sont pas arrêtées là - le démarreur a échoué. Dick a allumé le pilote automatique et est monté sur l'aile gauche, où se trouvaient les fusibles du système électrique. Ce n'est qu'alors que le démarreur a commencé à fonctionner, puis, après un peu d'agitation, le moteur a également commencé à fonctionner. Puis la pompe à essence automatique s'est mise en marche, et Gina a pu retourner s'asseoir dans le cockpit. En fin de compte, Dick et Gina ont traversé l'épreuve ardue de neuf jours de bruit continu, de barattage dur et des inconvénients d'un petit cockpit et ont terminé ce vol historique avec les honneurs à Edwards AFB. Auteur : Musskiy S.A.
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