En tant que pilote d’essai de la Force aérienne, le lieutenant-colonel Dawn Dunlop a piloté des dizaines d’avions différents, du chasseur agile F-15E Strike Eagle au gigantesque avion de transport C-17 au MIG-21 russe. En poste à la base aérienne Edwards, elle fait partie de l'escadron d'élite qui met à l'épreuve le F / A-22 Raptor, un chasseur à réaction de pointe. Mais l’appareil que Dunlop a eu le plus de difficulté à contrôler est une réplique du planeur 1902 des frères Wright. Plus d’une fois, elle a écrasé l’engin à la peau de mousseline sur le sable balayé par le vent de Kitty Hawk, en Caroline du Nord. «C’était une véritable révélation», se souvient Dunlop de l’expérience (meurtrière) de l’année dernière, dans le cadre d’un programme commémoratif de la Force aérienne. "Ils ont rendu si simple de voler aujourd'hui, nous avons oublié à quel point c'était difficile à l'époque."
Ce mois-ci, une grande partie du monde revisitera «l'époque» alors que de nombreuses cérémonies, livres et reconstitutions commémorent l'invention du vol à moteur. Le 17 décembre 1903, à 10 h 30, à peine 10h30 du matin, Orville Wright, inventeur de l’Ohio et propriétaire de magasin de vélos, s’est envolé sous un vent glacial pour un voyage de 12 secondes avec une hélice. voyage à pied qui pourrait bien avoir lancé l'ère moderne. «L’aviation est la technologie définitive du XXe siècle», a déclaré Tom Crouch, conservateur principal de l’aéronautique au Musée national de l’air et de l’espace de Smithsonian (NASM) et auteur de Wings: AHistory of Aviation, des cerfs-volants à l’ère spatiale . "La fuite symbolisait nos aspirations les plus profondes, comme la liberté et le contrôle de notre destin."
Au milieu de toutes les célébrations du centenaire tant attendu, il serait peut-être facile de perdre de vue à quel point ces premiers vols historiques ont été étonnants. Comme Dunlop l'a découvert, les avions Wright étaient dangereux. Assemblages frêles de fil, de bois et de tissu actionnés par des moteurs de fabrication artisanale, c’était un oiseau réticent, difficile à diriger et facile à planter. En fait, les avions basés sur le Flyer qu'Orville Wright aurait poussés à tuer le sol tueraient des dizaines de pilotes dans les années à venir. Pourtant, l’engin incarnait ce que nous reconnaissons aujourd’hui comme la base du vol et, bien que l’aviation ait progressé bien au-delà de tout ce que les frères avaient pu imaginer (en 2000, les avions transportaient plus de trois milliards de passagers), les Wright prévoyaient un nombre surprenant de développements cruciaux. . «Piloter ce planeur était un véritable défi», déclare Dunlop, «mais lorsque vous vous reprenez, vous réalisez à quel point le design est brillant.
Des Grecs de l'Antiquité, dont le conte mythologique sur les ailes de cire d'Icare fondent lorsqu'il s'est approché trop près du soleil, aux gravures laissées par la civilisation inca sud-américaine sur les murs de sa citadelle andine sacrée de Machu Picchu, l'humanité a longtemps été fascinée par l'idée de voler. Les peintures de la Renaissance et les fresques de l'ascension du Christ au ciel "avaient une notion de l'air comme une chose à travailler", explique Richard Hallion, ancien conservateur de la NASM et historien de la Force aérienne, et auteur de " Prendre son envol: inventer l'âge aérien de l'Antiquité à travers le monde". Première guerre mondiale . «On montre le Christ en train de se décoller comme une fusée et les apôtres ont tous des vêtements soufflés par le vent. Les anges ont des ailes musclées proportionnelles à leur taille. »Parmi les premières visions les plus surprenantes du vol humain motorisé, citons les croquis de Léonard de Vinci du XVe siècle représentant des ailes battantes et des hélicoptères rudimentaires. Pourtant, les idées de Leonardo ne sont jamais sorties de la page.
George Cayley, un baronnet anglais connu aujourd'hui comme le père de la navigation aérienne, fut le premier à appliquer les principes scientifiques aux problèmes de vol. Né en 1773, il construit le premier planeur à monter avec une personne à bord - son cocher, en 1853 - et identifie correctement la portance, la traînée et la poussée comme étant les principales forces à maîtriser pour le vol motorisé. Cayley, qui a publié ses recherches dans le Journal de philosophie, de chimie et des arts de Nicholson, a été le premier expérimentateur dans le domaine de l'aviation à utiliser des méthodes de recherche connues des scientifiques et des ingénieurs d'aujourd'hui. Peter Jakab, président de la division aéronautique de NASM, écrit dans son livre Visions d'une machine volante .
La première montgolfière avec passagers a pris son envol en 1783, lorsque ses inventeurs, les frères Montgolfier, ont envoyé un mouton, un coq et un canard pendant huit minutes dans les airs au-dessus de Versailles. Pour le siècle suivant, les ballons et les dirigeables plus légers que l'air, difficiles à maîtriser ou impossibles à contrôler, ont été considérés comme le seul moyen réaliste de monter en l'air. Entre-temps, les inventeurs ont dû faire face au défi du vol motorisé, plus lourd que l’air. Certains ont construit des planeurs en forme de mites ou de chauves-souris; d'autres ont construit des avions massifs à vapeur qui étaient impraticables; un de ces engins s'est effondré sous son propre poids. Aucun «n’a eu la moindre influence sur l’invention de l’avion», écrit Crouch.
Certains pionniers étaient sur la bonne voie. L'Allemand Otto Lilienthal construisit 16 planeurs différents entre 1891 et 1896, réalisant près de 2 000 vols dans les collines basses autour de Berlin. Dans ses expériences, il a accumulé des données sur la portance et inspirera les frères Wright, mais sa mort en 1896 dans l'un de ses propres planeurs eut un effet d'atténuation sur l'aviation. Convaincu que le vol à moteur était une folie dangereuse, de nombreux Européens travaillant sur le problème ont échoué.
Contrairement à leurs prédécesseurs, les Wright ont compris que le contrôle d’un avion était au moins aussi important que la portance et la poussée. Leur inspiration cruciale était de comprendre que les avions volaient en trois dimensions: monter et descendre (tangage), gauche et droite (lacet) et rouler (le mouvement d'inclinaison et de basculement qui, associé au gouvernail, envoie un avion dans des virages spectaculaires et rapides) . Roll, en particulier, avait été en grande partie ignoré ou inimaginable par leurs prédécesseurs. Hallion écrit que les Wrights, en tant que cyclistes, ont visualisé un avion tournant comme un cycliste tourne mal - en s'y penchant. John Anderson, conservateur de l'aérodynamique au National Air and Space Museum et auteur de The Airplane - Une histoire de technologie, déclare que «la contribution technologique la plus longue des Wright est un contrôle de vol purement et simplement. Wilbur Wright a été le premier à comprendre comment un avion a tourné.
Les gouvernails simples, comme ceux utilisés pour diriger les bateaux dans l'eau, et les ascenseurs (comme les gouvernails, sauf horizontaux) étaient suffisants pour déplacer un avion de haut en bas ou de gauche à droite. Mais la troisième dimension, qui consistait à faire virer et virer un avion, nécessitait une approche totalement nouvelle. La première avancée des Wrights a été de réaliser que l’air traversant les ailes pouvait être utilisé pour abattre une aile pendant qu’elle soulevait l’autre, faisant «rouler» l’appareil dans un virage incliné et incliné. Leur prochain était de trouver comment amener les deux ailes à se déplacer dans le bon sens au bon moment - un concept simple et magnifique appelé wing-warping, qui impliquait de tordre toute l'aile pour faciliter la rotation.
La combinaison de la créativité et des compétences en ingénierie des Wright continue de surprendre les spécialistes. «Ils avaient la capacité de visualiser des machines qui n'avaient pas encore été construites», explique Crouch. À partir du moment où ils ont eu recours au gauchissement des ailes comme solution pour déplacer un avion en trois dimensions au printemps 1899, il ne leur restait que quatre ans et demi avant leur vol motorisé épique, bien que bref, à Kitty Hawk. Comme Hallion le dit, "Les Wrights, quand ils se sont bien débrouillés, ont bougé avec une rapidité incroyable."
Au début, le potentiel de l'avion a suscité l'imagination des scientifiques les plus avancés. Trop chère pour quiconque, à l'exception des casse-cou riches et trop dangereuse pour un usage commercial régulier, la machine des Wrights était ridiculisée comme frivole; Même les frères pensaient que seuls les gouvernements nationaux disposeraient des ressources nécessaires pour construire et piloter des avions. «Il est douteux que des avions traversent jamais l'océan», s'est moqué l'éminent astronome de Harvard William Pickering en 1908, selon l'histoire de Hallion. «Le public a largement surestimé les possibilités de l'avion, s'imaginant que, dans une autre génération, il pourra se rendre à Londres en un jour. C'est manifestement impossible.
Un tel mépris a refroidi les investissements américains dans l’aviation. Entre 1908 et 1913, le gouvernement américain n'a dépensé que 435 000 dollars dans l'aviation, soit moins que l'Allemagne, la France, le Chili et même la Bulgarie. Les inventeurs et les entrepreneurs européens ont rapidement construit des avions plus performants, plus rapides et plus stables que les Wright. «L'avion Wright a été remplacé par des conceptions européennes dès 1910», explique Jakab. Les aviateurs et les inventeurs allemands, russes et surtout français ont rapidement dominé les cieux, comme en témoigne notre vocabulaire; «Aviation», «aileron», «fuselage» et «hélicoptère» ont tous des origines françaises.
Malgré tous les exploits des Wright, leurs avions étaient encore douteux. Une demi-douzaine de pilotes ont été tués au volant de Wright au cours d'une période d'un an à compter de 1909; d'autres premiers avions étaient également dangereux. «Les Européens n’ont pas appris de l’expérience Wright à voler, ils apprenaient à mieux voler», écrit Hallion. Des concepteurs tels que Louis Blériot ont déplacé les hélices du «propulseur» des Wrights à l'avant de l'avion, ce qui a simplifié la conception (une hélice montée à l'arrière nécessite des structures plus élaborées pour les gouvernes et les ascenseurs). La configuration initiale du biplan (forte, légère et génératrice de portance) a dominé la conception de l'avion jusqu'au début des années 1930, lorsque les monoplans, plus rapides, ont pris le relais.
Au début de la Première Guerre mondiale, l'avion était devenu une technologie militaire et commerciale. Les avions à ciel ouvert, principalement construits en bois et en tissu dans le ciel européen - des avions comme le britannique Sopwith Camel et l'allemand Albatros - étaient plus rapides et beaucoup plus agiles que le Wright Flyer, mais toujours dangereux. Des héros comme Manfred von Richthofen (le «baron rouge») et Eddie Rickenbacker de l'Amérique ont créé la mystique de l'as de chasse, mais des milliers d'autres ont péri dans les airs. En 1917, Hallion écrit que l'espérance de vie d'un pilote de chasse britannique dans une zone de combat était de trois semaines.
Mais la guerre a accéléré le développement de l'industrie aéronautique naissante. Le premier vol de passagers avait eu lieu en 1908, lorsque Wilbur Wright transporta un Charles Furnas lors des essais du Wright Flyer. Les vols passagers réguliers n’ont commencé sérieusement que le 1 er janvier 1914, lorsque Tony Jannus, pilote d’entrepreneurship de la Floride, a commencé à effectuer des sauts de 5 dollars à travers TampaBay. Les avions volant à basse vitesse et à basse altitude ont été secoués par les vents, ce qui a provoqué un vol cahoteux et souvent écoeurant. Cabines mal ventilées remplies de gaz d'échappement et de gaz d'échappement. Et le mauvais temps a gardé les avions au sol, rendant les voyages aériens peu fiables. Pourtant, la demande publique s'est accélérée.
Dans les années 1920 et 1930, les investissements de l'industrie et du gouvernement ont alimenté l'innovation. Les cadres en bois et les peaux de tissus ont cédé le pas à la conception en métal, ce qui a permis de créer des embarcations plus grandes et plus solides, des cabines de rationalisation, des cabines scellées et des vols en altitude. Les instruments de vol fiables, tels que l’horizon artificiel, l’altimètre et le gyroscope directionnel, étaient également importants, ce qui était essentiel pour voler par mauvais temps (et pour que les compagnies aériennes respectent les horaires). En 1932, les compagnies aériennes américaines transportaient plus de 475 000 passagers par an.
(Smithsonian Institution. Photo par Eric Long / OIPP) En 1935, l'aviation atteint un nouveau sommet — et curieusement peut-être un plateau — avec le développement du DC-3 de la Douglas Aircraft Company. Avec ses 21 sièges, sa construction entièrement en métal, son design profilé, son train d’atterrisseur rétractable, son pilote automatique et sa vitesse de croisière de presque 200 km / h, le DC-3 est considéré par de nombreux experts comme le summum de l’avion à hélice. le modèle pour les avions que nous connaissons aujourd'hui.
Tandis que les nouvelles conceptions de moteur entraînaient les hélices de plus en plus vite - à leurs extrémités, elles franchissaient le mur du son - les ingénieurs se heurtèrent à des propriétés aérodynamiques déconcertantes. Les ondes de choc et les turbulences imprévues ont compromis les performances. Les hélices ont perdu leur efficacité et leur poussée lorsqu'elles ont approché les vitesses supersoniques.
L'homme qui a dépassé cette limite n'était pas un ingénieur professionnel. Frank Whittle, fils d'un machiniste et pilote de la Royal Air Force, a eu l'idée d'un moteur à réaction alors qu'il était instructeur de vol au début des années 1930. «Whittle était un drôle de canard qui poussait une idée que tout le monde pensait être un peu cinglé», explique l'historien Roger Bilstein, auteur de Flight in America: des fantômes aux astronautes . "Personne n'a pensé que cela fonctionnerait."
Whittle persista, finissant par rassembler les ressources nécessaires pour concevoir lui-même un moteur à réaction fonctionnel. En tout état de cause, le concept est simple: l'air entrant à l'avant du moteur est comprimé et combiné au carburant, puis enflammé; le mélange en combustion rugit à l'arrière du jet, générant une poussée considérable lors du passage dans des turbines qui alimentent les compresseurs à l'avant du moteur.
Le moteur à réaction de Whittle a été testé pour la première fois au laboratoire en 1937 et, quatre ans plus tard, il pilotait un avion de combat spécialement conçu à une base aérienne près de Gloucester, en Angleterre. Les pilotes qui assistaient au vol d’essai très secret du côté de l’aérodrome humide étaient perplexes. "Mon Dieu, les gars, je dois tourner le coude", aurait dit un officier plus tard. "Il n'avait pas eu d'hélice!"
Pendant ce temps, un ingénieur allemand du nom de Hans von Ohain développait son propre moteur à réaction. En 1944, une poignée de chasseurs à réaction et de bombardiers, dont le Messerschmitt Me 262 - le premier avion à réaction opérationnel au monde - ont été rendus dans la Luftwaffe . En Amérique, les cuivres militaires ont mis les jets en veilleuse, convaincus que la guerre serait gagnée avec des avions conventionnels, et beaucoup d’entre eux. Détourner les ressources pour travailler sur un avion à réaction non éprouvé, ont insisté les autorités, serait une perte de temps. Mais après que les Alliés eurent balayé l'Allemagne à la fin de la guerre, ils recrutèrent des dizaines de scientifiques allemands spécialisés dans les jets et les roquettes, dont Wernher von Braun, puis les emmenèrent aux États-Unis dans le cadre du «Operation Paper-clip». pendant des décennies d’innovation dirigée par les États-Unis, allant de la technologie des avions à réaction immédiatement utile aux avancées en matière de fusées qui rendraient finalement le programme spatial possible.
La technologie de propulsion par réaction était la chose la plus importante dans l’aviation depuis les Wright. "Le jet n'était pas un raffinement de quoi que ce soit, c'était une percée complète", a déclaré Anderson de NASM. «Whittle et von Ohain ont ouvert une deuxième ère de l’aviation». Pourtant, les inventeurs du jet n’ont jamais obtenu la reconnaissance dont jouissaient les Wrights. Les brevets de Whittle furent utilisés par le gouvernement britannique pendant la guerre et von Ohain commença discrètement une nouvelle carrière en 1947, en tant que scientifique de la propulsion de l'US Air Force.
Pourtant, il faudrait des années de travail minutieux pour transformer l'avion à réaction en un moyen de transport fiable. À l’origine, les pilotes d’avions de chasse avaient une chance sur quatre de mourir dans un accident d’avion. Des vitesses supersoniques, d’au moins 650 km / h environ, ont nécessité de repenser les notions classiques d’aérodynamique, de contrôle et d’efficacité. La conception du X-1, qui a franchi le mur du son au-dessus du MurocDryLake de Californie en 1947, était basée sur la balle de calibre .50, un objet que les ingénieurs savaient devenu supersonique. Il a été piloté par le pilote d’essais laconique West Virginian, Chuck Yeager, un vétéran de la Seconde Guerre mondiale qui a compté deux Messerschmitt 262 parmi ses tués.
La bravoure de ces pilotes d’essais est ce dont nous avons tendance à nous souvenir au début du voyage dans les avions à réaction. Mais les dépenses publiques massives consacrées à la recherche aéronautique et spatiale dans les années 50 et 60 étaient peut-être encore plus importantes. En 1959, l’industrie aéronautique était l’un des plus gros employeurs du secteur manufacturier américain, avec plus de 80% de ses ventes réalisées au cours des quinze années qui ont suivi la Seconde Guerre mondiale. Les succès de l'aviation et de l'espace des États-Unis sont devenus des symboles puissants dans la guerre froide, et le secteur en plein essor de l'industrie aérospatiale a reçu un chèque en blanc du gouvernement. Après tout, comme l’a observé un personnage de la version cinématographique de The Right Stuff, «Pas d’argent, pas de Buck Rogers».
«Les investissements du gouvernement dans les activités liées aux vols ont entraîné un vaste développement technologique», dit Crouch. «Les choses se développaient les unes après les autres parce qu'elles étaient liées au vol et que les gouvernements y dépensaient de l'argent.» Les ordinateurs sont devenus des outils d'aviation omniprésents, de la conception d'aéronefs complexes à la création de réseaux mondiaux de billetterie. Le moteur à réaction a également propulsé l'aviation civile vers de nouveaux sommets et de nouvelles vitesses. Boeing a présenté un prototype de l'avion à réaction 707 en 1954, capable de voler à plus de 600 mi / h (trois fois plus vite que le DC-3). Quatre ans plus tard, Pan American entame le service régulier 707 de New York à Paris, marquant le début de l’ère des jets.
Alors que les leçons durement acquises par les pilotes d'essais militaires permettaient de concevoir des réacteurs plus sûrs et plus stables, la forme même du monde commença à changer. Des bombardiers nucléaires massifs B-52 capables de voler sans escale d'Omaha à Moscou en 11 heures, en passant par des jets de passagers pouvant traverser l'Atlantique en 7 heures, le jet a rendu les voyages internationaux accessibles à presque tout le monde. Les gros jets de passagers sont devenus courants - le Boeing 747 de 452 passagers a fait ses débuts en 1969 - et le nombre de passagers a considérablement augmenté chaque année.
Les avions de passagers supersoniques constituaient la deuxième frontière évidente. Mais à l'exception du Soviet Tupolev TU-144, qui a volé pour la première fois en décembre 1968, et du Concorde, une entreprise commune entre la France et la Grande-Bretagne qui a décollé deux mois plus tard, les voyages supersoniques resteraient en grande partie une nouveauté. Les deux avions étaient un buste financier. En près de 30 ans à traverser l’Atlantique à une vitesse deux fois supérieure à la vitesse du son, le Concorde, qui consomme de l’essence, n’est jamais rentable. Air France a cessé le service régulier de Concorde en mai et de British Airways en octobre. Néanmoins, les entrepreneurs et les politiciens ont continué à lancer des idées futuristes (et jusqu'ici impraticables), comme l'Orient Express, un transport supersonique gigantesque qui transporterait jusqu'à 200 passagers de New York à Pékin en deux heures, sautant comme une pierre sur la terre. ambiance à Mach 5.
Atteindre des vitesses toujours plus élevées n'a pas nécessairement été la plus haute priorité des militaires. Depuis les années 1970, les planificateurs militaires ont mis l’accent sur la manœuvrabilité et la furtivité. Mais les nouveaux avions, avec des ailes et des gouvernes plus petites et inclinées, avaient tendance à être instables. Cela a changé avec le développement, dans les années 1970, d'ordinateurs de bord, ou systèmes «vol électriques», capables de faire des milliers de réglages par seconde sur les gouvernes de direction et autres gouvernes. Le bombardier furtif Northrop B-2 et le chasseur furtif Lockheed F-117ANighthawk, étranges faisceaux noirs mats d'angles étranges et d'ailes trapues conçus pour disparaître du radar ennemi, semblent défier les lois de l'aérodynamique à l'aide d'un logiciel sophistiqué. La technologie de vol ultime, les véhicules aériens sans pilote (UAV), sont des drones télécommandés, déjà utilisés dans les cieux au-dessus de l’Afghanistan et de l’Iraq.
Pour de nombreux experts de l’aviation, la technologie de l’avion semble avoir atteint un nouveau ralentissement du rythme des progrès. "C'est la grande question: l'avion dans sa forme est-il maintenant une technologie mature?", Déclare le conservateur du MSNA, Jeremy Kinney. «Les compagnies aériennes se débrouillent très bien avec des avions gros porteurs à turboréacteurs transportant des centaines de personnes, et l’armée innove essentiellement en matière de raffinement. Y a-t-il même un prochain plateau?
Les ingénieurs l'espèrent. «Certes, nous avons atteint un certain niveau de maturité au cours de la dernière partie du XXe siècle, que certains considèrent comme un plateau, comme dans les années 1930», déclare le Smithsonian's Anderson, ancien président du conseil de l'aérospatiale de l'Université du Maryland. Département d'ingénierie. "Je pense que c'est une plate-forme sur laquelle nous allons nous lancer et voir des avancées spectaculaires." Outre l'amélioration de l'efficacité et de la performance des avions existants, les perfectionnements technologiques pourraient bientôt permettre des réalisations étonnantes: des systèmes à commande électrique volants avion en vol avec une aile décollée, réduction, voire élimination, des bangs soniques, et aéronefs sans équipage capables de manœuvres dramatiques susceptibles de tuer un pilote.
Curieusement, certaines des recherches les plus avancées actuellement en cours présentent une ressemblance frappante avec les innovations que les Wright ont apportées il y a plus d'un siècle. Au Dryden Flight Research Center de la NASA à Edwards, en Californie, les ingénieurs du programme Active Aeroelastic Wing ont équipé un avion de combat F / A-18 Hornet avec des ailes plus souples qui testent les possibilités de la conception d'ailes aéroélastiques, essentiellement une version de l'aile du Wrights. -Rouillage, bien que celui-ci utilise des systèmes informatiques très avancés pour inciter les ailes à changer de forme à des vitesses supersoniques. Les ailes aéroélastiques permettent des virages en tournant en inclinant l’aile elle-même, améliorant ainsi les performances à des vitesses supersoniques. «Très peu d'oiseaux volent avec des ailerons ou des volets de bord d'attaque», lance Dick Ewers, un pilote d'essai de la NASA. Au lieu de cela, dit-il, les oiseaux changent la forme de leurs ailes, en fonction de leur vitesse ou de leur lenteur, et de la rotation, de l'escalade, de la plongée ou de la montée en flèche. «Les avions dépensent beaucoup de poids et d’argent, ce qui rend les ailes rigides», poursuit-il. L’aile aéroélastique finira par supprimer les volets et bougera l’avion en modifiant la forme de l’aile elle-même, prédit: «Plutôt que de rigidifier l’aile, nous voulons le laisser être flexible et en tirer profit. "
Le logo du centenaire de l'avion sur l'avion prototype annonce fièrement le lien remarquable entre le projet et la tradition. Les avions du futur partagent peut-être une inspiration avec les Wright, qui ont guidé avec succès leur Flyer en trois dimensions en modifiant la forme de ses ailes. «Cent ans plus tard, nous pourrions découvrir que les réponses des frères Wright étaient plus correctes sur le plan aérodynamique que celles avec lesquelles nous vivons depuis 80 ans», déclare Dave Voracek, ingénieur en chef du projet. "Nous avons vraiment bouclé la boucle."
