Le F-8 Crusader DFBW "fly by wire"


Au début de l'année 1971, la NASA lança un programme de recherches sur les commandes de vols électriques controlées par ordinateur.
Basé sur l'ordinateur de contrôle de vol qui équipait les modules Apollo, le centre de recherches spatiales américain chercha alors un aéronef en mesure de répondre à ses besoins.

Son choix se porta sur le F-8 Crusader car, ce dernier présentait deux avantages non négligeables, la cellule de l'appareil permettait d'intégrer le contrôle de vol sans que la cellule ne nécessite d'importants aménagements et, les coûts d'acquisitions et de modifications du F-8 étaient raisonnables.

En 1970, la NASA acquit quatre F-8C qu'elle affecta à son centre d'essais de Dryden.
Le Crusader 145546 fut utilisé pour les essais en vol et reçut le code 802, un autre F-8C fut modifié en simulateur de vol pour l'entrainement des pilotes d'essais, ce dernier fut surnommé "iron bird".

F-8 DFBW Le programme "fly-by-wire" de la NASA prévoyait initialement de supprimer les gouvernes de profondeurs du F-8 affecté à ce programme en les remplaçant par des empennages canard placés au niveau du poste de pilotage, mais l'entrée d'air unique du Crusader obligea les ingénieurs à abandonner cette option et, à conserver les gouvernes d'origines.
Le radar AN/APS-67, la canne de ravitaillement en vol et les quatre canons de 20 mm furent déposés pour laisser la place à l'équipement électronique.

Le programme Fly-by-Wire débuta peu après et se divisait en trois phases.
La phase I devait valider le concept des commandes de vols électriques et conditionnait la poursuite ou l'arrêt du programme.
La phase IB prévoyait la mise en place d'un second ordinateur de contrôle de vol afin de permettre le doublage des circuits (validation des redondances).
La phase II devait débuter à la mi-1974 et devait reprendre l'ensemble des acquis des phase I/IB afin de les valider définitivement et, le cas échéant améliorer la fiabilité de l'ordinateur de bord du F-8 "fly by wire".

Bien entendu le calendrier de ce programme ne fut pas respecté et dura plus longtemps que prévu.
Pour autant, les phases de développement de ce dernier restèrent conformes à ce qui avait été prévu.
Coté budget, si la première année ne couta qu'un million de dollars comme prévu, le programme F-8 "fly by wire" qui dura au final dix ans revint à douze millions de dollars de l'époque.
F-8 DFBW

Les essais et le déroulement du programme :

La phase I consista à valider la mise en place de l'ordinateur de bord IBM AP-101 et de commandes de vol électriques à un seul canal à bord du F-8C Crusader.

Les ingénieurs de la NASA définirent également une enveloppe de vol pour ce F-8 "fly by wire", avec plusieurs limitations.
Le taux de roulis était limité à 70 degré par seconde.
Le vent de travers durant les phases de décollage et d'atterrissage ne devait pas excéder dix noeuds.
Si l'ordinateur de bord affichait une perte de puissance, le pilote devait reprendre la main et voler pendant deux minutes en vol rectiligne uniforme (vitesse constante à altitude constante) afin de permettre aux gyroscopes de se recaler.

Ces limitations étaient uniquement dues au fait que le F-8 embarquait le même ordinateur que les modules spatiaux Apollo qui ne supportait pas des contraintes de vol supérieures.

Un système de validation des informations et de remise à zéro fut également installé sur le F-8C, le BCS pour Back-up Control System.
Ce système permettait d'appliquer des procédures d'urgences automatique, sauf en cas de panne du réacteur, de la génération électrique ou si la batterie de bord chutait à moins de 27 volts.

Pour les vols d'essais, les pilotes travaillait avec un compte rendu de vol qui comprenait trois questions relatives au comportement de l'avion:
Est-il contrôlable ?
Est-ce une performance adéquate réalisable avec une charge de travail pour le pilote tolérable ?
Est-il satisfaisant sans amélioration ?

Chacune de ces questions étaient couplées à l'échelle de Cooper-Harper en cas de réponse négative.
Cette échelle, qui fut développée pour les vols d'essais, comprend dix niveaux, 10 étant un comportement inacceptable/incontrôlable, 1 étant si ce n'est la perfection, du moins ce qui s'en approche le plus.
Avec le programme du F-8 "fly by wire", la courbe Cooper-Harper fut divisée en trois sections :
1 à 3 définissait un comportement acceptable, voir performant.
4 à 6 informait de modifications souhaitables mais non obligatoire.
7 à 10 impliquait des modifications à faire avant de poursuivre le programme.

L'ordinateur des missions Apollo ne pouvant intégrer que deux milles mots, il fallut augmenter la capacité de stockage d'information.
La NASA installa à bord du F-8 un logiciel de stockage KSTART, qui outre le fait qu'il pouvait être réécrit plusieurs fois, permettait d'intégrer cent-cinq variables pour un vol donné.
Ce concept permettait d'entrer des positionnements de commandes de vols pré-programmées, mais également d'ajuster ces données durant le vol d'essais.

Les premiers essais se firent au sol avec les tests "d'engagement" de l'ordinateur de vol sur les servocommandes des trois axes, roulis, lacet, tangage, avec le test des deux circuits électriques de contrôle de vol, le CAS (Control Augmentation System) et le SAS (Stability Augmentation System).

F-8 DFBW Le premier vol eut lieu avec le pilote d'essais Gary E. Krier le 25 Mai 1972, à 08h14min et 34 secondes très précisément.
Le F-8 "fly by wire" fut de retour à Edwards sur la piste 18 à 09h02min et 32 secondes.
L'appareil venait de valider l'ensemble de la phase I du programme.

Deux vols complémentaires furent programmés pour le mois de Juin.
Celui du 16 fut décalé au 18 Juin suite à une panne sur le BCS.

Le vol du 18 Juin fut supersonique et révéla un problème de vibration à Mach 0,98.
Ce problème se reproduisant à chaque vol supersonique, des essais au sol sur un simulateur de vol spécifique furent menés par les pilotes et les ingénieurs de la NASA.
Le 3 Août débutèrent les essais du système SAS (Stability Augmentation System).
Mais le système de stockage de données KSTART tomba en panne et le vol fut finalement reporté au lendemain pour permettre aux informaticiens de reprogrammer l'ordinateur.
Ce fut alors le F-8 qui connut une panne mécanique.
Cette panne fut finalement bénéfique puisque le 9 Août, les informaticiens constatèrent que l'ordinateur de bord était bien plus en panne que ce qu'ils avaient imaginés, en particulier sur la gestion du contrôle des ailerons.

Le 18 Août 1971, tout était en ordre, mais une crevaison au roulage retarda encore le vol d'essais qui eut finalement lieu le 22 du même mois.
Gary E. Krier effectue alors un vol qui donne pleine satisfaction et durant lequel fut testé la stabilité en roulis et en tangage.
Le 26 Août, un autre vol "SAS" fut effectué, le système fut alors activé dès le décollage et testé dans différentes configurations et réglages.
Durant ce second vol, le SAS fut couplé avec le CAS (Control Augmentation System) et un vol en formation avec ces deux systèmes activés fut effectué.
L'atterrissage fut effectué avec vent de travers à Edwards et le rapport de Krier stipula que ce dernier s'effectua sans problème dans l'enveloppe de vol défini par le programme... Même si officieusement, le pilote avoua que l'ordinateur avait géré l'atterrissage avec des conditions bien au-delà que ce qui avait été défini en termes de vent de travers.


Le 15 Août 1972 débuta une autre phase de tests du SAS.
Le F-8 "fly by wire" effectua un vol en formation avec le F-104 de la NASA.
Ce vol révéla un décalage dans les ordres de variation sur les commandes de vols. Entre l'ordre donné au manche et la répercussion à la servocommande, le décalage était de 280 millisecondes.
Il s'avéra que le temps de calcul était de 105 millisecondes, le reste de la perte était dû à des erreurs de calculs.

Le 21 Septembre 1972 eu lieu le quarante-quatrième vol du programme avec le F-8 "fly by wire".
Ce vol était également le premier de Thomas McMurtry à bord de ce F-8. Ce pilote d'essais arrivait du programme de vol du Crusader à aile supercritique.
Mc Murtry rencontra des problèmes au décollage et en vol avec le F-8, mais après plusieurs vérifications, il s'avéra que ces soucis étaient dû au manque d'entrainement de Mc Murtry sur le F-8 "fly by wire". Ce dernier ne disposait en effet que de vingt-sept heures de vol sur le simulateur spécifique de la NASA, alors que Krier cumulait déjà plus de deux cents heures sur ce programme.

Ces deux pilotes d'essais poursuivirent le programme en effectuant six vols entre Octobre 1972 et Janvier 1973.
En dehors d'un vol annulé en Octobre suite à une panne de l'autotest du BCS et un autre en Novembre à cause d'une fuite de carburant, le programme Fly by Wire de la NASA ne connut pas d'autres faits marquants.

Le 30 Janvier 1973, le F-8 "fly by wire" effectua un vol en formation avec son compère du programme d'aile à profil supercritique.

Durant la phase du programme, General Electric valida également la protection contre la foudre du système "fly by wire" en démontrant que les installations pouvaient resister à un impact direct de foudre reçu par la cellule de l'avion.



F-8 DFBW Le F-8 "fly by wire" et le YF-16 :

Le 13 Août 1973, le F-8 Crusader "fly by wire" fut utilisé sur un nouveau programme.
Les essais des commandes de cockpit du YF-16.
Celui qui allait devenir le nouveau chasseur de l'USAF disposait en effet d'un stick de contrôle de vol placé sur le coté droit du cockpit... Changement radical par rapport au manche qui se trouvait jusqu'à présent entre les jambe du pilote.

Le F-8 fut donc doté des deux commandes.
L'appareil conservait son manche "classique" tandis qu'un stick était positionné sur la planche de bord latéral droite dans le cockpit.
Ainsi équipé, le F-8 "fly by wire" effectua son premier vol le 19 Septembre 1973. Le décollage s'effectua au manche, le pilote ne prit le contrôle au stick qu'une fois arrivée à l'altitude de 6 000 mètres.

Après plusieurs essais et manoeuvres sous facteur de charge, le pilote d'essais Gary E. Krier attribua une note de 2 sur l'échelle Cooper-Harper, validant haut la main le concept du stick latéral.
Le 25 Septembre, fut effectué un vol d'essais à basse vitesse, puis ce furent six vols supplémentaires effectués par Krier et Mc Murtry qui finirent de valider le stick du YF-16.

Le programme "fly by wire" reprit du 24 Octobre au 27 Novembre 1973 afin de le tester avec quatre pilotes qui n'avaient pas participé au programme, Philip Oestricher (pilote d'essai du YF-16), William Dana (pilote du X-15) Einar Enevoldson (pilote d'essai de la NASA), et Ken Mattingly (membre de la mission Apollo 13).
Ces vols clôturèrent le programme du F-8 "fly by wire".

Le F-8 802 de la NASA reprit du service en 1982, pour une série de vols d'essais qui permirent de tester la capacité de ravitaillement en vol d'un avion à commandes de vols électriques.
Pour les besoins de ce programme, le Crusader "fly by wire" fut doté d'une perche de ravitaillement en vol fixe.
Le pilote d'essais de ce programme était Dick Gray.


Avec ce programme, la NASA put corriger des problèmes sur le contrôle de vol de la future navette spatiale et General Dynamics celui du F-16 Fighting Falcon.
Ces recherches ouvrirent également la voie aux commandes de vols électriques pour l'aviation civile et militaire.

F-8 DFBW

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