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Histoire aérospatiale du monde |
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| | Grande-Bretagne | | | Il est généralement admis que l'avion a été inventé par George Cayley en 1799 à Brompton, près de Scarborough dans le Yorkshire au Royaume-Uni. En 1909 Wilbur Wright lui-même a rendu à Cayley l'hommage suivant : "Il y a environ 100 ans, un Anglais a porté la science du vol à un point qu'elle n'avait jamais atteint auparavant et qu' elle a à peine retrouvé à la fin du siècle dernier".
Limité aux planeurs à cause de l'absence d'un moteur léger, Cayley se livra à ses propres expérimentations de soufflerie. A cause de son choix d'aile à faible allongement, pour cause de rigidité structurelle, de tels planeurs atteignaient un coefficient portance/traînée compris entre 3 et 7.
Initialement, Cayley s'était rendu compte que la conception cruciforme des queues de ses planeurs n'assurait que sommairement direction et stabilité (à différentes vitesses de vol). Mais dans ses conceptions ultérieures notamment le parachute gouvernable à double queue, apparut une évaluation de la fonction stabilisatrice de la queue. Cayley apporta plusieurs innovations : dièdre de l'aile, et train d'atterrissage à roue amortie.
Dès 1809, il mit en avant l'idée que la forme de l'arrière du fuselage était aussi importante que l'avant dans l'estimation de la résistance à l'avancement, et qu’une queue profilée est donc plus avantageuse. Deux hommes bénéficièrent de l'enseignement de Cayley: William Henson et John Stringfellow, dont les projets et modèles mus à la vapeur des années 1840 prolongeaient la conception de Cayley, en ajoutant une hélice propulsive et des ailes à grand allongement.
Ensuite, le progrès le plus important dans la compréhension de la résistance à l'avancement vint en 1845 de George Gabriel Stokes, dont le remaniement du concept de la viscosité de Newton compléta les précédents travaux de Navier et d'autres en France, en introduisant l'idée que les pressions internes dans un fluide sont proportionnelles à sa vitesse d'écoulement. En 1851, Stokes se servit des équations Navier-Stokes (découlant de celles de Navier) associées à la condition qu'il n'y ait pas de frottement à la surface d'une sphère en mouvement lent, pour arriver à la première estimation de la traînée induite, en supplantant le précédent principe d'Euler et d'Alembert suivant lequel il n'y a pas de traînée dans un fluide non visqueux.
Stokes doit aussi être crédité d'avoir été le premier à publier le théorème dont le mérite revient à William Thomson (plus tard lord Kelvin) qui établit la corrélation entre tourbillonnement et écoulement, et à avoir élaboré dès 1843 les prémisses de la méthode des singularités, utilisée ultérieurement en 1864 et 1871 par William John Macquorn Rankine dans les mesures de l'écoulement d'un fluide non visqueux autour d'un corps.
| | | En 1866, la Aeronautical Society (aujourd’hui la Royal Aeronautical Society) fut fondée à Londres, et en 1871, la première soufflerie destinée à la Aéronautical Society fut construite par Francis Herbert Wenham, qui auparavant avait fait, au sein de la Société, des exposés sur les avantages des ailes multiples à grand allongement et de la propulsion à hélice.
Cette soufflerie ne fut utilisée que pour explorer les caractéristiques de portance et de traînée des surfaces plates.
A la même époque, en 1884, une deuxième soufflerie, utilisant l'éjection de vapeur, fut expérimentée par Horatio Phillips afin de démontrer l'amélioration des qualités de portance des surfaces modérément galbées. La compréhension de la portance en elle-même fit un autre pas en avant avec l'analyse de Lord Rayleigh. Il combina le champ non visqueux d'écoulement existant autour d'un cylindre avec celui d'un tourbillon placé au centre du cylindre, et produisant de ce fait une force latérale ou de bas en haut. Cet effet avait été analysé dès 1672 par Isaac Newton à propos de la déviation de la trajectoire des balles au jeu de paume, et avait été démontré par Robins en 1747 par l'imposition d'un mouvement de rotation à un plomb de pendule en oscillation, et enfin définitivement reconnu grâce aux travaux de Magnus à Berlin en 1852, qui avait soumis un cylindre en rotation à un jet d'air.
Entre 1892 et 1910, Lord Rayleigh apporta une modification fondamentale à la règle générale par une série d'analyses qui complétèrent les nombres de Reynolds et de Mach. L'importance du nombre de Reynolds avait déjà commencé à apparaître dans les résultats des observations qu’il publia à l'université de Manchester en 1883 au sujet du passage d’un écoulement dans un tuyau. De 1892 à 1907, Frederick William Lanchester commença, dans ses travaux, à regrouper la plupart de ces idées. Au début du vingtième siècle Lanchester non seulement identifia le rôle fondamental de la viscosité dans l'explication de la traînée, mais indépendamment de Prandtl, découvrit la présence de la couche limite. A partir d’une maquette grossière de cette "couche inerte", comme il la nomma, il put néanmoins prévoir correctement la relation de la friction du revêtement dans un écoulement laminaire avec le nombre de Reynolds. Lanchester est plus largement reconnu comme le premier à avoir compris le rôle des tourbillons traînants derrière les ailes portantes et comme initiateur de la théorie de circulation de la portance, bien que, avant les années 1900, il ait cru que le phénomène de « upflow/downflow » montré par une aile courbe était provoqué par une onde produite par l’aile sur laquelle l'aile est montée. L’importance de ses travaux se manifesta en 1907 : prévision de la portance, nature de la traînée induite avec une quasi exactitude, données à partir desquelles il pouvait déduire quelles seraient pour les avions les conditions minimales de traînée et de puissance.
| | | Toutes ces avancées scientifiques se révélèrent fondamentales pour l’ère de l’après Wright, dans le développement de l'aviation et certaines furent salutaires aux pionniers britanniques de l'ère de l’avant Wright. L'efficacité, par exemple, des surfaces modérément galbées devint une évidence pour l'inventeur d’origine américaine Sir Hiram Maxim après ses propres essais de manège aérodynamique et de soufflerie. Conforté par les essais poussés de différentes configurations d’hélices, il construisit un engin avec passager qui pouvait s’élever tout seul et il mena à bien l’expérience dans le parc de Baldwyn, dans le Kent, en 1894. Mais ce massif engin, d’une envergure proche de celle d’un bombardier «Vulcan», mu par deux ingénieux moteurs à vapeur de 130 kW actionnant d'énormes hélices propulsives de 5,4 mètres de diamètre, fut désavantagé par sa taille au cours de sa troisième course et fut sérieusement endommagé.
Des réparations furent effectuées, qui permirent de poursuivre les essais jusqu'en 1895, date à laquelle Maxim abandonna le projet. Il ne s’était pratiquement pas préoccupé de la commande en vol. Le planeur d’un ancien assistant de Maxim, Percy Sinclair Pilcher, bénéficia grandement des conseils et de l'expérience du vol plané que lui transmit Otto Lilienthal, le pionnier allemand, près de Berlin en 1895 et 1896. Pilcher progressa avec des résultats divers en concevant quatre modèles de planeurs. Le quatrième, le «Hawk» de 1896, comme ses prédécesseurs, comportait, comme le préconisait Lilienthal, des tiges d’émission dans la structure de l'aile (pour faciliter le déplacement au sol) et le choix contestable d'une queue pivotant vers le haut. Bien qu’il ait obtenu certains résultats, Pilcher se tua en 1899 dans un accident causé par les faiblesses structurelles de la queue de l’appareil. Il avait travaillé auparavant sur le projet d’un «Hawk» à moteur à essence actionnant une hélice propulsive, mais on ignore s’il avait eu l'intention d'essayer la commande aérodynamique.
Les activités de l’américain Samuel Franklin Cody, qui avait mis en oeuvre un système ingénieux de cerfs-volants destinés à l'artillerie lors de manoeuvres d'observation et de reconnaissance, éveillèrent l’intérêt des institutions pour le vol actionné. Employé comme chef instructeur par l'armée britannique et basé à l'école aéronautique de Farnborough, Cody conçut et expérimenta avec succès aux environs de 1905 une forme de cerf-volant-planeur biplan qui comportait, semble-t-il, une commande aérodynamique. Poursuivant ses recherches dans l’élaboration d’un engin actionné, il réalisa en octobre 1908 ce que l’on considère comme le premier vol britannique. Son biplan était mu par un moteur «Antoinette» de 37 kW et était conçu selon le modèle «Wright» avec gouvernail d’altitude à l'avant et gouvernail de direction à l’arrière, mais il comportait une surface simple montée au centre au-dessus de l'aileron supérieure pour la commande de roulement et d'un train d'atterrissage tricycle avec roues en bout d’ailes. L’année suivante les essais de Alliott Verdon Roe à Lea Marshes près de Hackney furent couronnés de succès, avec le second de ses triplans mu par un moteur de 7 kW JAP. Dans le même temps, John William Dunne avait placé ses espoirs dans la recherche de la stabilité aérodynamique avec un avion sans queue, muni d’ailes en flèche de biplan. Un planeur de ce type fit des essais pour l'armée à Blair Atholl en 1907 et Dunne obtint d’assez bons résultats ensuite avec un engin actionné. Les résultats furent plus probants avec Geoffrey de Havilland, recruté par Farnborough, qui, avec succès, pilota une machine actionnée de sa propre conception en 1910. |
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