Véhicule à effet de sol - Ground-effect vehicle

Ekranoplan A-90 Orlyonok

Un véhicule à effet de sol ( GEV ), également appelé aile en effet de sol ( WIG ), artisanat effet de sol , wingship , flarecraft ou ekranoplan ( russe : экраноплан - « screenglider » ), est un véhicule qui est capable de se déplacer sur la surface en s'appuyant sur les réactions de l'air contre la surface de la terre ou de l'eau. En règle générale, il est conçu pour glisser sur une surface plane (généralement au-dessus de la mer) en utilisant l' effet de sol , l'interaction aérodynamique entre l'aile en mouvement et la surface en dessous. Certains modèles peuvent fonctionner sur n'importe quelle zone plate comme les lacs gelés ou les plaines plates semblables à un aéroglisseur .

Concevoir

Un véhicule à effet de sol a besoin d'une certaine vitesse vers l'avant pour produire une portance dynamique et le principal avantage de l'utilisation d'une aile dans un effet de sol est de réduire sa traînée dépendante de la portance . Le principe de conception de base est que plus l'aile opère près d'une surface externe telle que le sol, quand on dit qu'elle est en effet de sol , plus elle devient efficace.

Un profil aérodynamique traversant l'air augmente la pression de l'air sur la face inférieure, tout en diminuant la pression sur le dessus. Les hautes et basses pressions sont maintenues jusqu'à ce qu'elles s'écoulent des extrémités des ailes, où elles forment des tourbillons qui à leur tour sont la principale cause de traînée induite par la portance - normalement une grande partie de la traînée affectant un avion. Plus l'allongement de l'aile est élevé (c'est-à-dire plus elle est longue et fine), moins la traînée induite créée pour chaque unité de portance est élevée et plus l'efficacité de l'aile en question est grande. C'est la principale raison pour laquelle les planeurs ont des ailes longues et fines.

Placer la même aile près d'une surface telle que l'eau ou le sol a pour effet d'augmenter considérablement l'allongement, mais sans avoir les complications associées à une aile longue et élancée, de sorte que les stubs courts sur un GEV peuvent produire tout autant portance comme l'aile beaucoup plus grande d'un avion de transport, bien qu'elle ne puisse le faire que lorsqu'elle est proche de la surface de la terre. Une fois qu'une vitesse suffisante s'est établie, certains GEV peuvent être capables de quitter l'effet de sol et de fonctionner comme des avions normaux jusqu'à ce qu'ils approchent de leur destination. La caractéristique distinctive est qu'ils sont incapables d'atterrir ou de décoller sans une aide importante du coussin d'effet de sol, et ne peuvent pas monter tant qu'ils n'ont pas atteint une vitesse beaucoup plus élevée.

Un GEV est parfois caractérisé comme une transition entre un aéroglisseur et un avion , bien que cela ne soit pas correct car un aéroglisseur est supporté statiquement sur un coussin d'air sous pression provenant d'un ventilateur embarqué dirigé vers le bas. Certains modèles de GEV, tels que le Lun et le Dingo russes , ont utilisé le soufflage forcé sous l'aile par des moteurs auxiliaires pour augmenter la zone de haute pression sous l'aile afin d'aider au décollage ; Cependant, ils diffèrent des aéroglisseurs en ce qu'ils nécessitent toujours un mouvement vers l'avant pour générer une portance suffisante pour voler.

Bien que le GEV puisse ressembler à l' hydravion et partager de nombreuses caractéristiques techniques, il n'est généralement pas conçu pour voler hors de l'effet de sol. Il diffère de l' aéroglisseur par l'absence de capacité de vol stationnaire à basse vitesse de la même manière qu'un avion à voilure fixe diffère de l' hélicoptère . Contrairement à l' hydroptère , il n'a aucun contact avec la surface de l'eau lorsqu'il est en "vol". Le véhicule à effet de sol constitue une classe de transport unique.

Configurations d'aile

Configurations WIG-ailes : (A)  Ekranoplan ; (B)  Aile delta inversée; (C)  Aile tandem.

Un ekranoplan léger russe Aquaglide-2

Aile droite

Utilisé par le Russe Rostislav Alexeyev pour son ekranoplan. Les ailes sont nettement plus courtes que celles d'avions comparables, et cette configuration nécessite un empennage horizontal haut placé à l'arrière pour maintenir la stabilité. La stabilité en tangage et en altitude provient de la différence de pente de portance entre une aile avant basse dans l'effet de sol (généralement l'aile principale) et une deuxième aile arrière située plus haut presque hors de l'effet de sol (généralement appelée stabilisateur).

Aile delta inversée

Développée par Alexander Lippisch , cette aile permet un vol stable en effet de sol grâce à l'auto-stabilisation. C'est la principale forme de classe B de GEV.

Ailes tandem

Les ailes tandem peuvent avoir trois configurations :

• Un biplan de type 1 utilisant une aile de levage principale montée sur l'épaule et des flotteurs montés sur le ventre similaires à ceux des hélicoptères de combat et de transport.
• Un canard de type 2 avec une aile horizontale de taille moyenne près du nez de l'engin dirigeant le flux d'air sous le profil aérodynamique principal. Cette conception en tandem de type 2 est une amélioration majeure pendant le décollage, car elle crée un coussin d'air pour soulever l'embarcation au-dessus de l'eau à une vitesse inférieure, réduisant ainsi la traînée d'eau, qui est le plus grand obstacle au lancement réussi des hydravions.
• Deux ailes trapues comme dans le flairboat tandem-aile produit par Günther Jörg en Allemagne. Sa conception particulière est auto-stabilisante longitudinalement.

Avantages et inconvénients

Avec une taille de coque et une puissance similaires, et en fonction de sa conception spécifique, la traînée induite par la portance inférieure d'un GEV, par rapport à un avion de capacité similaire, améliorera son efficacité énergétique et, jusqu'à un certain point, sa vitesse. Les GEV sont également beaucoup plus rapides que les navires de surface de puissance similaire, car ils évitent la traînée de l'eau.

Sur l'eau, la construction de type aéronautique des GEV augmente le risque de dommages s'ils ne parviennent pas à éviter d'autres navires. De plus, le nombre limité de points d'évacuation rend plus difficile l'évacuation du véhicule en cas d'urgence.

Étant donné que la plupart des GEV sont conçus pour fonctionner à partir de l'eau, les accidents et les pannes de moteur sont généralement moins dangereux que dans un avion au sol, mais le manque de contrôle de l'altitude laisse au pilote moins d'options pour éviter les collisions, et dans une certaine mesure, cela réduit ces avantages. . La basse altitude met les embarcations à grande vitesse en conflit avec les navires, les bâtiments et les élévations de terrain, qui peuvent ne pas être suffisamment visibles dans de mauvaises conditions pour être évitées. Les GEV peuvent être incapables de grimper ou de tourner suffisamment brusquement pour éviter les collisions, tandis que les manœuvres drastiques à basse altitude risquent d'entrer en contact avec des obstacles solides ou aquatiques en dessous. Les avions peuvent franchir la plupart des obstacles, mais les GEV sont plus limités.

Par vent fort, le décollage doit se faire face au vent, ce qui entraîne l'embarcation à travers des lignes successives de vagues, provoquant de violents martèlements, qui à la fois stressent l'embarcation et rendent les passagers mal à l'aise. Dans des vents légers, les vagues peuvent être dans n'importe quelle direction, ce qui peut rendre le contrôle difficile car chaque vague provoque le tangage et le roulis du véhicule. Leur construction légère rend leur capacité à opérer dans des états de mer plus élevés que celle des navires conventionnels, mais supérieure à la capacité des aéroglisseurs ou des hydroptères, qui sont plus proches de la surface de l'eau. La disparition de l'hydravion était le résultat de son incapacité à décoller ou à atterrir dans des conditions de mer agitée même lorsque les conditions de vol étaient bonnes, et son utilisation n'a duré que jusqu'à ce que les pistes soient plus couramment disponibles. Les GEV sont également limités.

Comme les avions conventionnels, une plus grande puissance est nécessaire pour le décollage et, comme les hydravions, les véhicules à effet de sol doivent monter sur la marche avant de pouvoir accélérer jusqu'à la vitesse de vol. Une conception soignée, généralement avec de multiples remaniements des formes de coque, est nécessaire pour obtenir ce résultat, ce qui augmente les coûts d'ingénierie. Cet obstacle est plus difficile à surmonter pour les GEV à petites séries. Pour que le véhicule fonctionne, sa coque doit être suffisamment stable longitudinalement pour être contrôlable mais pas assez stable pour ne pas pouvoir décoller de l'eau.

Le fond du véhicule doit être formé pour éviter des pressions excessives à l'atterrissage et au décollage sans sacrifier trop de stabilité latérale, et il ne doit pas créer trop d'embruns qui endommagent la cellule et les moteurs. Les ekranoplans russes montrent des correctifs pour ces problèmes exacts sous la forme de multiples bouchains sur la partie avant des dessous de coque et dans l'emplacement avant des moteurs à réaction.

Enfin, l'utilité limitée a maintenu des niveaux de production suffisamment bas pour qu'il soit impossible d'amortir suffisamment les coûts de développement pour rendre les GEV compétitifs par rapport aux avions conventionnels.

Une étude de la NASA de 2014 affirme que l'utilisation de GEV pour les voyages de passagers entraînera des vols moins chers, une accessibilité accrue et moins de pollution.

Classification

Une difficulté qui a retardé le développement du GEV est la classification et la législation à appliquer. L' Organisation maritime internationale a étudié l'application de règles basées sur le Code international de sécurité pour les embarcations à grande vitesse (code HSC) qui a été développé pour les navires rapides tels que les hydroptères , les aéroglisseurs, les catamarans , etc. Les règles russes pour la classification et la construction des petits ekranoplans de type A sont un document sur lequel la plupart des conceptions GEV sont basées. Cependant, en 2005, l'OMI a classé le WISE ou GEV dans la catégorie des navires.

L'Organisation Maritime Internationale reconnaît trois types de GEV :

Ces classes ne s'appliquent actuellement qu'aux embarcations transportant 12 passagers ou plus.

En 2019, il y avait un désaccord entre les agences de réglementation nationales sur la question de savoir si ces véhicules devaient être classés et réglementés en tant qu'aéronefs ou en tant que bateaux.

Histoire

Concept d'artiste d'un ekranoplan de classe Lun en vol

Dans les années 1920, le phénomène d' effet de sol était bien connu, car les pilotes ont constaté que leurs avions semblaient devenir plus efficaces à mesure qu'ils approchaient de la surface de la piste lors de l'atterrissage. En 1934, le Comité consultatif national américain pour l'aéronautique a publié le mémorandum technique 771, Effet de sol sur le décollage et l'atterrissage des avions , qui était une traduction en anglais d'un résumé des recherches menées jusqu'alors sur le sujet. L'auteur français Maurice Le Sueur avait ajouté une suggestion basée sur ce phénomène : « Ici l'imagination des inventeurs se voit offrir un vaste champ. L'interférence du sol réduit la puissance nécessaire au vol en palier dans de grandes proportions, voici donc un moyen de en même temps une locomotion économique : Concevoir un avion qui se trouve toujours dans la zone d'interférence au sol. A première vue cet appareil est dangereux car le sol est accidenté et l'altitude dite d'écrémage ne permet aucune liberté de manoeuvre. Mais sur les avions de grande taille, sur l'eau, la question peut être tentée..."

Dans les années 1960, la technologie a commencé à mûrir, en grande partie grâce aux contributions indépendantes de Rostislav Alexeyev en Union soviétique et de l' Allemand Alexander Lippisch , travaillant aux États-Unis . Alexeyev a travaillé à partir de son expérience en tant que concepteur de navires tandis que Lippisch a travaillé en tant qu'ingénieur aéronautique. L'influence d'Alexeyev et de Lippisch reste perceptible dans la plupart des GEV vus aujourd'hui.

Union soviétique

Le Bartini Beriev VVA-14 , développé dans les années 1970

Maquette de l' avion concept Beriev Be-2500

Dirigé par Alexeyev, le Bureau central de conception des hydroptères soviétiques ( russe : ЦКБ СПК ) était le centre du développement des embarcations à effet de sol en URSS. Le véhicule est devenu connu sous le nom d'ekranoplan ( russe : экранопла́н , ран screen + план plane , du russe : эффект экрана , littéralement effet d'écran , ou effet de sol en anglais). Le potentiel militaire d'un tel engin a été rapidement reconnu et Alexeyev a reçu le soutien et les ressources financières du dirigeant soviétique Nikita Khrouchtchev .

Certains prototypes habités et non habités ont été construits, allant jusqu'à huit tonnes de déplacement . Cela a conduit au développement d'un ekranoplan militaire de 550 tonnes de 92 m (302 pi) de longueur. L'engin a été surnommé le monstre de la mer Caspienne par des experts du renseignement américain, après qu'un énorme engin inconnu a été repéré sur des photos de reconnaissance par satellite de la région de la mer Caspienne dans les années 1960. Avec ses ailes courtes, il ressemblait à un avion en plan, mais serait évidemment incapable de voler. Bien qu'il ait été conçu pour se déplacer à un maximum de 3 m (10 pi) au-dessus de la mer, il s'est avéré plus efficace à 20 m (66 pi), atteignant une vitesse maximale de 300 à 400 nœuds (560 à 740 km/h ) dans les vols de recherche.

Le programme ekranoplan soviétique s'est poursuivi avec le soutien du ministre de la Défense Dmitriy Ustinov . Il a produit l' ekranoplan le plus réussi à ce jour, l' A-90 Orlyonok de 125 tonnes . Ces embarcations ont été développées à l'origine comme transports militaires à grande vitesse et étaient généralement basées sur les rives de la mer Caspienne et de la mer Noire . La marine soviétique a commandé 120 ekranoplans de classe Orlyonok , mais ce chiffre a ensuite été réduit à moins de 30 navires, avec un déploiement prévu principalement dans les flottes de la mer Noire et de la mer Baltique .

Quelques Orlyonoks ont servi dans la marine soviétique de 1979 à 1992. En 1987, l' ekranoplan de 400 tonnes de classe Lun a été construit comme plate-forme de lancement de missiles antinavires. Un deuxième Lun , rebaptisé Spasatel , a été posé comme navire de sauvetage, mais n'a jamais été terminé. Les deux problèmes majeurs auxquels les ekranoplans soviétiques étaient confrontés étaient une faible stabilité longitudinale et le besoin d'une navigation fiable.

Le ministre Ustinov est décédé en 1984 et le nouveau ministre de la Défense, le maréchal Sokolov , a annulé le financement du programme. Seuls trois opérationnels Orlyonok -class ekranoplans (avec la conception de la coque révisée) et un Lun -class ekranoplan est resté à une base navale près de Kaspiysk .

Depuis la dissolution de l'Union soviétique , des ekranoplans ont été produits par le chantier naval de la Volga à Nijni Novgorod . De plus petits ekranoplans à usage non militaire sont en cours de développement. Le CHDB avait déjà développé la Volga-2 à huit places en 1985, et Technologies and Transport développe une version plus petite appelée Amphistar. Beriev a proposé un gros vaisseau du type, le Be-2500, comme transporteur de fret "flying ship", mais rien n'est sorti du projet.

Allemagne

Lippisch Type et Hanno Fischer

Le Rhein-Flugzeugbau X-114 en vol.

En Allemagne, Lippisch a été sollicité pour construire un bateau très rapide pour l' homme d' affaires américain Arthur A. Collins . En 1963, Lippisch développa le X-112 , un design révolutionnaire avec aile delta inversée et queue en T. Cette conception s'est avérée stable et efficace dans l'effet de sol et même si elle a été testée avec succès, Collins a décidé d'arrêter le projet et a vendu les brevets à une société allemande appelée Rhein Flugzeugbau (RFB), qui a développé le concept delta inverse dans le X -113 et le six places X-114 . Ces embarcations pourraient être pilotées hors de l'effet de sol afin que, par exemple, des péninsules puissent être survolées.

Hanno Fischer a repris les travaux de RFB et a créé sa propre entreprise, Fischer Flugmechanik, qui a finalement réalisé deux modèles. L'Airfisch 3 transportait deux personnes et le FS-8 en transportait six. Le FS-8 devait être développé par Fischer Flugmechanik pour une coentreprise singapourienne-australienne appelée Flightship. Propulsé par un moteur automobile Chevrolet V8 d'une puissance de 337 kW, le prototype a effectué son premier vol en février 2001 aux Pays-Bas. La société n'existe plus, mais le prototype d'engin a été acheté par Wigetworks, une société basée à Singapour et rebaptisée AirFish 8. En 2010, ce véhicule a été enregistré en tant que navire dans le registre des navires de Singapour.

L' Université de Duisburg-Essen soutient un projet de recherche en cours pour développer le Hoverwing .

Flair à voilure tandem de type Gunther-Jörg

Un flarecraft tandem Skimmerfoil Jörg IV situé au Musée SAAF , Port Elizabeth, Afrique du Sud.
(Il a depuis été retiré du musée)

L'ingénieur allemand Günther Jörg, qui avait travaillé sur les premières conceptions d'Alexeyev et était familier avec les défis de la conception du GEV, a développé un GEV avec deux ailes en tandem, le Jörg-II. C'était le troisième bateau à voilure tandem habité, nommé "Skimmerfoil", qui a été développé pendant sa période de consultant en Afrique du Sud. Il s'agissait d'une conception simple et à faible coût d'un premier flairboat à voilure tandem à 4 places entièrement construit en aluminium. Le prototype est au SAAF Port Elizabeth Museum depuis le 4 juillet 2007, y est resté jusqu'en (2013) et est maintenant à usage privé. Des photos du musée montrent le bateau après une période de quelques années hors du musée et sans protection contre le soleil.

Le conseil de Dipl. Ing. Günther Jörg, spécialiste et initié de l'industrie aéronautique allemande à partir de 1963 et également collègue d'Alexander Lippisch et Hanno Fischer, a été fondé avec une connaissance fondamentale de Wing en physique des effets de sol, ainsi que des résultats de tests fondamentaux dans différentes conditions et conceptions ayant commencé en 1960. Pendant une période de plus de 30 ans Dipl. Ing. Gunther W. Jörg a réussi à construire et à faire voler avec succès une série de 15 flairboats à voilure tandem différents de différentes tailles et faits de différents matériaux.

Les types de flairboat à voilure tandem (TAF) suivants ont été construits après une période précédente de près de 10 ans de recherche et développement :

1. TAB VII-3 : Premier WIG tandem habité de type Jörg, en cours de construction à l'Université technique de Darmstadt, Akaflieg ;
2. TAF VII-5 : Second Flairboat biplace habité, 2 places en bois.
3. TAF VIII-1 : flairboat biplace biplace construit en PRV / Aluminium. Une petite série de 6 Flairboats avait été produite par l'ancienne société Botec.
4. TAF VIII-2 : Flairboat tandem à voilure 4 places construit tout en aluminium (2 unités) et construit en GRP (3 unités)
5. TAF VIII-3 : Flairboat tandem à voilure 8 places construit en aluminium combiné avec des pièces en PRV.
6. TAF VIII-4 : Flairboat tandem 12 places construit en aluminium combiné avec des pièces GRP également.
7. TAF VIII-3B : flairboat tandem à voilure 6 places sous construction composite en fibre de carbone.

Les concepts les plus importants sont : 25 places, 32 places, 60 places, 80 places et plus jusqu'à la taille d'un avion de passagers.

Tous ces flairboats à voilure tandem sont enregistrés comme bateau à moteur et classés comme type A WIG. En 1984, Gunther W. Jörg a été décoré du "Philip Morris Award" pour son futur transport. En 1987, la société Botec a été fondée. Après sa mort en 2010, l'entreprise est poursuivie par sa fille et ancienne assistante Ingrid Schellhaas avec sa société Tandem WIG Consulting.

Depuis les années 1980

Les GEV développés depuis les années 1980 sont principalement des embarcations plus petites conçues pour les marchés des ferries récréatifs et civils. L'Allemagne , la Russie et les États-Unis ont fourni l'essentiel de l'élan avec quelques développements en Australie , en Chine , au Japon , en Corée et à Taïwan . Dans ces pays et régions, des petites embarcations jusqu'à dix places ont été conçues et construites. D'autres conceptions plus grandes, telles que des ferries et des transports lourds, ont été proposées, mais n'ont pas été menées à terme.

Outre le développement d'une conception et d'une configuration structurelle appropriées, des systèmes de contrôle automatique spéciaux et des systèmes de navigation sont également en cours de développement. Ceux-ci incluent des altimètres spéciaux avec une grande précision pour les mesures de petite altitude et également une moindre dépendance aux conditions météorologiques. Après des recherches et des expérimentations approfondies, il a été démontré que les " radioaltimètres de phase " sont les plus adaptés à de telles applications par rapport aux altimètres laser , isotropes ou à ultrasons .

Avec la consultation de la Russie, l' Agence américaine des projets de recherche avancée pour la défense (DARPA) a étudié le wingship Aerocon Dash 1.6 .

Une aile en vol stationnaire

Universal Hovercraft a développé un aéroglisseur volant, dont un prototype a pris son envol en 1996. Depuis 1999, la société propose des plans, des pièces, des kits et a fabriqué un aéroglisseur à effet de sol appelé Hoverwing.

A Singapour, Wigetworks a poursuivi son développement et a obtenu la certification du Lloyd's Register pour l'entrée en classe. Le 31 mars 2011, AirFish 8-001 est devenu l'un des premiers GEV à être enregistré auprès du Singapore Registry of Ships, l'un des plus grands registres de navires. Wigetworks s'est également associé au département d'ingénierie de l'Université nationale de Singapour pour développer des GEV de plus grande capacité.

En Corée, Wing Ship Technology Corporation a développé et testé une version passagers à 50 places d'un GEV nommé WSH-500.

L'Iran a déployé trois escadrons de GEV biplace Bavar 2 en septembre 2010. Ce GEV transporte une mitrailleuse et un équipement de surveillance, et intègre des fonctionnalités qui réduisent sa signature radar d'une manière similaire à la furtivité. En octobre 2014, des images satellites montraient de nouvelles images du GEV dans un chantier naval du sud de l'Iran. Le GEV a deux moteurs et aucun armement.

Les designers Burt Rutan en 2011 et Korolev en 2015 ont montré des projets GEV.

La société de transport estonienne Sea Wolf Express prévoit de lancer un service de passagers en 2019 entre Helsinki et Tallinn , une distance de 87 km ne prenant qu'une demi-heure, en utilisant un ekranoplan de construction russe. La société a commandé 15 ekranoplans avec une vitesse maximale de 185 km/h et une capacité de 12 passagers et ils sont construits par la société russe RDC Aqualines.

En 2021, Brittany Ferries a annoncé qu'elle envisageait d'utiliser des engins à effet de sol de transport naval électrique régional à effet de sol pour les services transmanche .

Voir également

• Véhicule marin aérodynamiquement allégé
• Effet de sol (aérodynamique)
• Train à effet de sol
• Liste des véhicules à effet de sol
• KM

Notes de bas de page

Remarques

Citations

Bibliographie

Liens externes

• Wigetworks (fabricant de WIG basé à Singapour)
• Page du projet Aquagen GEV ("Aqualet")
• Airliners.net, Photos d'Alekseyev A-90
• Article de RIA Novosti sur la recherche soviétique sur le GEV
• Le Boeing Pélican
• Sea Eagle International, écumeurs de mer d'Australie
• Développement de GEV en Indonésie
• FAS La classe Lun
• Entre vent et vagues : Ekranoplans
• Volga Shipyard, le seul producteur au monde d'Ekranoplans
• Reportage vidéo de la BBC sur Ekranoplans
• Page Flairboat Tandem Airfoil
• Ekranoplanes : Planer au-dessus des vagues
• Ekranoplan, Moscou Top News
• Sungwoo Engineering (Corée), Wing in the Ground Effect Ship
• Le Lun, assis en cale sèche
• Investigation numérique du profil aérodynamique à proximité du sol
• aerospaceweb.org – Véhicules à effet de sol et WIG
• Lignes directrices provisoires de l'OMI pour les engins ailés au sol, décembre 2002
• Aerohod, fabricant de l'artisanat Tungus WIG
• MAD Hovercraft, fabricant d'aéroglisseurs volants WIG