Mais aussi...

Structure et aérodynamique

L'intégration en grande quantité de "matériaux nouveaux" avait été pensée dès la genèse de la création du nouvel avion, et l'idée a été confirmée par le cahier des charges du Rafale qui y fait fortement appel. On sait qu'à l'origine, le Rafale se voulait être un avion léger d'une masse à vide d'environ 9 tonnes, et l'utilisation intensive des matériaux composites va en ce sens. Il existe différents matériaux composites, mais ceux utilisés sur le Rafale sont surtout la fibre de carbone (en très grande quantité) et la fibre d'aramide (appelée Kevlar). Dans le passé, c'était l'aluminium qui était principalement utilisé pour réaliser les cellules d'avions, mais celui-ci présente une densité de 2.7 contre une densité de 1.8 pour la fibre de carbone et 1.4 pour le kevlar. La différence de masse pour un même volume entre les différents matériaux est donc considérable. De plus, un matériau composite comme la fibre de carbone permet la réalisation de pièces plus grandes, d'un seul tenant si possible. Il y a donc moins de fixations d'assemblage et la masse s'en ressent considérablement. Le meilleur exemple sur Rafale sont les quatre panneaux de voilure de l'avion qui sont réalisés en une seule pièce. Enfin, la robustesse de l'avion n'est pas dégradée par l'utilisation de matériaux composites puisque ceux-ci sont plus résistants aux efforts que l'aluminium. Leur durée de vie est aussi supérieure. La seule contrainte reste le prix: la fibre de carbone est 30 à 40 fois plus cher que de l'aluminium. 

 

Au total, c'est 70% de la surface mouillée* du Rafale qui est constituée de matériaux composites, alors que ceux ci ne représent que 30% (1000 kg) de la masse de la cellule. Si l'on prend en compte tous les matériaux "non-conventionnels", ils représentent 50% de la masse du Rafale aujourd'hui. Pour attester de l'évolution du Rafale produit en série avec le Rafale, on peut comparer ce pourcentage avec celui qui concerne le prototype Rafale A: 35%. Des matériaux métalliques sont tout de même présent dans la structure du Rafale: un alliage aluminium-lithium constitue notamment une partie du fuselage et de la dérive. Le titane SPF-DB** est quant à lui utilisé pour les parties de l'avion qui peuvent potentiellement être contraintes à des chocs: les canards et les bords d'attaque de voilure. 

 A savoir aussi que les parties métalisées de l'avion sont traitées afin d'être protégées des champs forts, de la foudre ou encore des impulsions électromagnétiques nucléaires.

*: Surface de l'avion en contact avec l'air extérieur.

**: SuperPlastic Forming-Diffusion Bonding (=Superplastique et à soudage par diffusion)

Ci dessous la représentation de la structure de la cellule du Rafale.

                     rafale-structure cellule.jpg                              structure cellule rafale.jpg

 

Le choix d'une géométrie de voilure pour un avion de chasse est un compromis entre plusieurs facteurs tels que les performances aérodynamiques (maniabilité), la capacité d'emport, la masse ou la difficulté de la réalisation technique. La voilure du Rafale est dite de type delta tronquée. Une voilure delta (forme de triangle isocèle, nom donné en rapport avec la forme de la lettre grecque) a plusieurs avantages: une masse faible dû à une faible épaisseur, une bonne robustesse, une grande capacité d'emport, une bonne répartition des efforts sur la voilure, et des performances optimales en vol supersonique grâce à une faible charge alaire (c'est pour cela qu'on la retrouve sur de nombreux chasseurs depuis 1950). Les désavantages apportés par une voilure delta sont une forte trainée induite et la trainée que procure les élevons qui sont indispensables à cette voilure. Aussi, par rapport à une voilure en flèche, l'autre modèle très répandu pour un chasseur, l'aile delta offre moins de maniabilité et de moins bonnes performance en vol subsonique et à basse vitesse. Mais cette voilure delta est plus allongée qu'une voilure delta classique qui équipe un Mirage 2000 par exemple. De plus, elle est dite à flèche modérée car son angle (48°) est peu important comparé à d'autres voilure delta : 53° pour l'Eurofighter ou encore 58° pour le Mirage 2000 par exemple. Ces deux résolutions, avec une plus grande surface portante et une forme retravaillée comme dit plus haut, permettent au Rafale d'accroitre sa maniabilité (qui a peu à envier à un avion à aile en flèche), d'améliorer ses capacités en vol subsonique et à basse vitesse mais en contrepartie diminuent son incidence de décrochage. Des apex* corrigent alors ce défaut.

*: Surface prolongeant l'emplanture (la jonction entre la voilure et le fuselage) d'une voilure et qui permet de résoudre certains problèmes aérodynamiques

 

Couplés à cette voilure delta pour l'améliorer: des plans canard actifs (mobiles). Les plans canard (ou simplement "canards") sont des surfaces portantes situées à chaque côté de l'avant du fuselage d'un aéronef (souvent sur voilure delta, le couple delta-canard est très répandu). Sur Rafale, les canards prolongent les apex. Les canards sont ici situés légèrement en arrière du cockpit, pour ne pas géner la vision du pilote et ils sont positionnés plus haut que la voilure. Le but premier des canards, c'est d'optimiser le vol de l'avion assurant sa stabilité dans les domaines de vol les plus extrêmes: à très grande vitesse et à basse vitesse, et à toute les incidences. Concrètement, ces canards agissent pour optimiser l'écoulement de l'air sur la voilure peut importe l'incidence et la vitesse. Comme vous le constaterez sur les photos plus bas, les canards peuvent être braqués pour raccrocher les filets d'air sur l'extrados (surface supérieure de l'aile) et c'est de cette façon que l'aile est plus efficace. Leur position rapprochée est aussi primordiale: sur l'Eurofighter par exemple, les canards sont très éloignés de l'aile et celle-ci ne profite pas des effets d'écoulements de l'air. [C'est principalement ce qui fait la différence de comportement aérodynamique entre ces 2 avions.] Associés au braquage assymétrique des élevons, les canards doivent aussi assurer la fonction aérofreins du Rafale. Ces canards, qui sont pilotés, contribuent à améliorer la manoeuvrabilité de l'avion et sont aussi utilisés à l'atterrissage pour atterir sur des distances les plus courtes possibles. Mais ceci ne constitue pas là leur fonction première sur le Rafale ! 

Sur les photos suivantes, le braquage des canards est facilement visible. En comparaison plus bas, l'Eurofighter et ses canards plus avancés qui ne permettent pas de raccrocher les filets d'air de la m^me façon que le Rafale.

braquage canards.jpg braquage canard 2.jpg

canards eurofighter.jpg

Rafale, un avion furtif ?

La furtivité est une caractéristique d'un aéronef ou d'un navire lorsque ceux-ci sont rendus presque invisible au radar ennemi (un aéronef furtif émet la même signature radar qu'un oiseau...). C'est donc un principe complexe qui passe la réduction de la surface équivalente radar de l'appareil. Cette réduction s'obtient par une géométrie complexe, soit en rendant l'avion le plus plat possible (B2 Spirit) ou en étudiant sa structure avec de multiples facettes (F-117) pour réfléchir les ondes radar dans une direction voulue. Autre élément indispensable à chaque technique, l'utilisation de matériaux absorbants et piégeant les ondes. Mais ce n'est pas tout, la signature infrarouge (chaleur qui se dégage de l'appareil) doit aussi être nulle pour échapper aux armes guidés par infrarouge. Enfin, il faut masquer sa signature électronique, trouver des moyens pour ne pas être repéré lorsqu'on allume ses équipements électroniques comme son radar (ou ne pas en emporter, ce qui est évidemment contraignant) ou lorsqu'on utilise la liaison de données Une signature acoustique nulle est indispensable pour la furtivité d'un navire. En résumé, la furtivité (technologie "stealth") est une technologie complexe nécessitant beaucoup de recherche et d'investissement financier. Même si les avantages qu'elle provoque sont certains, il n'en est pas moins que les inconvénients sont nombreux: prix énormément élevés, fragilité, beaucoup d'entretien des matériaux absorbants donc faible disponibilité de l'appareil...).

 

Le Rafale, lui, n'est pas un avion furtif à proprement parler. Il n'a pas été conçu pour l'être, la furtivité ne fait pas partie intégrante du cahier des charges du Rafale, à contrario du F-22 américain ou TU-50 russe par exemple. Tout d'abord, le couple delta-canards est incompatible avec la furtivité; aucun aéronef à aile delta n'est furtif. Aussi, pour qu'un avion soit furtif il faut que ses emports soient embarqués dans des soutes, ce qui n'est pas le cas du Rafale. Voilà les deux caractéristiques majeures qui font qu'il est impossible que le Rafale soit furtif. Cependant, des mesures ont été prises par Dassault pour réduire considérablement sa signature radar. Ces mesures sont pour la plupart classés secrètes pour des raisons évidentes mais quelques unes sont quand meme connues. On sait que la verrière du Rafale est finement enduite d'or pour réduire la signature radar de l'appareil, que les matériaux composites évoqués plus haut y contribuent aussi et que la disposition des entrées d'air de façon semi-ventrale permet de diminuer la réfléxion des ondes de celles-ci, et cette disposition permet ainsi de ne pas avoir "une vue directe" sur ces entrées d'air. Aussi, les "dents de requin" présentes sur les bords de fuite des ailes et des canards permettent de réduire la signature radar du Rafale. Ces procédés, ainsi que d'autres qui sont confidentiels, nous permettent de dire que le Rafale est un avion "semi-furtif".

Remarque: la disposition semi-ventrale permet aussi que l'alimentation des entrés d'air soit toujours optimale, même lors de manoeuvres de vol à fort angle. 

Ci dessous, les "dents de requin" sur les élevons (bords de fuite) des ailes. 

dents de requin.jpg

Commandes de vol électriques

Afin de rendre l'aéronef facilement pilotable, on a équipé le Rafale d'un système de commandes de vol électriques en fibre optique, et l'équipage est alors en mesure de conduire très simplement sa machine. Sur Rafale, les commandes de vol électriques sont "quadruplées" car il y a quatre chaines de commandes: trois numériques et une analogique de secours. Pour permettre des manoeuvres périlleuses demandant une grande maniabilité, les commandes de vol électriques permettent trois axes de stabilisation en cas de manoeuvres instables. Les CDVE sont décomposées en six fonctions:

  • gestion du comportement aérodynamique (portance, accélérations etc)
  • adaptation optimale de la plate-forme en fonction des ordres donnés par le pilote
  • stabilisation en vol (gestion des gouvernes)
  • association (couplage) avec les systèmes d'armement et de navigation du Rafale 
  • élaboration en toute sécurité de données telles que les informations de vitesse
  • le pilotage automatique: tenue des trajectoires, de la vitesse, l'altitude...

Ces commandes de vol sont fiables: aucun n'accident ne leur est imputé malgré plusieurs centaines de milliers d'heures de vol. Ainsi, grâce aux commandes de vol électriques, toute l'énergie et la concentration du pilote sont consacrées à l'utilisation des sytèmes opérationnels de bord du Rafale (Radar, OSF, SPECTRA...). Ce sont ces systèmes de bord qui permettent au pilote de réussir de façon optimale sa mission, il est donc important qu'il y consacre la plus grande attention.

L'organisation du système de commandes électriques sur Rafale

commandes de vol.jpg

Trappes de visite permettant la gestion de la maintenance

maintenance.jpg trappe.jpg

maintenance canon.jpg rafale maintenance.jpg

Les simulateurs

Les simulateurs permettent de se former au pilotage du Rafale dans toutes les conditions, peu importe la mission simulée, la météo simulée, les emports qui sont simulés, les adversaires... Dans le cas du Rafale, ils sont appelés CSR, pour Centre de Simulation Rafale. Ces CSR sont développés par SOGITEC. Il y a deux CSR en France; l'un à Saint-Dizier depuis janvier 2008 pour l'armée de l'air, et l'autre à Landivisiau depuis Novembre 2008 pour la Marine. Chaque CSR (espace de 1500 m2) comporte 2 cabines permettant de se former. A chaque évolution de standard du Rafale, les cabines des CSR sont mises à jour pour correspondre à ce même standard et simuler l'utilisation de nouveaux armements qu'apporte ce nouveau standard. Par exemple, depuis la mise à jour des cabines du CSR de Saint Dizier au standard F3.2 en juillet 2012, les pilotes peuvent se former à l'utilisation du missile ASMP-A qui est apporté par le standard F3. Les simulateurs de Landivisiau n'ont pas encore été mis à jour à ce même standard, ils le seront à l'été 2013.

cabine de simulateur.jpg simulation d'un ravitaillement.jpg

 

Le simulateur Rafale au salon du Bourget en 2013 

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