Lockheed XF-104

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Pix.gif Lockheed XF-104 Su-27 silhouette.svg
Lockheed XF-104.jpg
Le premier prototype du Lockheed XF-104, le XF-104 53-7786[1],[2]

Constructeur Drapeau : États-Unis Lockheed Corporation
Rôle Prototype d'intercepteur
Statut Retiré
Premier vol 4 mars 1954
Nombre construits 2
Équipage
1 membre
Motorisation
Moteur Wright J65 (en)
Nombre 1
Type Turboréacteur avec postcombustion
Poussée unitaire 34,7 kN (45,82 kN avec postcombustion)
Dimensions
XF-104 drawing.jpg
Envergure 6,69 m
Longueur 15 m
Hauteur 4,1 m
Surface alaire 18,21 m2
Masses
À vide 5 216 kg
Avec armement 7 575 kg
Maximale 7 120 kg
Performances
Vitesse maximale 2 131 km/h
Vitesse de décrochage 257 km/h
Plafond 15 500 m
Rayon d'action 1 290 km
Armement
Interne 1 canon T171 Vulcan de 20 mm (XF-104 083-1002 seulement)

Le Lockheed XF-104 est un prototype d'intercepteur monomoteur, à haute performance et supersonique d'une série de chasseurs légers et simples de l'United States Air Force (USAF). Seuls deux appareils sont construits, un est utilisé principalement pour la recherche aérodynamique et l'autre sert comme banc d'essai pour l'armement[1]. Les deux prototypes sont détruits dans des accidents au cours des essais. Le XF-104 est le précurseur de plus de 2 500 F-104 Starfighter.

Pendant la guerre de Corée, les pilote de chasse de l'USAF sont surclassés par les pilotes soviétiques volant avec des MiG. Les ingénieurs de Lockheed, menés par Kelly Johnson, conçoivent et soumettent un nouveau projet à l'Air Force. Le dessin est remarquable par sa pureté, particulièrement ses ailes fines et son fuselage en forme de missile, tout comme le nouveau système d'éjection du pilote.

Le premier décollage du XF-104 a lieu en février 1954. le programme d'essais en vol connait des problèmes, quelques-uns sont résolus ; cependant, les performances du XF-104 se montrent supérieures aux estimations. Les deux prototypes sont perdus dans des accidents. Néanmoins, l'USAF commande 17 F-104 d'essai en service. Internationalement, les F-104 Starfighter de production se montrent populaires, étant utilisés comme chasseurs de première ligne par un certain nombre de pays.

Développement[modifier | modifier le code]

Clarence L. Kelly Johnson, ingénieur en chef chez les Skunk Works de Lockheed, fait un séjour en Corée en décembre 1951 et discute avec les pilotes de chasse du type d'avion qu'ils veulent. À cette époque, les pilotes de l'USAF sont face aux MiG-15 « Fagot » dans leur F-86 Sabre, et de nombreux pilotes sentent que les MiG sont supérieurs aux modèles américains plus grands et plus complexes. Les pilotent demandent un appareil petit et simple avec d'excellentes performances[3]. Un pilote en particulier, le colonel Gabby Gabreski est cité et dit : « Je préfère la vue avec un morceau de chewing-gum collé sur le pare-brise » et dit à Johnson que le radar « était une perte de temps[3] ».

Un croquis initial de Johnson.

À son retour aux États-Unis, Johnson commence immédiatement à concevoir un tel avion prenant conscience que les exigences officielles doivent prochainement être publiées. En mars 1952, son équipe est réunie, et ils dessinent plusieurs propositions d'appareils, allant de petits modèles de 3,6 t, à d'autres nettement plus grand, de 23 t. Le L-246, comme est connu le modèle, reste essentiellement semblable au Model L-083 Starfighter finalement livré[4].

Le projet est présenté à l'Air Force en novembre 1952, qui est suffisamment intéressée pour créer une nouvelle proposition, encourageant plusieurs sociétés à participer. Trois projets supplémentaires sont reçus ; le Republic AP-55, une version améliorée de son prototype XF-91 Thunderceptor ; le North American NA-212, qui doit finalement évoluer en F-107 ; et le Northrop N-102 Fang (en), un nouveau modèle motorisé avec un General Electric J79. Bien que tous soient intéressants, Lockheed a une avance insurmontable et se voit attribuer un contrat de développement en mars 1953[4].

Les données d'essais du programme Lockheed X-7, statoréacteur/fusée sans équipage, antérieur se montrent très précieux pour la recherche aérodynamique puisque le XF-104 doit partager l'aile, la forme de l'empennage et les sections du profil du X-7[5],[6]. L'expérience acquise avec le Douglas X-3 est également utilisée dans la phase de conception du XF-104[7]. Plus de 400 fusées d'artillerie instrumentées excédantes sont lancées pour tester plusieurs modèles de profil et d'empennage ; pour lesquels les pellicules photographiques et la télémétrie sont récupérées par parachute[8].

Le travail progresse rapidement, une maquette en bois est prête pour l'inspection à la fin du mois d'avril, et le travail commence sur les deux prototypes fin mai. À cette époque, le moteur J79 n'est pas prêt ; les deux prototypes sont donc conçus pour utiliser le moteur Wright J65 (en) à la place, une version construite sous licence du Armstrong Siddeley Sapphire (en). La construction du premier prototype XF-104 (numéro d'identification 53-7786, numéro Buzz (en) FG-786) commence à l'été 1953 à l'usine Lockheed de Burbank en Californie[9]. Cet appareil est motorisé par un turboréacteur Wright J65-B-3 sans postcombustion construit par Buick. Le premier prototype est achevé début 1954, et commence à voler en mars. Il s'est écoule seulement un an entre l'attribution du contrat et le premier vol, alors une très courte durée, et impensable aujourd'hui, où 10 à 15 ans sont parfois nécessaires[6]. La construction du second prototype (serial 53-7787) est effectuée à un rythme moins élevé[9].

Descriptif technique[modifier | modifier le code]

Afin d'atteindre les performances désirées, Lockheed choisit une approche minimaliste : une conception qui permettrait d'atteindre de hautes performances avec l'enveloppe la plus légère et le fuselage le plus aérodynamique possible autour d'un seul moteur puissant. L'accentuation est mise en minimisant la traînée et la masse[10].

Schéma des volets de bord de fuite du F-104.
A : bouche d'évacuation d'air
B : extrados d'aile
C : conduite d'évacuation d'air
D : volet

Le XF-104 a un dessin d'aile radical. La plupart des chasseurs à réaction de cette époque (et d'aujourd'hui) utilisent une voilure en flèche ou une aile delta. Ceci permet un équilibre raisonnable entre les performances aérodynamiques, la portance, et l'espace intérieur pour le carburant et les équipements. Les essais de Lockheed, cependant, déterminent que la forme la plus efficace pour le vol à grande vitesse, supersonique est une aile médiane, trapézoidale, droite et très petite. L'aile, à faible allongement, est extrêmement fine, avec un rapport entre la corde et l'épaisseur de seulement 3,4 %[11]. Les bords d'attaque des ailes sont très minces (0,41 mm) et très pointus qu'ils présentent un danger pour les équipes au sol, et des dispositifs de protection sont installés pendant les opérations au sol. La finesse des ailes signifie que les réservoirs de carburant et le train d'atterrissage doivent être regroupés dans le fuselage. Les actionneurs hydrauliques qui dirigent les ailerons sont épais de seulement 25 mm pour tenir dans l'espace disponible et sont connus comme actionneurs « Piccolo » en raison de leur ressemblance avec l'instrument de musique. Les ailes ont des volets de bord d'attaque et de fuite contrôlés électriquement, pour augmenter la portance à basse vitesse. Le XF-104 n'est pas équipé du système de contrôle de la couche limite des appareils de production[12].

Après d'intensifs essais en soufflerie, l'empennage horizontal est monté au sommet de la dérive pour une stabilité et un contrôle optimaux sur l'axe de tangage[12]. Comme la dérive est à peine plus courte que la longueur de chaque aile et presque aussi efficace aérodynamiquement, elle peut agir comme une aile par action sur le gouvernail (un phénomène connu comme « roulis hollandais »). Pour compenser cet effet, les ailes sont inclinées vers le bas pour donner un dièdre négatif de 10°. Le gouvernail est dirigé manuellement et complété par une petite surface d'amortissement du lacet au bout de la dérive[12].

Le fuselage du XF-104 a un coefficient de finesse élevé, c'est-à-dire qu'il se rétrécit nettement vers le nez, et une petite surface frontale de 2,3 m2[13]. Le fuselage est très chargé : il contient le cockpit, l'avionique, le canon, tout le carburant interne, le train d'atterrissage et le moteur[10]. Les entrées d'air, conçues par Ben Rich (en), sont à géométrie fixe sans souris, bien que l'appareil équipé de J65 ne peut pas voler à Mach 2. Ils sont similaires à ceux du F-94 Starfire, montés légèrement à l'écart du fuselage, avec une lame séparatrice intérieure pour l'air purgé de la couche limite. La combinaison de ces caractéristiques fournit une traînée extrêmement faible sauf pour de grandes incidences, pour lesquels la traînée induite devient très élevée.

Le XF-104 est équipé d'un inhabituel siège éjectable vers le bas Stanley B (en). On craint alors que les conceptions contemporaines de sièges éjectables peuvent ne pas avoir assez de puissance explosive pour passer au-dessus du haut empennage en « T ». Dans le cas où le siège ne se déclenche pas, il est possible d'ouvrir manuellement la trappe inférieure du fuselage et de sortir ensuite de l'appareil via la gravité. Les de série F-104 vont ultérieurement être convertis pour des sièges éjectables vers le haut, mais la trappe inférieure est conservée comme un équipement utile de maintenance[1].

Histoire opérationnelle[modifier | modifier le code]

Essais et évaluation[modifier | modifier le code]

Tony LeVier (en) pose, accroupi sur le nez d'un XF-104. À noter les réservoirs de saumon d'aile.

Le premier XF-104 (Lockheed 083-1001, serial 53-7786) est transporté à Edwards AFB, en grand secret pendant la nuit du 24 au 25 février, où le pilote d'essai de Lockheed Tony LeVier (en) doit effectuer le premier test[4]. Le 28 février 1954, le XF-104 effectue un saut planifié d'environ cinq pieds au-dessus du sol au cours d'un roulage à haute vitesse, mais son premier vol officiel n'a lieu que le 4 mars 1954[14]. Pendant ce vol, le train d'atterrissage n'est pas rentré, et LeVier se pose après un vol à basse vitesse d'environ 20 minutes[9]. Les réglages et les vols supplémentaires montrent que le problème est du à une pression trop faible dans le système hydraulique[9]. Une météo défavorable cloue le XF-104 au sol jusqu'au 26 mars où de nouveaux vols sont réalisés avec le train d'atterrissage qui rentre normalement[9].

Le second prototype (Lockheed 083-1002, serial 53-7787), équipé dès le début J65 à postcombustion, vole pour la première fois le 5 octobre 1954. Comme il doit servir de banc d'essai pour l'armement, il reçoit le canon M61 Vulcan de 20 mm et est équipé d'un système de contrôle de tir AN/ASG-14T-1[15]. Le 25 mars 1955, le XF-104 #2, dirigé par le pilote d'essai de Lockheed J. Ray Goudey, atteint une vitesse maximale de Mach 1,79 à 18 000 m. C'est la plus grande vitesse atteinte par le XF-104[9],[10].

Le XF-104 #1 est subsonique en vol en palier quand il est équipé du J65 sans postcombustion, mais Mach 1 peut facilement être dépassé au cours d'une petite descente. En juillet 1954, le J65-B-3 est remplacé par un turboréacteur J-65-W-7 à postcombustion. Avec ce moteur, les performances du XF-104 s'améliorent nettement. La vitesse maximale en palier est de Mach 1,49 à 12 000 m, l'avion peut atteindre une altitude de 17 000 m dans une montée en chandelle, et Mach 1,6 en descente. Le premier XF-104 est accepté par l'USAF en novembre 1955[9].

Le canon M61 Vulcan.

Les premiers essais en vol du canon Vulcan sur le second appareil sont réussis, mais le 17 décembre, une explosion se produit au cours d'un tir de rafale[16] et le moteur J65 est victime de pompage. Tony LeVier coupe immédiatement le moteur, plane et réaliser un atterrissage d'urgence sur le Rogers Dry Lake (en). Une enquête montre plus tard que l'une des douilles du canon a été soufflée dans la culasse détruisant le verrou à l'arrière du canon et à travers la structure dans le compartiment à carburant de la partie avant du fuselage. Le carburant s'est dispersé dans la soute d'armement et s'échappe par les joints de la porte du compartiment vers l'entrée d'air du côté gauche. Le moteur se retrouve immédiatement submergé de carburant, ce qui entraîne le pompage[17].

Accidents[modifier | modifier le code]

Le XF-104 53-7786 est perdu dans un accident le 11 juillet 1957 alors qu'il effectue un vol pour les essais du F-104A ; il s'est mis à flotter de l'arrière de manière incontrôlable. Toute la partie arrière se détache de l'avion et le pilote Bill Park doit s'éjecter. Le flottement vertical de l'arrière est un problème connu et l'appareil est limité à une vitesse de Mach 0,95 au moment de l'accident. Tony LeVier a tenté de faire en sorte que l'avion soit retiré des vols et placé dans un musée, en soutenant que ses performances ne sont pas appropriées pour des missions de chasse[16],[18],[19].

Le XF-104 53-7787 est perdu le 14 avril 1955, après avoir accumulé plus de 1 000 heures de vol[16],[20]. Le pilote Herman Salmon (en) est forcé de s'éjecter pendant des essais de tir de rafale à 15 000 m. Pendant le test, le canon a dysfonctionné et d'importantes vibrations ont commencé à se faire sentir ce qui a fait se détacher le trappe d'éjection située sous le cockpit. La cabine s'est dépressurisée ce qui entraîne le gonflement de la combinaison pressurisée de Salmon qui couvre son visage et l'empêche de voir. Se rappelant l'expérience douloureuse de LeVier avec l'explosion de l'obus du canon qui a eu lieu au mois de décembre, Salmon comprend que la même chose lui est arrivée et qu'il n'a pas d'autre solution que de s'éjecter. Il découvre plus tard qu'il aurait pu sauver le 53-7787 en le ramenant à une plus basse altitude puis attendre le dégonflement de sa combinaison pressurisée. Avec la perte du banc d'essai de l'armement, les ingénieurs de Lockheed doivent trouver une autre solution et les tests de l'armement continuent sur un F-94C Starfire modifié[21]. Les deux XF-104 ont accumulé environ 250 heures de vol[9].

Conclusions des essais[modifier | modifier le code]

Les essais en vol montrent que les estimations des performances sont exactes et bien qu'il soit équipé du J65 à faible puissance, le XF-104 vole plus vite que les autres Century Series Fighters en cours de développement à cette époque. Le XF-104 a un plafond de 18 000 m, soit 2 100 m de plus de les prévisions, et les chiffres de vitesse et de traînée estimés sont dépassés de deux à trois %[22]. On note toutefois que la faible poussée du J65 ne permet pas de réaliser le potentiel de performance du modèle[16].

Le XF-104 s/n 53-7786 avec les premiers modèles du F-100, du F-101 et F-102.

Quelques problèmes mineurs apparaissent mais ils sont facilement réglés. L'amortisseur de lacet du XF-104 se montre inefficace et le gouvernail ne se centre pas parfaitement ; ces problèmes sont corrigés en modifiant le système de contrôle du gouvernail[21]. La gouverne non alimentée ne permet pas un contrôle directionnel adéquat à grande vitesse (l'énergie hydraulique y remédiera sur les versions ultérieures du F-104) et on montre quelques inquiétudes quant au manque de maniabilité à vitesse subsonique à de grandes altitudes[21].

Au cours d'une interview, on a demandé à Kelly Johnson son avis sur l'avion : « Est-il né de mes projets ? En termes de performances, oui. En termes de motorisation, nous avons connu un des grands problèmes de nombreux moteurs, pas avec le J65 mais avec le J79[23]. ». Pour son rôle dans la conception de la cellule du F-104, Johnson est conjointement récompensé du Trophée Collier en 1958, partageant la distinction avec General Electric (moteur) et l'United States Air Force (Flight Records)[24].

Production du F-104[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Lockheed F-104 Starfighter.

L'approbation officielle du projet XF-104 conduit à un contrat pour 17 YF-104A d'essai en service et à la production de plus de 2 500 appareils construits aux États-Unis et sous licence partout dans le monde[16].

Les changements visibles du XF-104 aux versions de production du Starfighter sont un fuselage plus long (pour accueillir le moteur J79 et du carburant supplémentaire) et une roulette de nez qui rentre vers l'avant (sauf sur les versions biplaces) pour augmenter l'espace libre pour le siège éjectable vers le bas. Pendant le programme d'essais du YF-104A, une ailette ventrale est ajoutée pour accroître la stabilité. Des souris de prises d'air et un carénage de fuselage entre la verrière et l'empennage qui abrite la tuyauterie de carburant sont également ajoutés[4],[15],[25]. Les appareils de production reçoivent également une structure d'aileron redessinée, avec des longerons en acier inoxydable, pour éliminer le problème de flottement[18].

Puisque la capacité interne de carburant est faible, ce qui limite l'autonomie de l'avion, une capacité supplémentaire est prévue sur les dernières versions en allongeant la partie avant du fuselage[16].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c Bowman 2000, p. 33
  2. Drendel 1976, p. 10
  3. a et b Bowman 2000, p. 26
  4. a, b, c et d Bowman 2000, p. 32
  5. Reed 1981, p. 10
  6. a et b Upton 2003, p. 13
  7. Bowman 2000, p. 27
  8. Upton 2003, p. 14
  9. a, b, c, d, e, f, g et h Jenkins et Landis 2008, p. 168
  10. a, b et c Bowman 2000, p. 29
  11. (en) « F-104 : Holder of the Absolute Records for Speed and Altitude », Flight International,‎ 30 mai 1958 (lire en ligne)
  12. a, b et c Bowman 2000, p. 28
  13. Upton 2003, p. 17
  14. Pace 1992, p. 17
  15. a et b Upton 2003, p. 38
  16. a, b, c, d, e et f Bowman 2000, p. 35
  17. (en) W. L. Gunston, « Starfighter : Lockheed's Mach 2 Fighter for the U.S.A.F. », Flight International,‎ 20 avril 1956, p. 442 (lire en ligne)
  18. a et b Upton 2003, p. 45
  19. Pace 1992, p. 22
  20. Kinzey 1991, p. 6
  21. a, b et c Pace 1992, p. 20
  22. Kinzey 1991, p. 4
  23. Reed 1981, p. 13
  24. (en) Art Greenfield, « Collier Trophy winners, 1950–1959 », sur National Aeronautic Association (consulté le 9 décembre 2012)
  25. (en) W. L. Gunston, « F-104 : Holder of the Absolute Records for Speed and Altitude », Flight International,‎ 30 mai 1958, p. 743 (lire en ligne)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Document utilisé pour la rédaction de l’article : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

  • (en) Martin W. Bowman, Lockheed F-104 Starfighter, Ramsbury, Marlborough, Wiltshire, Royaume-Uni, The Crowood Press Ltd.,‎ 2000 (ISBN 1-86126-314-7) Document utilisé pour la rédaction de l’article
  • (en) Lou. Drendel, F-104 Starfighter in action (Aircraft No. 27), Carrollton, Texas, Squadron/Signal Publications,‎ 1976 (ISBN 0-89747-026-5) Document utilisé pour la rédaction de l’article
  • (en) Dennis R. Jenkins et Tony R. Landis, Experimental & Prototype U.S. Air Force Jet Fighters, North Branch, Minnesota, Specialty Press,‎ 2008 (ISBN 978-1-58007-111-6) Document utilisé pour la rédaction de l’article
  • (en) Bert Kinzey, F-104 Starfighter in detail & scale, Blue Ridge Summit, Pennsylvanie, TAB books,‎ 1991 (ISBN 1-85310-626-7) Document utilisé pour la rédaction de l’article
  • (en) Steve Pace, F-104 Starfighter : Design, Development and Worldwide Operations of the First Operational Mach 2 Fighter, St. Paul, Minnesota, Motorbooks International,‎ 1992 (ISBN 0-87938-608-8) Document utilisé pour la rédaction de l’article
  • (en) Steve Pace, X-Fighters : USAF Experimental and Prototype Fighters, XP-59 to YF-23, St. Paul, Minnesota, Motorbooks International,‎ 1991 (ISBN 0-87938-540-5)
  • (en) Arthur Reed, F-104 Starfighter – Modern Combat Aircraft 9, Londres, Ian Allan Ltd.,‎ 1981 (ISBN 0-7110-1089-7) Document utilisé pour la rédaction de l’article
  • (en) Jim Upton, Warbird Tech - Lockheed F-104 Starfighter, North Branch, Minnesota, Specialty Press,‎ 2003 (ISBN 1-58007-069-8) Document utilisé pour la rédaction de l’article

Liens externes[modifier | modifier le code]