Le Doak 16 ou VZ-4 Da

"" Le premier appareil convertible ayant donné entière satisfaction ""

Récit par Jacques Gambu, photo Howard LEVY.
Aviation Magazine n°247 de mars 1958, n°264 de décembre 1958, n°277 de juin 1959 et 290 de janvier 1960.

Propulsé par deux tunnels carénant des hélices à huit pales
le Doak 16 désigné officiellement VZ-4 Da, est le premier
appareil convertible ayant donné entière satisfaction.
Source: Aviation Magazine n°290 de janvier 1960.

Fondée en 1940, par Edmond R. Doak, la Doak Aircraft Compagny, Inc installée à Torrance (Californie) s'est d'abord consacrée à la réalisation d'avions et d'éléments sous contrats des grands avionneurs américains. Cette activité lui permit d'entreprendre d'intensives recherches sur les techniques du vol vertical. Après études, une première réalisation, le Doak 16, fut développée pour le compte du TRECOM (Transportation Research and Engineering Command) de l'armée de terre américaine 'U.S. Army) qui désigna l'appareil VZ-4 Da. Le premier vol du prototype eut lieu le 25 février 1958, sur l'aéroport municipal de Torrance, aux mains de James B. Reichert, chef aérodynamicien et chef-pilote de la firme. L'appareil fut ensuite tranféré au centre de Edwards AFB, pour essais officiels et, en septembre 1959, il était finalement accepté par l'U.S. Army qui entreprend avec lui 50 heures d'essais d'évaluation. Ce sont les premiers de ce genre conduits avec une machine de cette formule...

Le prototype du Doak 16 qui a volé le 25 février 1958. Source: A.M. n°247.

Une autre photo du prototype du Doak 16. Source Aviation Magazine n°276 de juin 1959.

Le Doak 16 appartient en effet, à la classe des appareils convertibles dans laquelle le système de propulsion est également chargé de la sustentation en vol stationnaire, décollage et atterrissage. Ce système repose sur deux rotors carénés articulés en bouts d'aile et pouvant être disposés horizontalement ou verticalement. Soulignons à ce sujet que le rendement de ces rotors est nettement supérieur en vol vertical qu'en translation, lesdits rotors à pas fixe étant des ensembles plus spécialement destinés à provoquer une grande quantité de mouvement d'air, plutôt qu'un effort de traction proprement dit.

Faces avant, et arrière d'un rotor caréné de bout d'aile. On remarque les poinçons amont, les mâts aval et le rotor à huit pâles, le seul mobile de tout cet enchevêtrement de rayons et dont on distingue à peine les pales.

Source: Aviation Magazine n°290 de janvier 1960.

Cette notion de quantité de mouvement est liée à celle de sustentation et on en trouve des exemples avec les diverses plates-formes volantes Hiller, Piasecki, Chrysler, etc... qui utilisent les rotors carénés. Néanmoins, le Doak 16 décolle et stationne comme un hélicoptère et, en même temps, affiche les performances en vol horizontal très supérieures à celles des giravions.

Tous les cas de vol ont lieu, de plus, sans changement d'assiette. Avec sa voilure fixe et ses rotors pivotant sous toute position entre 0 et 90°, le Doak 16 peut, lorsque l'infrastructure le permet, soit décoller comme un avion classique, soit encore le faire comme un STOL, les rotors étant alors axés entre 30 et 45° sur l'horizontale. Dans ce dernier cas, il emporte une charge plus forte qu'en cas de décollage absolument vertical, tout en quittant le sol sur une courte distance.

L'étude du Breguet 941 nous a appris déjà qu'une faible longueur de roulement apportait de substantiels avantages quant à la charge enlevée.

L'étude du Breguet 941: La maquette motorisée du futur Br-941 fut expérimentée dans le tunnel aérodynamique de la firme Breguet, à Vélizy, et fournit d'utiles enseignements sur le comportement et l'efficacité de l'aile soufflée et des empennages classiques.

Source: Aviation Magazine n°277 de juin 1959.

Revenons au Doak et mentionnons d'abord sa simplicité. Il ne comporte, en effet, aucun système de pilotage automatique ni de stabilisation, aucun servo-commande et aucun amortissement artificiel.

Sa voilure fixe, métallique, est dotée d'un profil NACA 2418 modifié. Elle est traversée, à 25% des cordes où l'épaisseur est de 38 cm, par un gros tube d'aluminium dans lequel circule l'arbre de transmission des rotors carénés. Les ailerons classiques ont une envergure de 0,91 m, pour une corde de 35 cm et leur débattement n'atteint que 11° au total.
Chacun des tunnels d'extrémité à un diamètre extérieur de 1,50 m et intérieur de 1,22 m. Sur une structure de base en dural, on a posé un bord d'attaque en plastique (fibre de verre), le reste étant revêtu de magnésium. Il pivote de 90° à une vitesse angulaire de 10°/sec, sous l'action d'un vérin électrique déjà utilisé par Lockheed pour mouvoir les volets de son T-33. Les deux vérins droite et gauche sont synchronisés, bien sûr, et commandés à partir d'un bouton de trim classique placé sur une poignée du manche à balai. L'arbre de transmission aboutit à un fuseau central de 1,83 m, le long contenant le renvoi de mouvement et maintenu en place au milieu du tunnel par 14 poinçons avant en plastique armé et, surtout, par 9 mâts en acier inoxydable situés en aval du rotor. Celui-ci comprend huit pales également en acier inoxydable, tournant à 4 800 tr/min. au maximum et à pas fixe. Chaque pale a une corde maximale de 9,5 cm et son extrémité tourne à un demi-millimètre des parois intérieures du tunnel... Enfin, les 14 poinçons avant sont orientables et agissent ainsi en intercepteurs d'écoulement-amont produisant un effet de roulis venant remplacer les ailerons inefficaces en vol stationnaire.    

Avion-école Lockheed T-33A destiné aux pilotes de l'Air National Guard, en autres, pour le recyclage. Ici, un appareil du 147th FIG. On distingue très bien les volets.            Source: La revue Mach 1 n°121/1.

Premier plan d'un des propulseurs carénés du VTOL Doak 16. Ces propulseurs sont pivotants selon les cas de vol... 

Source: Aviation Magazine n°277 de juin 1959.

Première photo en vol stationnaire du VTOL américain Doak 16, dont les "rotors canalisés" pivotent en bout d'aile, pour assurer le vol horizontal.

Source: Aviation Magazine n°264 de décembre 1958.

Le fuselage est réalisé en tube d'acier soudés avec habillage de plastique à l'avant et de magnésium en arrière de l'aile. On y trouve d'abord le poste de pilotage biplace en tandem, le poste arrière recevant les instruments d'essais pour le moment, équipé des commandes conventionnelles, un réservoir de 225 litres, puis la turbine Lycoming YT-53 L-1 de 825 ch sur l'arbre , alimentée par une entrée d'air dorsale bien placée pour éviter l'ingestion d'objets étrangers.
La tuyère de la turbine débouche à l'arrière de l"avion où l'on trouve les empennages. Ceux-ci sont doublés. Les surfaces aérodynamiques classiques avec stabilo en dièdre de 10°, servent en vol de croisière. Elles sont assistées de surfaces en acier inoxydable plongées dans le souffle de la tuyère et jouant le même rôle en cas de vol stationnaire. Dans ca cas, les tunnels sont légèrement axés vers l'arrière pour qu'une composante inverse horizontale vienne compenser la poussée résiduelle de la turbine. Les deux types de gouvernes sont connectées à la même timonerie d'arrivée et débattent donc ensemble. Selon le cas de vol, l'un est efficace et l'autre inopérant, ou vice-versa. 

La vue de l'appareil volant en altitude en configuration STOL, rotors mi-cabrés.

Source: Aviation Magazine n°290 de janvier 1960.

Enfin, l'ensemble repose sur un train tricycle fixe emprunté à un Cessna 182 et offrant une voie de 2,60 m.

Cette vue de trois quarts montre les rotors en position "vol de croisière" et l'atterrisseur emprunté à un Cessna 182.

Source: Aviation Magazine n°290 de janvier 1960.

A la fin septembre 1959, l'appareil avait totalisé 150 heures de vol comprenant 17 transitions vol vertical, vol de croisière et retour à des altitudes oscillant entre 950 et 1 830 m. Aux mains du constructeur, le Doak 16 avait exploré tous les cas de vol, et par conséquent effectué ses premières transitions, dans les 13 heures initiales d'essais. La Doak Aircraft a étudiée ensuite une version de transport extrapolée de son prototype actuel.

"" Caractéristiques du Doak 16 ""

Envergure sans les tunnels: 4,87 m.

Envergure hors-tout: 7,87 m.

Surface alaire: 8,90 m².

Allongement: 2,67 m.

Longueur: 9,75 m.

Hauteur: 3,05 m.

Poids à vide: 1 042 kg.

Poids total: 1 360 kg.

Charge alaire: 152,80 kg/m².

Performances: Tenues secrètes.

 Vue de profil de l'appareil avec les rotors en position vertical pour le décollage.

Source: Aviation Magazine n°290 de janvier 1960.

La vue de détail ci-dessus montre les empennages aérodynamiques classiques et les surfaces noyées dans le flux de la tuyère. A l'encontre des premières, ces surfaces sont toutes mobiles et munies d'antitab de restitution d'efforts au manche. Timoneries de commande communes.

Source: Aviation Magazine n°290 de janvier 1960.

 Le Doak 16 est un convertible utilisant deux groupes sous tunnel en bout d'aile, la version définitive décollant.

Source: Aviation Magazine n°247 de mars 1958.

                                                     Jean-Marie.