L'histoire du SST ou Boeing 2707-300.

"" At first a variable geometry project ""

Historique : La revue Aviation Magazine n°508 du 15 février 1969.
par Jacques GAMBU, dessins de Jean PERARD.

L'histoire qui se passait en 1968 : Cette fois, c'est définitif ! Le transport supersonique américain est figé et bien figé. Après de longues années d'études, le projet Boeing 2707-300 vient d'être soumis à l'autorité américaine de l'aviation civile et consacre une année de travail supplémentaire. 

L'année 1969 doit être celle du démarrage effectif de l'opération SST. A Seattle, de nouveaux halls sont érigés, qui abriteront la maquette et les deux premiers prototypes. Un premier bâtiment de 6 000 mètres carrés, destinés à recevoir le laboratoire hydraulique, le simulateur et les ordinateurs, est terminé depuis décembre 1968. Un second de 5 000 mètres carrés et venant se raccorder à ceux existants, sera achevé en juillet 1969, à l'intention des appareils eux-mêmes, maquette comprise.

Dès que l'accord officiel lui parviendra, ce qui ne saurait tarder, Boeing  passera les contrats avec ses principaux sous-traitants. On sait que Boeing ne construira lui même que 37% de la machine. La maquette grandeur d'aménagement sera aussitôt lancée, cependant que les premiers dessins de fabrication seront remis en ateliers. Tout est désormais prêt pour entreprendre la plus grande opération industrielle d'un constructeur américain...


De l'ensemble des projets initiaux qui se sont succédé au fil des cinq dernières années, il ne reste pratiquement plus de commun que le nombre de Mach de croisière. Parti sur un ambitieux programme à géométrie variable dont les diverses configurations ont d'ailleurs fait l'objet d'une relation Boeing et la FAA qui ont progressivement modelé leur projet pour en revenir à la formule classique de l'aile fixe.
Cependant, ce retour en arrière n'est ni une "désescalade technique", ni un aveu d'impuissance. Le Boeing 2707-300 constitue toujours une illustration de la technologie avancée en matière d'avions de transport. Des efforts remarquables ont été faits, par ailleurs, sur le plan aérodynamique pour faire perdre le moins possible, et à moindre prix, au Boeing actuel les étonnantes possibilités que l'on attendait du premier projet à géométrie variable. La voilure est le siège de dispositifs hypersustentateurs très évolués que seule pouvait permettre la présence d'un stabilisateur séparé.
Enfin la structure de l'avion repose principalement sur l'emploi d'alliages de titane. Le travail de cet alliage prend diverses formes selon les endroits et il est vrai que Boeing a réussi à maîtriser le travail de ce métal ultra-noble qu'il s'agisse de brasage, de formage ou de rivetage. Comptons encore au crédit de Boeing l'obtention de panneaux sandwich en titane dont nous trouvons de nombreuses applications dans la structure du B-2707. Quant à l'acier inoxydable, il y a quelques années déjà qu'il ne pose plus de problèmes aux techniciens de Boeing.

Pour l'avion de transport supersonique qui volerait à Mach 2,7, Boeing proposa cet appareil à géométrie variable. Par la suite, les moteurs furent déplacés en dessous du plan horizontal, puis le projet fut modifié avec une voilure fixe avant d'être annulé.

Source: Les avions de ligne par William Sweetman aux éditions Princesse 1979.


"" Les Métamorphoses du Boeing SST ""

Le projet initial : Il collait de trop près au classicisme et aux spécifications premières des compagnies. Le fuselage manquait d'élancement, d'où une traînée trop importante. Les moteurs placés sous le moignon central n'étaient pas à l'abri d'interactions désagréables et difficiles à prévoir en raison de la flèche variable. L'empennage,  situé au-dessus de l'aile, laissait également prévoir de gros ennuis au passage du sillage.  

Le deuxième projet : Qui a emporté la compétition face au Lockheed 2 000, les moteurs ont été carrément reportés à l'arrière de l'aile. Ils restent cependant séparés pour éviter les couplages en cas de rejet des ondes de choc d'entrée. L'empennage est placé dans le plan de l'aile avec laquelle il fusionne en position grande flèche.

Dernières modifications : Connues du projet (fin novembre 1967), on a ajouté un empennage avant (canard) pour augmenter la portance et la stabilité à basse vitesse et aussi pour diminuer la phase incidence-portance. La dérive a été reculée et l'aile munie de clapets en vue du contrôle direct de la portance sans avoir à varier l'assiette de l'avion. Le nez, pour des raisons de simplicité et de bruit, ne comporte plus qu'une seule cassure (comme "Concorde"). Le poids du SST actuel est de 306 000 kg. On pense que dans sa version transatlantique, sa masse au décollage avoisinera 360 tonnes.

Source pour les trois photos: La revue Aviation Magazine n°484 du 1 février 1968.

"" Une voilure très évoluée ""

D'un allongement relativement grand pour une voilure delta, l'aile fixe du B-2707 présente une brisure au bord d'attaque. En effet, la flèche passe de 75° à l'emplanture à 50°30 ensuite.

Notons que le dessin de l'aile est à base de droite et cela en raison de la présence de dispositifs articulés aux bords de fuite et d'attaque.

Notons encore que l'ensemble aérodynamique sur le plan horizontal est complété par de petites moustaches avant et, surtout, un empennage arrière qui, précisément, permet une forte hypersustentation de la voilure principale.

Cette hypersustentation intéresse aussi bien le bord d'attaque que celui de fuite. A l'avant, on trouve trois éléments, puis dix autres sur le bord d'attaque principal.

Les angles de braquage de ces volets diminuent en envergure de 50° à 40° puis 30°. On obtient ainsi un vrillage aérodynamique améliorant les qualités de vol à basse vitesse, ceci d'autant plus que le bord de fuite est également le siège d'importants volets.

Ces volets de bord de fuite sont de relativement grande profondeur et comprennent quatre éléments.

"" Construction de la voilure ""

A : Panneaux de titane fraisés (intrados).

B : Nervure pleine (extrados) et tôle fraisée (intrados).

C : Sandwich de titane (intrados et extrados).

D : Revêtement d'intrados en titane collé.

E : Revêtement de titane en panneaux collés, sauf panneaux d'extrados de logement de train.

F : Construction en titane avec tôle ondulée soudée (longerons).

G : Nervure en titane raidi verticalement.

H : Solution possible en nid d'abeille brasé d'acier inoxydable.

1 : Longeron avant.

2 : Longeron arrière.

3 : Volet intérieur.

4 : Structure en nid d'abeille brasé en acier.

5 : Flaperon intérieur.

6 : Volet extérieur.

7 : Spoiler.

8 : Flaperon extérieur.

9 : Becs de bord d'attaque.

Entre le fuselage et les réacteurs, on trouve des volets se braquant à 20° vers le bas.

Entre les deux moteurs, de chaque côté, un "Flaperon" capable de braquages de 20° vers le bas et 10° vers le haut. Par "Flaperon", Boeing entend une gouverne agissant comme Hypersustentateur mais conservant son action différentiel, d'un bord à l'autre, de façon à assurer le contrôle en roulis.

Les "Flaperon" internes sont destinés au contrôle à grande vitesse.

Enfin, à l'extérieur des moteurs, on trouve un volet braquable à 20° puis le "Flaperon" extérieur capable de 30° vers le bas et 20° vers le haut. Ce "Flaperon" agit comme aileron à basse vitesse. Il est verrouillé aux grandes allures. En résumé, on retrouve la distribution des volets et gouvernes du Boeing 707, distribution toutefois adaptée à la forme de la voilure.

Les spoilers sont articulés au droit et en amont du volet extérieur aux moteurs. A l'extrados, les deux spoilers articulés selon leur bord avant sont capable de 60°. A l'intrados, les deux volets correspondants, moins profonds et articulés selon leur bord arrière, se braquent de 20° seulement. Les spoilers sont utilisés à toutes les les vitesses, mais un dispositif limite leur angle de braquage maximal en fonction de la vitesse de vol, de façon à réduire la traînée. Les spoilers sont encore utilisés, simultanément, comme aéro-freins, tant en vol q'au sol.

La structure de la voilure est multilongeron et utilise le titane 6A1-4V sous forme de panneaux sandwich ou de panneaux fraisés. Les deux longerons avant et arrière formant le caisson sont de structure plus classique avec âmes en tôle pleine de titane et raidissage vertical.

Signalons encore que les panneaux de revêtement sont conservés dans la traversée de fuselage du caisson de voilure.

"" Un long fuselage ""

La longueur du fuselage définit celle de l'avion. Elle se chiffre à plus de 85 m. Son dessin répond à la fameuse loin des aires qui fournit une bonne solution au passage de la barrière sonique sans trop de pénalités de traînée.

C'est pourquoi la section maximale du fuselage se situe immédiatement en amont de l'emplanture de l'aile, endroit ù l'on trouve une hauteur extérieure de 4,12 m, pour une largeur extérieure de 3,70 m.

Bien entendu comme dans tous les transports à aile delta, "Tu-144" et "Concorde", le nez est basculant vers le bas. A l'encontre des premières solutions retenues qui voyaient deux brisures afin de l'axe de travail du radar météorologique reste parallèle à celui du fuselage, le nouveau nez basculant ne possède qu'un axe de pivotement. 

La version de série du Tu-144 se caractérise par une nouvelle disposition des moteurs et des plans "canards" rétractables.

Un Concorde de British Airways photographié à Londres Heathrow.
Source pour les deux photos: Les avions de ligne de William Sweetman aux éditions Princesse 1979.

A la suite, on trouve le poste d'équipage. Les deux pilotes disposent, nez abaissé, d'une vision allant de 22° vers le bas jusqu'à 16° vers le haut. A la suite, on a prévu le siège de l'ingénieur de vol, situé en arrière des deux pilotes et dans l'axe de la cabine, ce qui lui donne accès aux instruments et commandes de son ressort, puis deux places pour des observateurs, installés à la suite du premier pilote, sur le côté gauche.

La cabine est longue de 53,64 m. Une première version d'aménagement prévoit 234 sièges à raison de 5 sièges de front (3 + 2) séparés en profondeur de 0,86 m.Etant donné le dessin du fuselage, le couloir séparant les rangées de sièges est large de 0,69 m immédiatement en avant de l'aile, mais n'est plus que de 0,46 m tout le long de cette aile à la grande profondeur. En cet endroit, la largeur extérieure du fuselage est, en effet, passée de 3,70 à 3,45 m.
L'aménagement commercial comprend 5 toilettes et 5 cuisines, soit une moyenne d'une installation pour 47 personnes. Les passagers seront servis par 7 stewards ou hôtesses.
Sous le plancher de cabine, on a prévu une grande soute avant de 29,80 m3 destinée à recevoir du fret en conteneurs, cependant qu'une soute arrière de 8,50 m3 accueillera du fret ou des bagages en vrac.
Le système de conditionnement trouve son origine dans un piquage d'air sur les étages de compression des quatre moteurs. Trois suffisent à assurer la fonction. L'air comprimé est refroidi dans les nacelles-réacteurs elles-mêmes afin de ne pas avoir à véhiculer un air trop chaud dans les conduits circulant dans la structure de l'avion. L'ensemble de communication et de radio-navigation emploie un calculateur central rassemblant et détaillant toutes les données. De plus, on compte une centrale à inertie, un système de détection de la turbulence par temps clair, un autre anti-collision et l'appareillage d'atterrissage automatique.
La structure de la voilure repose sur l'utilisation de l'alliage de titane 6A1-4V utilisé en panneaux fraisés ou plus simplement raidi.

Le poste de pilotage. Les deux observateurs sont placés derrière le premier pilote. L'ingénieur de vol, dans l'axe dispose d'une table.

L'aménagement de la cabine en version 234 passagers. Les porte-bagages sont fermés et peuvent recevoir, enfin, toutes les valises/

" Aménagement "

A : Cabine passagers avant.

B : Cabine centrale.

C : Cabine arrière.

1 : Porte latérale droite de 1,06 x 1,53 m (service).

2 : Cuisine.

3 : Toilette.

4 : Vestiaire.

5 : Porte passagers de 1,06 x 1,83 m.

6 : Porte arrière droite de 0,81 x 1,53 m.

7 : Porte passagers arrière de 0,81 x 1,83 m.

8 : Chambre de tranquillisation.

9 : Évacuation d'eau de condensation.

10 : Liseuse.

11 : Eclairage indirect de plafond.

12 : Câblage électrique.

13 : Conduit d'aération.

14 : Porte-bagages.

15 : Appel du personnel hôtelier de bord.

"Conditionnement"

1 : Refroidissement radar.

2 : Distributeur d'air au poste d'équipage.

3 : Refroidissement du compartiment électronique avant.

4 : Évacuation d'air de cabine.

5 : Gaine de distribution d'air.

6 : Circuits secondaires de refroidissement (échangeurs).

7 : Gaine de distribution.

8 : Circuit de refroidissement, échangeurs secondaires.

9 : Gaine de distribution.

10 : Évacuation d'air de cabine.

11 : Échangeur primaire moteur 2.

12 : Échangeur primaire moteur 1.

13 : Échangeur primaire moteur 3.

14 : Échangeur primaire moteur 4.

15 : Cloison de pressurisation arrière.

16 : Gaine de distribution.

17 : Chambre de tranquillisation.

18 : Évacuation d'air.

19 : Conduit de recirculation d'air.

20 : Évacuation d'air vicié.     (Documentation constructeur).

Source des quatre dessins: Aviation Magazine n°508 du 15 février 1969.

"" Les empennages ""

Delta empenné, le Boeing 2707 offre donc une surface verticale et une autre horizontale de stabilisation.

L'empennage horizontal, de relativement petites dimensions, est légèrement surélevé par rapport à l'aile principale. Son envergure est de 10,20 m et sa profondeur projetée supérieure à 12 m.

Le bord d'attaque affecte une flèche de 60°, alors que le bord de fuite présente une flèche négative de 6°.

Le plan "fixe" est capable de braquage allant de 10° vers le haut et 20° vers le bas. Quant aux deux demi-gouvernes de profondeur, chacune d'une seule pièce, elles peuvent débattre de 30° dans chaque sens et par rapport au plan fixe qui les supporte.

La structure est en caisson à multiples longerons, avec panneaux de revêtement raidis de façon conventionnelle, le tout en titane. De son côté, le bord d'attaque est réalisé en acier inoxydable avec conjonctif en nid d'abeille brasé occupant tout le volume de la structure. Chaque gouverne de profondeur a un bord d'attaque en titane et un bord de fuite en acier inoxydable, avec nid d'abeille brasé. Chaque gouverne est sollicitée par trois servo-commandes hydrauliques situées côte à côte et non loin du fuselage.

L'empennage de direction est tronçonnée en trois éléments, chacun commandé par deux vérins hydrauliques. Tous débattent de 30° de chaque côté. L'élément supérieur est utilisé à basse vitesse, en même temps que les deux autres, mais reste verrouillé aux grandes allures Les deux éléments inférieurs voient leur débattement limité à mesure que la vitesse de vol augmente.

D'une manière générale, la structure de l'empennage vertical est identique à celle du stabilisateur.

L'ensemble de l'appareil repose, au sol, sur un atterrisseur tricycle escamotable d'une voie de 6,19 m. La largeur hors tout du train principal est, cependant, de 8,78 m, chaque triple boggie offrant une nappe de douze roues s'étalant sur 2,59 m de large. L'empattement ressort à 31,93 m.

Chaque demi-train principal groupe donc douze roues munies de pneus de 40 x 14 gonflés à 15,45 kg-cm². Le relevage s'effectue dans l'épaisseur de l'aile et vers l'avant, les boggies restant horizontaux et venant se loger à plat grâce à une cinématique dont le dessin annexé en dire plus long qu'un long discours.

Le diabolo avant est situé à 19,43 m de la pointe avant du fuselage. Son relevage se fait dans l'axe et vers l'avant.

"" Train d'atterrissage ""

1 : Longeron de voilure.

2 : Tourillon de relevage du train.

3 : Vérin de relevage.

4 : Verrouillage de contrefiche.

5 : Contrefiche de traînée.

6 : Contrefiche latérale.

7 : Fût d'atterrisseur.

8 : Circuit hydraulique de freinage.

9 : Amortisseur.

10 : Balancier de boggie.

11 : Bielle de conjugaison de freinage.

12 : Chasse-obstacles.

13 : Point de verrouillage train rentré.

14 : Compas de guidage.

15 : Vérin de train rentré.

16 : Caisson de logement.

17 : Cloison avant de logement sur voilure.

"" Plus de 120 tonnes de poussée ""

Quatre réacteurs General Electric GE4 animent le B-2707. Leur débit d'air au décollage est de 287 kg-sec, et leur poids à sec de 5 125 kg.

Chaque réacteur est tenu sous la voilure. Les réacteurs extérieurs sont à 9,65 m du plan de symétrie de l'avion, les intérieurs à 4,98 m. L'entre axe séparant deux réacteurs d'un même côté est donc de 4,67 m.

Chaque moteur entraîne un relais d'accessoires qu'un renvoi d'angle reporte dans l'aile et vers l'intérieur. Chaque relais a en charge deux pompes hydrauliques et un alternateur.

Les entrées d'air sont, bien sûr,  à géométrie variable avec corps central (olive) à translation axiale. Les entrées comportent également des vannes servant aussi bien, selon le cas de vol, d'entrées additionnelles et de sorties de décharge. Le corps central comporte divers dispositifs de contrôle de la couche-limite, par viroles ou trous d'aspiration.

L'ensemble moteur.          Source: La revue Aviation Magazine n°508 du 15 février 1969.

L'entrée d'air.                 Source: La revue Aviation Magazine n°508 du 15 février 1969.

General Electric a développé son type GE-4 de plus de 30 tonnes qui était à l'intention du SST.
Source: La revue Aviation Magazine n°517 de juillet 1969.

Le réacteur lui-même comprend neuf étages de compression avec aubes de stator réglables, une chambre de combustion annulaire et deux étages de turbines.

A l'arrière, et compris dans la tuyère primaire, un système de réchauffe également appelé augmenteur de poussée précède les grilles de sortie de l'inverseur de poussée et la tuyère secondaire à section variable. Dans la fonction de réversion, la tuyère primaire est repoussée axiale-ment en arrière et vient occulter le canal d'éjection, aux fins d'inversion de jet. Le flux chaud est expulsé vers l'avant et l'extérieur à travers les ouvertures servant également d'entrées d'air tertiaire.

Le combustible est logé dans les réservoirs structuraux de voilure et dans un autre prévu dans la pointe arrière du fuselage. Le contrôle d'équilibrage de l'avion passant d'un régime de vol à un autre est assuré par une sorte de compromis entre deux techniques. Il fait appel, en effet, à un transfert limité du combustible et à une procédure de puisage dans les réservoirs en fonction de leur position par rapport au centre de gravité et du cas de vol considéré. Enfin, un water-ballast est installé à l'avant du fuselage où il entoure le logement du train avant. Son rôle statique est de satisfaire aux impératifs de centrage en cas de vol avec une charge payante réduite.
Comme Boeing, General Electric a investi des sommes considérables dans le développement du réacteur destiné au SST américain. De nouveaux bancs d'essais sont en cours de construction et leurs dimensions sont telles qu'ils serviront aussi bien aux tests du réacteur CF6, destine au Douglas DC-10 subsonique, qu'à ceux du TF-39, équipant le cargo géant Lockheed C-5A, et qu'à ceux du GE4, devant animer le Boeing 2707.  

En haut, maquette d'entrée d'air au 1/8 destinée à l'étude de la compression dynamique, et maquette de tuyère d'éjection. Ci-dessus: maquette au 1/10 d'étude du corps central et de la nacelle-moteur en conditions transsoniques.

Source: La revue Aviation Magazine n°508 du 15 février 1969.

McDonnell Douglas DC-10-30 de l'Union de Transports Aériens (UTA).

Source: Le monde fascinant des avions aux éditions par David Mondey aux éditions Gründ 1977.

Avec la sortie du cargo géant C-5A "Galaxy", la firme Lockheed avait ouvert une nouvelle ère du transport militaire.

Source: La revue Aviation Magazine n°492 du 1 juin 1968.

"" En vol... et le bruit ""

Si noue essayons de prévoir ce que sera un vol type du Boeing 2707, les études conduites à cet égard nous fournissent ces premières données.

En conditions standard, Mach 1 sera franchi à une altitude de 9 000 m, Mach 2 à 14 000 m, cependant que l'avion doit atteindre son Mach de croisière de 2,7 à 18 300 m, altitude obtenue après 24 minutes de vol et à 590 km du point de départ.

En fin de croisière, l'altitude pourra s'élever jusqu'à 21 000 m. Lors de la descente, l'appareil retrouvera Mach 2 à 18 300 m, Mach 1,5 à 13 000 m et le régime subsonique de Mach 0,85 à 10 000 m.

En conditions standard plus de 8°C, l'altitude de croisière passera de 18 300 m à 17 900 m.

Quant au bruit entendu et ressenti par les populations voisines des aéroports, il doit être inférieur à 117 PNdb avec une pente de montée de 6%. A l'approche, le bruit ne doit pas excéder 109 PNdb soit un chiffre inférieur à ceux actuels.

Le bang sonique, lui, sera ressenti en montée avec une surpression de 170 gr-cm². En vol de croisière, cette surpression ne doit pas dépasser 102 gr-cm².

"" Caractéristiques du Boeing SST ""

Envergure : 43,18 m.

Longueur : 53,34 m.

Hauteur : 15,26 m.

Poids total maximal au décollage : 340 180 kg.

Poids total autorisé à l'atterrissage : 195 040 kilos.

Charge payante maximale : 22 225 kg.

Puissance : Quatre General Electric GE4-J5P-A/B de 22 095 kgp à sec et 30 390 kgp avec réchauffe.

Performance : Vitesse de croisière : Mach 2,7.  Longueur de piste FAR au poids maximal : 3 350/3 050 m. (Prototype : 2 440 m).  Vitesse de décollage : 365 km/h.  Longueur de piste à l'atterrissage : 2 440 m.  Vitesse d'approche : 272 km/h.   Autonomie avec la charge maximale et à Mach 2,7, conditions ISA : 6 680 km.   Autonomie avec la charge maximale à M. 2,62, conditions ISA + 8°C : 6 270 kg .   Autonomie avec 6 800 kg de charge, à M. 2,7, conditions ISA : 7 215 km.   Autonomie avec 6 800 kg de charge à M. 2,62, ISA + 8C : 7 770 km.

Jean-Marie