Le Ryan XV-5 A et XV-5 B "Vertifan".

"" The XV-5 killed three test pilots ""

Historique : La revue Aviation Magazine International n°428 d'octobre 1964 et n°496 d'août 1968 .

par Jacques GAMBU, dessins de Jean PERARD.

Historique : Le décollage vertical est, depuis quelques années déjà, un sujet d'attention permanent de la part des bureaux d'études du monde entier. Mais les études menées, les prototypes construits et essayés, les premiers résultats obtenus ont fait établir que l'affaire était importante et pas aussi facile que les premières spéculations théoriques l'avait laissé espérer...

Des sommes énormes ont été dépensées un peu partout afin de parvenir à disposer d'un appareil capable de dire "Papa et Maman". On se souvient, au fil des décades que de tels avions n'avaient jamais fait que de mauvais avions et de mauvaises autres choses. Si nous nous reportons à l'exemple le plus simple, le moto-planeur, il fallut attendre longtemps, avec le Fournier RF-3, pour obtenir un avion satisfaisant et un planeur intéressant tout à la fois. Même chose pour les premiers combinés et les premiers convertibles. Chaque réalisation disait fort bien "Papa", mais ne pouvait que balbutier "Maman", ou inversement.

Cependant, parmi les innombrables formules d'appareils à décollage vertical, il semble bien que celle innovée par Ryan et General Electric soit de nature à offrir le plus de possibilités. En une plaquette fort bien faite, Ryan nous fait valoir les qualités de la formule et divulgue les projets que les essais du prototype XV-5 A permettent d'envisager dans un avenir plus ou moins éloigné. C'est de ces projets que nous avons entrepris d'entretenir le lecteur. Mais avant, il nous faut revoir quelques notions fondamentales sur lesquelles il n'est jamais inopportun de revenir.

On ne le répétera jamais assez, tout véhicule aérien ne vole que parce qu'il émet vers le bas une quantité de mouvement représentant son propre poids. L'avion, par sa voilure, défléchit vers le bas une quantité d'air dont la pression et la vitesse aboutissent à une force égalant celle de la pesanteur affligeant l'appareil lui-même, et le sens inverse.
Mais il existe autant de quantité de mouvement qi'il est possible d'imaginer. Il est possible de rejeter vers le bas de l'air ou des gaz. Depuis l'hélicoptère jusqu'à la fusée le problème est le même, mais les solutions sont différentes.
Plus le fluide éjecté est ténu, plus sa vitesse d'éjection devra être élevée, de façon à retrouver, sommairement, le même débit global.
Ainsi, un VTOL (ADAV) à réaction pure tel que le "Balzac) (sur le sujet voir le blog en date du 29 juillet 2017) ou le Ryan X-13 "Vertijet" maintenant abandonné offre une vitesse d'éjection des gaz des réacteurs de 620 m/sec. environ, les gaz étant à la température de 1.100° C. Par contre, l'hélicoptère chasse vers le bas l'air ambiant à 15 m/sec, mais en brasse beaucoup. Sa section de travail est égale au diamètre de son rotor, alors que celle de l'exemple précédent n'était égale qu'à la section de la tuyère du ou des réacteurs, d'où une plus grande vitesse d'éjection nécessaire.
La formule Ryan vient s'insérer entre ces deux extrêmes. La vitesse d'éjection atteint de 90 à 180 m/sec et la température est de 55° C, soit un juste milieu dans tous les domaines.
Ryan, et c'est de bonne guerre, affirme que sa formule est la plus rationnelle. Il appuie ses dires par des considérations annexes dont l'importance est primordiale en fait, puisqu'elles sont le verdict de l'utilisation effective. En effet, le réacteur de sustentation, solution satisfaisante en elle-même, est affligé de sujétions telles que le bruit, l'érosion du sol, etc... L'hélicoptère est beaucoup mieux placé dans ces domaines, mais ses performances restent limitées, malgré les recherches actuelles. Le "Lift Fan" de Ryan, lui, se réclame d'une faible érosion du sol ne nécessitant pas une infrastructure spéciale et de l'absence de recirculation.

A partir de l'appareil expérimental XV-5 A "Vertifan" dont les essais se poursuivent favorablement, la firme Ryan a développé plusieurs projets d'appareils opérationnels. Ci-dessus le "Vertifan" en vol stationnaire. (Photo Ryan).

Source: La revue Aviation Magazine International n°428 d'octobre 1965. 

Deux réacteurs débitent dans deux ventilateurs de voilure et un troisième à l'avant du fuselage. Le Ryan XV-5 A avant ses premiers essais.

Source: La revue Aviation Magazine n°373 de juin 1963. 

Le Ryan X-13 "Vertijet", cet appareil expérimental de l'U.S. Air Force a déjà réalisé, depuis avril 1957, de nombreux vols complets, du départ en positon vertical au retour sur son poste d’accrochage, en passant par le vol horizontal. Un seul turboréacteur Rolls-Royce "Avon" sert à la sustentation et à la propulsion. Le siège du pilote est basculant.

Source: Les avions (1001 photos) aux éditions Solar 2006.

"" La formule Ryan-General Electic ""

Le prototype Ryan XV-5 A "Vertifan" répond à une formule bien particulière. En bref, il s'agit d'un combiné dans lequel la même source de puissance est affectée, selon le cas de vol, à la translation et le sustentation. Mais les deux cas de vol font appel à des systèmes différents. En effet les deux réacteurs installés, des General Electric J85-5 de 1.200 kgp chacun, agissent de façon conventionnelle en translation, mais font office de générateurs de gaz chargés d'entraîner des rotors noyés dans l'aile fixe et dans le nez du fuselage lors des vols stationnaires ou à très basse vitesse.

Ce système fait que le poids de l'appareil actuel peut atteindre 4.717 kg à 750 m, et 35° C ou encore 5.715 kg dans les conditions standard, alors que les réacteurs ne fournissent que 2.400 kgp. Les rotors sustentateurs noyés, "Lift Fan", développement, en cas d'envol vertical, une poussée de 1,05 fois le poids total. Ces rotors si'inscrivent bien, si nous pensons à la section d'éjection et à la vitesse, entre le réacteur pur et l'hélicoptère, puisque leur diamètre est de 1,57 m, dans les ailes et 0,91 m dans le nez du fuselage.
Reste la transition. Etant donné que les rotors sont entraînés par les gaz des réacteurs, faire passer ses gaz des rotors vers la tuyère de propulsion classique n'est qu'un jeu de vanne. Il est même possible, par ce jeu, de faire varier l'arrivée des gaz vers les rotors, ou encore d'un rotor sur l'autre; ce qui apporte une solution au problème do contrôle de l'appareil en vol stationnaire, sans autre artifice ni système supplémentaire.
En fait, la conversion sustentation-propulsion s'effectue en 8/10 de seconde, l'opération inverse demandant 1,9 seconde. En vol stationnaire, la réponse aux commandes est de 1,62 radians-sec2 en tangage, 2,17 rad/sec2 en roulis et 0,55 rad/sec2 en lacet. Enfin, signalons que l'appareil a atteint une vitesse de 843 km/h en translation. Au 12 mars 1965, le prototype avait totalisé 150 sorties et 60 heures de vol, aux mains de six pilotes différents. Et ce n'est pas le malheureux accident qui coûta la vie au pilote d'essais Lou Everett qui a fait abandonné une formule qui avait largement fait ses preuves avant ce coup dur.
Il n'est, pour s'en persuader, que de faire connaissance avec les divers projets en développement ou en étude. 

Le premier des deux XV-5 A a réussi, le 5 novembre 1964 la translation initiale. Le programme prévoit trente heures de vol pour la première phase d'essais.

Ci-dessus : De gauche à droite, les demi-panneaux s'ouvrent à l'extrados, l'avion s'élève jusqu'à 9 m environ sensiblement à la verticale, avant de prendre sa votesse horizontale. Des améliorations ont été prévues : amincissement de l'aile, disposition de réacteurs General Electric J.85-13 de 1.340 kgp au lieu des J.85-5 de 1.200 kgp et, en 1966 des J.85-J.1 de 1.540 kgp, emploi des nouveaux rotors noyés GE type LF-2 (Lift Fan-2), remplacement de l'inverseur de poussée du rotor de nez par une commande par jet à l'arrière.

Source des trois photos: La revue Aviation Magazine n°409 de décembre 1964.

"" D'un développement possible ... ""

Le Ryan Model 177 ne consiste qu'en une adaptation du prototype actuel XV-5 A de l'U.S. Army aux fins d'appui tactique. En cas de commande, l'appareil serait livrable deux ans après la signature du contrat. L'avion pourrait également servir à l'entraînement des pilotes de VTOL. La configuration générale reste celle du XV-5 A actuel. Deux réacteurs General Electric J85-J1 sont alimentés par une entrée d'air dorsale et leur tuyère débouche sous l'arrière du fuselage. L'ensemble repose sur un atterrisseur tricycle à large voie, les roues principales venant s'escamoter dans les fuseaux rapportés sur le bord d'attaque de la voilure, à l'extérieur des "fan" de l'aile.

Pour la fonction VTOL, on trouve deux "fan" de voilure de 1,57 m de diamètre et un de nez de 0,91 m, tout comme dans le XV-5 A. Le poids à vide atteint 5.110 kg et le poids total en VTOL, 8.165 kg. En STOL, ce poids peut atteindre 9.800 kg et le décollage s'effectue alors après un roulement de 210 m, avec franchissement de l'obstacle de 15 m en 750 m. Une vitesse maximale de M. 0,8 à 9.150 m est attendue et une autonomie de convoyage de 2.775 km. L'atterrisseur peut supporter une chute verticale de 5,20 m/sec et un décrochage de 1,83 m/sec/. Cinq points d'accrochage sont prévus, quatre sous la voilure et un sous le fuselage, la charge totale pouvant atteindre 900 kg. Le vol stationnaire est possible par un vent de 64 km/h, quelle qu'en soit la direction. Avec une charge militaire de 900 kg, une mission-type avec un pilote et un observateur installé côte à côte, 4 minutes consacrées au décollage et à l'atterrissage verticaux, 5 % de réserve de combustible et autant d'augmentation possible de consommation spécifique, cette mission-type peut se décrire comme suit : aller à la vitesse de croisière optimale, approche à la vitesse maximale et au ras du sol sur une distance de 47 km, 5 mn de patrouille sur l'objectif, retour après dérobade de 47 km à basse altitude et attente de 5 mn à l'arrivée. Dans ces conditions, le rayon d'action atteint 640 km en VTOL et 825 km en STOL. Pour connaître l'autonomie, il suffit de doubler ces chiffres.

Dessin du haut : Les trois utilisations du "Lift Fan". En haut :  vol stationnaire. 1. Réacteur-générateur de gaz.  2. Vanne de diversion.  3. Tuyère d'éjection.  4. Aubage périphérique d'entraînement du rotor.  5. Rotor sustentateur (fan).  6. Portes supérieures relevées.  7. Persiennes d'intrados ouvertes. Le dessin du milieu montre le début de la transition par le jeu des persiennes agissant comme déflecteur de jet. En bas, en vol en translation, le rotor n'est plus alimenté, tout est fermé et les réacteurs agissent de façon conventionnelle.
Dessin du bas : Le montage de deux réacteurs assure la sécurité totale, à travers leur "transmission" fluide vers les rotors latéraux et avant du XV-5 A.   

Dessin écorché du Model 177, livrable en 24 mois et qui constitue la version opérationnelle de l'actuel XV-5 A. Cette première génération d'avion d'appui tactique à décollage vertical a été rendue possible en raison des premiers résultats d'essais conduits sur les deux prototype jusqu'à ce jour.

Un ensemble "Lift Fan" en cours d'essai chez General Electric. Les petites aubes périphériques tournent à l'intérieur du bourrelet entourant le rotor sustentateur dont on voit les aubes multiples à pas fixes. General Electric a développé de cet ensemble d'étude le système actuel désigné LF-2, dans lequel le générateur de gaz chaud est le réacteur G.E. J-85.

Source des quatre photos: La revue Aviation Magazine International n°428 d'octobre 1965.

"" Aux projets plus ambitieux ""

Là ne s'arrête pas l’exploitation de la formule. La firme de San Diego a, en effet, étudié très soigneusement trois types d'avions militaires. Tout d'abord, le type 182 d'appui tactique transonique, se réclamant directement de la formule actuel, puis le modèle 186 C dans lequel tous les "fan" sont logés dans une voilure de faible allongement et de grande profondeur à la racine, et capable de vitesses supersoniques, et enfin le Model 187 C qui est offert comme une adaptation possible d'une série de "fan" escamotés le long du fuselage d'un quelconque avion d'armes existant ou à venir.

Le Model 182 : Est biplace en tandem. Sa configuration générale est celle d'un delta empenné avec dérive en T. Deux "fan" sont montés dans la voilure, deux autres à l'avant du fuselage et un cinquième au droit du bord de fuite de l'aile. Ces derniers rotors sont alimentés en air par des ouvertures latérales. Les deux réateurs sont montés sur l'extrados de l'air médiane, contre le fuselage. L'atterrisseur est monotrace avec un diabolo avant déporté vers la droite et s'escamotant latéralement vers la gauche. Deux balancines sont montées au tiers extérieur de l'aile et se logent dans des bulbes de bord de fuite, lesquels séparent les volets des ailerons. L'appareil est équipé d'un radar de défilement et d'un canon fixe M61 de 20 mm. Deux points d'accrochage sont prévus sous les côtés du fuselage.

Voici quelques chiffres calculés sur ce Model :

Envergure : 10,36 m.

Longueur : 14,55 m.

Hauteur : 4,17 m.

Surface alaire : 29,45 m².

Allongement : 3,8.

Épaisseur relative du profil : 6 %.

Poids à vide : 7.242 kg.

Poids total en VTOL au niveau de la mer : 15.830 kg; à 600 m et 32° C : 13.743 kg; à 1.500 m et 32° C : 12.236 kg.

Poids total en VTOL sur un moteur : 9.978 - 8.618 - 7.710 kg.

Poids total maximale à 10.500 m :M. 1,25.

Passage des 15 m au décollage en STOL, à 17.235 kilogrammes : 630 m.

Autonomie de convoyage : 7.100 km.   

Plan trois vues du projet Model 182, montrant sa filiation directe avec le XV-5 A existant. Les deux réacteurs sont cependant latéraux et, pour la première fois, on voit figurer les "fan" de fuselage, deux à l'avant et un à l'arrière, alimentés par des portes latérales. Aucun autre système de contrôle n'est prévu, le pilote jouant à volonté sur le débit des gaz venant alimenter chaque rotor et sur l'inclinaison des persiennes.

Source: La revue Aviation Magazine International n°428 d'octobre 1965.

Le Model 186-C : Est doté d'une voilure à grande profondeur et faible allongement. Cette solution est très favorable aux grandes vitesses et se prête merveilleusement à l'installation d'équipements divers dans les régions épaisses près de l'emplanture. On y trouve notamment huit "fan", quatre de chaque côté, d'un diamètre de 1,03 m. La voilure, dont la forme en plan se situe entre l'aile gothique et le double delta est dotée de volets et d'élevons au bord de fuite, cependant que la surface d'apex est également mobile en incidence. Les deux réacteurs hypothétiques dont on attend une poussée de 2.380 kgp à sec et 3.310 kgp avec réchauffe sont plaqués contre le fuselage et sous la voilure. Ils sont alimentés en vol normal par des entrées d'air bidimensionnelles. Au cours de la transition- retour, ces entrées sont progressivement obturées par leur face à section variable supérieure, cependant que s'ouvrent parallèlement deux entrées d'air dorsales surmontées par des écopes. L'atterrisseur est monotrace. Le bogie principal s'escamote entre les réacteurs et le diabolo avant sous le poste de pilotage biplace en tandem. Ce poste est suivi d'une soute pouvant recevoir une bombe de 900 kg et deux autres de 450 kg.

Voici quelques chiffres calculés sur ce Model :

Envergure : 8,73 m.

Longueur : 19,32 m.

Hauteur : 5,05 m.

Surface alaire : 48,50 m².

Allongement : 1,58.

Épaisseur relative : 3,25 %.

Poids total en VTOL : standard : 13.600 m.; à 600 m et 32° C : 11.340 kg.

Poids total en VTOL sur un moteur : 8.575-7.440-7165 kg.

Poids total en STOL : 15.285-13.245-12.700 kg.

Poids total en conventionnel : 17.000-14.740-12.700 kg.

Vitesse maximale à 12.000 m et 6.800 kg : Mach 2; à 13.600 kg : Mach 1,8.

Vitesse au sol : Mach 1,25.

Rayon d'action militaire maximal à Mach 0,9, au sol, avec 10 mn d'attente : VTOL : 525 km; STOL : 740 km.

  

Plan trois vues du projet Model 186-C, le réacteur G.E. J-85 peut être installé dans le fuselage ou en nacelle, cependant que le rotor est facilement noyé das l'épaisseur d'une voilure. Dans le cas d'un avion supersonique, cette épaisseur reste limitée pour des raisons aérodynamiques et il est alors souhaitable de disposer d'une grande corde de voilure afin de profiter d'une épaisseur absolue intéressante malgré une épaisseur relative du profil compatible avec les vitesses supersoniques. C'est le cas du projet 186-C dans lequel les "fan" sont logés en tandem dans la partie la plus épaisse de l'aile, tel qu'il est montré sur le plan trois vues.

Source: La revue Aviation Magazine International n°428 d'octobre 1965.

Le Model 187-C : Est le plus audacieux des projets. Il consiste à doter une cellule nouvelle ou encore un appareil existant de "fan" escamotable dans les parois du fuselage, en avant et en arrière de l'aile. Ryan a étudié une cellule spécialement adaptée à ce montage. Ce Model 187-C se présente comme un monoplan à aile en flèche, médiane, et empennage monobloc. Ce monoplace est équipé des même réacteurs hypothétiques que ceux du Model 186-C et fournissant, par conséquent 2.380 kgp à sec et 3.310 kgp avec p.c.. Ces groupes sont montés sous la voilure et contre le fuselage. Les entrées d'air latérales, du genre F-111, sont dotées d'un cône fixe, immédiatement suivi d'un système à pétales permettant d'obturer toute la section d'entrée de la manche à air.
Dans ce cas, l'alimentation des réacteurs se fait par des écopes d'extrados et d'intrados, au moment de la transition et du vol stationnaire. Les panneaux de fuselage comprenant les "fan" groupés par deux en tandem, d'un diamètre plus important à l'avant qu'à l'arrière, se rabattent latéralement, selon un axe d'articulation contenu dans le plan horizontal de référence de l'avion. Les manches d'alimentation en gaz chauds issus du réacteur sont articulées selon le même axe et travaillent donc en rotation, ce qui réduit beaucoup les problèmes d'étanchéité. Venant s'ajouter au canon M 61 de 20 mm placé sur le côté gauche du poste de pilotage, une soute ventrale reçoit une bombe de 900 kg et deux autres de 450 kg. L'atterrisseur tricycle comprend deux roues en tandem par jambe avec rétraction vers l'avant, entre la soute et les manches à air. A l'avant, un diabolo se relève également vers l'avant, et dans l'axe.
Voici quelques chiffres calculés sur ce Model :
Envergure : 9,70 m.
Longueur : 18,95 m.
Hauteur : 4,88 m².
Allongement : 3,4.

Épaisseur relative : 3,5 %.

Poids à vide : 7.595 kg.

Poids total en VTOL, standard : 13.607 kg; à 600 m et 32° C : 11.795 kg; à 900 m et 32° C : 11.340 kg.

Poids en VTOL, sur un moteur : 8.570-7.438-7.165 kg.

Poids total en STOL : 15.650-14.740-12.700 kg.

Vitesse maximale à 11.795 kilogrammes, au sol avec p.c. : Mach 1,2; à 6.000 m : Mach 1,6; à 12.000 m : Mach 1,8.

Vitesse sans p.c. : Mach 0,95-Mach 1.

Passage des 15 m au décollage en STOL à 13.150 kg : 550 m; à 12.700 m : 485 m.

Rayon d'action militaire en VTOL, standard, à 11.795 kg :465 km; à 10.430 kg : 930 m.

Rayon d'action militaire en STOL, standard à 12.700 kg : 745 km; à 10.885 kilogrammes : 1.210 km.

Plan trois vues du Model 187-C dans lequel les "fan" sont plaqués, en vol normal, contre les parois du fuselage. En transition et en vol stationnaire, ils sont rabattus parallèlement à l'écoulement, et l'entrée d'air supersonique des réacteurs est obturée. Cependant que des écopes d'extrados assurent l'alimentation en air des moteurs à basse vitesse. Ce principe de montage des rotors est donc adaptable à certains avions supersoniques actuels en y effectuant quelques modifications relativement mineures.

Source: La revue Aviation Magazine International n°428 d'octobre 1965.

"" Le Ryan XV-5B "Vertifan" ""

Source : La revue Aviation Magazine Inter d'août 1968.

En effectuant le 15 juillet 1968 son premier vol conventionnel, l'appareil V/STOL Ryan XV-5B a franchi une étape de son programme d'essais en vol.

Ce jour-là, en effet, William A. Anderson, chef pilote de la firme constructive, décolla de l'aérodrome de Lindbergh Field (San Diego) et se posa 25 minutes plus tard à proximité de la North Island Naval Air Station. Le lendemain, 16 juillet, l'appareil effectua deux nouveaux vols conventionnels (85 minutes au total).

Les vols de sustentation et de transition auront lieu à l'Ames Research Center de la NASA, organisme à qui sera livré, ensuite, l'appareil pour explorer le domaine du décollage et atterrissage vertical et court.

On sait en effet, que la NASA développe un programme de recherches en vue de résoudre le problème de l'encombrement des aéroports, des liaisons ville à ville et centre-ville et centre-ville.

Dans le cadre de ce programme, un grand nombre d'autres appareils répondant à une multitude de formules différentes sont ou seront expérimentées. Il ne fait aucun doute que les Etats-Unis voient dans le V/STOL la bonne solution.

Vue arrière du Ryan XV-5B, en cours d'essais au sol  (photo Henry Artof).

Essais au sol : L'orifice des ventilateurs de voilure est obstrué, les volets sont entièrement baissés. Noter les entrées d'air inférieures du ventilateur de nez qui commandent le mouvement de tangage.

Le Ryan XV-5B au cours de ses premiers vols conventionnels aux mains de William A. Anderson.

De haut en bas et de gauche à droite : L'entrée d'air du ventilateur de voilure en configuration de décollage vertical. Vue de dessous des ventilateurs de ventilateurs de voilure en configuration de transition. Vues de dessus (à g.) et de dessous (à d.) du ventilateur de nez. Bien que techniquement délicate, la solution V/STOL s'impose aux responsables de l'aviation civile américaine.

Le train d'atterrissage principal est actuellement fixe. Mais on a prévu la possibilité qu'il soit rétractable. Ci-dessous, gros plan sur le train avant de l'appareil.

Le Ryan XV-5B, version évoluée du XV-5A équipé de deux turbines General Electric J-85, en cours d'essais au sol (Photo Henry Artof).

Source des huit photos: La revue Aviation Magazine International n°496 d'août 1968.

Jean - Marie