La réalisation du premier avion commercial à vitesse supersonique a exigé, de la part de ses constructeurs, Sud Aviation et la British Aircraft Corporation pour la cellule, la SNECMA et Rolls-Royce/Bristol Siddeley pour les moteurs, comme aussi des organismes d’Etat chargés des divers essais d’aérodynamique et de structure, de patientes études et recherches, compte tenu de la technique de pointe da laquelle relève le Concorde. Un groupe d’experts de la compagnie nationale Air France (qui a commandé comme la BOAC huit Concorde) expose ici les impératifs auxquels doit répondre l’avion de transport supersonique et, en dépit des problèmes nouveaux que posera son exploitation, les avantages qu’on peut attendre de sa mise en service dans la perspective du développement du transport aérien.
Vers 1960, l’apparition des avions à réaction commerciaux a révolutionné le transport aérien. Très rapidement, les avions à moteurs à pistons ont été relégués aux lignes secondaires. Les avantages des nouveaux appareils étaient manifestes dans tous les domaines. Grandes Vitesses qui mettaient New York à huit heures de Paris, confort offert au passager grâce aux dimensions de la cabine, à l’absence de vibrations et à l’altitude de vol, sécurité des moteurs à turbines, simples, fiables et puissants. Mais surtout, ces avions ce sont avérés d’une grande efficacité économique et leur énorme productivité a très largement compensé les investissements qu’ils ont représentés.

Cependant, on n’arrête pas le progrès et, quel que soit le succès rencontré par l’avion à réaction subsonique, il n’a pas empêché la mise en chantier d’avions de la génération suivante, celles des vitesses supersoniques. Le fait que l’on soit orienté vers l’étude de ces appareils dès la mise en service des premiers jets s’explique par l’attrait considérable de la vitesse pour les liaisons à grande distance. Mais les constructeurs ont fait preuve, pour lancer ces avions, d’une audace sans précédent car l’habituelle expérience militaire préalable n’existerait pratiquement pas. En 1960, les vitesses bisoniques n’avaient été réalisées que par des chasseurs ou des bombardiers légers pendant un faible nombre d’heures. Aucun avion de grandes dimensions n’était capable de vol soutenu à ce régime. Quant aux avions trisoniques, ils n’ont été mis en formation qu’il y a trois ans.
La continuité historique voudrait que les futurs TSS soient, eux aussi, plus rapides, plus sûrs, plus confortables et plus économiques qui les avions qui les auront précédés. Or les appareils actuellement en construction ou en projet, que ce soit Concorde ou ses concurrents russe ou américaine semblent pas satisfaire à cette loi. Certes, ils seront rapides. A 2200 km/h de vitesse de croisière, Concorde effectuera l’étape Paris-New York en 3h30. Le Boeing 2707 à 2900 km/h mettra une demi-heure de moins. Mais cette vitesse se paye. Il n’est pas inutile de rappeler quelles sont les difficultés inhérentes à la construction de tout TSS.

Cette image a été prise par notre photographe à Toulouse le 29 novembre, le prototype 001 de Concorde se trouve encore dans le Hall d’assemblage de Toulouse-Blagnac, et nul visiteur ne pourrait songer que 80 heures plus tard, sera prêt à effectuer sa première sortie. On imagine les prouesses et les efforts qu’ont dû déployer en un temps très court ingénieurs, techniciens et ouvriers de Sud Aviation pour parvenir à ce premier succès. Entre l’instant où a été prise, cette photographie, et celui de la sortie du hangar (notre couverture), pas même quatre jours se sont écoulés.

A la recherche de la meilleure finesse.

Le rendement d’un appareil est le produit de son rendement aérodynamique par son rendement propulsif. Ce dernier croît avec la vitesse mais il n’en est, hélas, pas de même du rendement aérodynamique qui s’effondre brusquement quand on dépasse les vitesses des avions d’aujourd’hui, habituellement comprises entre Mach 0,80 et 0,86. Ce rendement aérodynamique, c’est la finesse de l’appareil, rapport de sa portante à sa traînée. L’appareil doit pouvoir se sustenter dans l’air au prix de la moindre énergie, donc avoir une grande portance. Celle-ci lui permet de voler haut, là où la densité de l’air est moins grande et où la vitesse coûte moins cher. La résistance à l’air à l’avancement de l’avion, c’est la traînée qu’il faut diminuer le plus possible. A la traînée subsonique s’ajoute, aux vitesses supersoniques, la traînée d’onde. Comme le sillage d’un navire, elle est due aux ondes de choc qui s’attachent à l’avion quand il se déplace plus rapidement que les perturbations qu’il créé, c’est-à-dire plus vite que la vitesse de propagation du son dans l’air.
L’obtention des meilleures finesses supersoniques est liée à des impératifs géométriques précis. Le fuselage doit avoir un grand allongement et une pointe avant très effilée, ce qui conduit à des avions longs, aux cabines relativement étroites, avec des nez basculants destinés à assurer une bonne visibilité pendant les phases d’atterrissages. L’aile doit être très mince et concilier une grande surface et une forte flèche. Elle doit avoir une faible traînée en supersonique tout en conférant à l’appareil de bonnes qualités de vol en subsonique. Sa portance doit être élevée à tous les régimes. L’aile “delta” est un des meilleurs compromis entre toutes ces exigences.

Il faut aussi tenir compte du déplacement du centre de poussée qui accompagne les vitesses élevées en modifiant l’équilibre de l’avion. On parvient à le corriger en vrillant la voilure, en modifiant le delta primitif par des formes gothiques et l’adjonction de becs ou d’onglets qui la prolongent vers l’avant. On peut encore utiliser la masse du carburant qu’un système spécifique permettra de transférer vers des réservoirs situés à l’avant ou à l’arrière du fuselage.
C’est finalement en effectuant un très grand nombre d’heures d’essais en soufflerie que l’on parvient à trouver des formes satisfaisantes, telles que celles de Concorde. On atteint ainsi des finesses de 7,5 à 8 qui sont tout à fait remarquable pour des avions supersoniques, mais elles étaient de 15 ou 16 pour les avions subsoniques.

Le Centre d’Essais Aéronautiques de Toulouse (CEAT) participe activement au programme des essais de structure, de fatigue, de matériaux, de train que nécessite la réalisation du Concorde. Dans les deux nouveaux halls d’essais construits spécialement pour le Concorde, on peut réaliser des essais statiques ou de fatigue, à températures ambiante ou avec échauffement cinétique, sur des cellules de grandes dimensions. A gauche, l’éprouvette 2-3-2 ; au premier plan, l’éprouvette 2 8 b, dans le grand hall du CEAT).

Des entrées d’air bien étudiées

Pour propulser un tel avion, pour lui faire atteindre des vitesses supersoniques, il faut un réacteur très puissant qui sera dimensionné par la poussée nécessaire au décollage, mais aussi par la poussée nécessaire à accélérer l’avion au-delà des vitesses transsoniques qui engendrent les plus fortes traînées. Contrairement à ce qui se passe pour les avions subsoniques, ce réacteur tournera pendant une grande partie du vol à régime élevé, et non plus seulement pendant quelques minutes, au moment du décollage. Or, on ne sait obtenir de tels réacteurs aujourd’hui, qu’aux prix de consommations spécifiques environ deux fois plus fortes que celles des plus récents réacteurs subsoniques à fort taux de dérivation. Pour que ces réacteurs aient un rendement satisfaisant à toutes les vitesses, il faut de plus leur adjoindre des systèmes extrêmement complexe : entrée d’air efficace dans tout le domaine de vol et fournissant à vitesse supersonique un débit stable subsonique, tuyère de sortie à section variable, postcombustion augmentant la puissance.

La chaleur, voilà l’ennemi

Ailes minces, fuselages étroits, mauvaise finesse, réacteurs gourmands, servitudes complexes, tels sont les handicaps du TSS. Pour augmenter son efficacité, on peut, il est vrai, chercher à lui donner la vitesse la plus élevée possible. On se heurte alors à un autre phénomène, le mur de la chaleur.
La vitesse d’impact de l’air échauffe la surface de l’avion. Le phénomène est négligeable en vol subsonique, mais à Mach 2, la température maximale enregistrée est de 117°C, à Mach 2,2 elle est de 153°C, à Mach 2,7 de 259°C et à Mach 3 de 333°C. Les alliages d’aluminium utilisés dans la construction aéronautique classique ne conviennent plus au-delà de 150°C. Pour obtenir des structures ayant des durées de vie en fatigue importantes, il faut faire appel à d’autres matériaux, ou se limiter à des vitesses comprises entre Mach 2 et Mach 2,2 ce qui est le cas de Concorde. Le Tupolev soviétique qui volera à Mach 2,3 environ, aura certaines parties chaudes en titane, le Boeing 2707 construit pour voler à Mach 2,7 sera entièrement en titane. Or, ce métal est encore cher et difficile à usiner.
Les équipements, eux aussi, sont soumis à des températures élevées. Assurer leur tenue, c’est résoudre toute une série de problèmes d’étanchéité, de joints et d’isolation thermique. Il faut donc parvenir à un compromis entre le prix de l’avion qui croît très rapidement avec la vitesse et le gain économiquement apporté par celle-ci.

Température d’équilibre de la surface supérieure du revêtement de Concorde, pour une vitesse de croisière de Mach 2,2 entre 16.000 et 18.000 mètres (54.000 à 60.000 feet). Les points chauds sont évidemment, le nez du fuselage et le bord d’attaque de la voilure.

Les servitudes du vol subsonique pour un avion supersonique.

L’avion supersonique est également desservi par la phase du vol subsonique plus ou moins longue qui lui est imposé et où ses performances sont relativement médiocres. De plus, pour que la vitesse soit un élément favorable à l’économie du transport ; il faut qu’elle soit acquise à bon marché, grâce à des réacteurs aux consommations réduites et aux coûts de fonctionnement plus bas.
L’effet des manoeuvres d’approche et des vols d’attente sera proportionnellement beaucoup plus grand qu’aujourd’hui et coûtera très cher en carburant et en temps. La saturation actuelle des zones terminales entourant les grands aéroports signifiera, pour ce qui concerne l’avion supersonique, l’obligation d’emporter des réserves de carburant d’un poids supérieur à celui de la charge marchande offerte. Ces réserves sont destinées à assurer la régularité du vol, autrement dit à éviter des déroutements fréquents sur des aérodromes de dégagement. Sur une route telle que Paris-New York, elles sont bien plus importantes que les réserves réglementaires de sécurité. Les pouvoirs publics, responsables du lancement de ces appareils, sauront-ils assurer leur viabilité opérationnelle en améliorant la circulation aérienne autour des grands aéroports ?

Et puis il faut compter avec la détonation balistique, trace au sol de ces ondes de choc qui accompagnent pendant tout le vol supersonique. On pense aujourd’hui que ce bang n’aura pas d’effet nocif sur les structures au sol et sur les individus, mais on ignore quelle sera la tolérance du public envers ce phénomène en fonction de sa variabilité et de la fréquence de survol. Il se peut donc que le TSS soit obligé de survoler à vitesse subsonique tout ou partie des zones habitées.
Pour améliorer les performances en subsonique, il y a deux solutions. On peut adopter une aile qui soit un compromis satisfaisante entre les exigences du vol supersonique et subsonique : c’est le cas de Concorde qui, à Mach 0,9 conserve un rayon d’action spécifique égal à 92% du rayon d’action à Mach 2. On peut encore choisir la géométrie variable, solution complexe, mais peut-être plus efficace car elle permet d’atteindre de meilleures finesses et améliore tout particulièrement les performances à faible vitesse – au décollage, à l’approche et à l’atterrissage.

Dans le meilleur des cas, compte tenu de la technique actuelle, l’efficacité du TSS reste très inférieure à celle d’un avion subsonique. Sur l’étape transatlantique, sa charge marchande sera au plus égale à 6,5 ou 8% de son poids au décollage, contre 15 à 17% (22% en version fret) pour les Boeing 707 et les futurs jumbo jets du type 747. La grande vitesse ne compense qu’imparfaitement le coût du transport d’une charge marchande relative faible, celui de la fabrication de l’appareil et de son entretien. Pour atteindre des prix de revient plus compétitifs, il faut donc jouer sur la capacité. Mais le faible rapport du poids de la charge offerte au poids décollé rend très vite les avions monstrueux et l’on se heurte aux problèmes des pistes, de détonation balistique et de bruit des réacteurs. L’examen des projets actuels fait ainsi apparaître que Concorde, par exemple, aura un prix de revient au siège-kilomètre supérieur d’un tiers environ à celui des quadriréacteurs d’aujourd’hui et de la moitié à celui du Boeing 747 géant.

Concorde et les « Dioscures”.

L’utilisation des satellites pour améliorer la navigation et la localisation des avions commerciaux s’avère encore plus rentable pour les appareils supersoniques. Le CNES et Le CGAC ont calculé qu’en utilisation le système du projet « Dioscures” on pourrait économiser 80 à 120 kg de carburant pendant la traverse transatlantique de Concorde.
Ce résultat est obtenu par optimisation du vol, dont la trajectoire sera alors plus proche de l’Orthodromie et par diminution de l’amplitude aux manoeuvres en ”zig-zag » effectuées par l’avion dans son couloir de navigation (meendening).

Le gain ainsi obtenu compenserait largement le coût de l’installation de l’équipement de bord pour les liaisons avec les satellites. En liaison avec Sud Aviation, les spécialistes du CNES et du SGAC ont défini l’installation de cet équipement. Les antennes seraient logées en avant de la visière mobile, sous de petits radomes. Cette localisation, optimale du point de vue du rayonnement des antennes, permet en outre de réduire à un minimum la longueur des liaisons coaxiales avec le transbordeur.

L’avion supersonique, long-courrier de l’avenir

Pourtant, certaines études s’accordent à reconnaître qu’un très gros marché existe pour ces avions à condition qu’ils soient techniquement réussis. Même si le vol supersonique est complètement interdit au-dessus des terres, elles estiment que ce marché ne sera réduit que de 50%. La vitesse est, en effet, un atout fondamental et le TSS rétrécira véritablement le globe en réduisant la traversée de l’Atlantique à 3 heures ou à 3h30 et en rendant le plus long parcours inférieur à une douzaine d’heures. Le Japon sera plus proche des Etats-Unis ou de l’Europe que New York l’est de Paris aujourd’hui. On a pu dire que le confort et l’espace offert à bord des futurs jumbo-jets pourraient constituer un plus grand attrait que la vitesse du TSS. C’est très peu probable. Il est effet incontestable que, sur les longues distances, l’élément essentiel du confort en matière de transport aérien est la brièveté du voyage. D’autre part, on a parlé du confort et du faible prix de revient des gros avions subsoniques, mais ils ne seront pas acquis simultanément. Ces avions ne seront très économiques que si on les exploite en aménagements à haute densité, donc à confort réduit.

La part de trafic effectivement transportée par les avions supersoniques dépendra en fin de compte de l’écart de prix de revient qui existera réellement en exploitation entre ces appareils et leurs concurrents subsoniques. Il est certain, en tout cas, que ces avions n’obéissent pas aux tendances actuelles qui sont celles de l’abaissement des prix de revient et de l’ouverture du transport aérien à de nouvelles couches de clientèle. Cependant l’élévation continuelle des revenus moyens par habitant, le maintien à un niveau sensiblement constant des dépenses unitaires des compagnies aériennes, devraient mettre le TSS à la portée des voyageurs privilégiés, de même ce qui accepteront de payer un supplément de vitesse. Ce pourra être le cas, en particulier, d’une partie de la clientèle dont la motivation est professionnelle. Or en 1980 le trafic aura quadruplé et cette seule catégorie de passagers peut représenter un volume de trafic important.
Il est certain que les avions supersoniques sont les long-courriers de l’avenir. Mais, dans l’état actuel de la technologie, les coûts et la complexité des projets proposés laissent bien des questions en suspens, et, en particulier, celle de la date finale à laquelle seront obtenus des appareils réellement utilisables par les compagnies aériennes, c’est-à-dire qui soient non seulement sûrs, mais également suffisamment économiques pour justifier un marché à la mesure de leurs frais de lancement.

Les essais au sol.

Avant que commencent les essais de point fixe et de roulage ainsi que les essais en vol, tout l’avion, tous ses circuits et ses équipements auront été soigneusement vérifiés et essayés par le Service de contrôle. La consistance de ces essais est définie par le Bureau d’études compétent, BAC ou Sud Aviation suivant la partie de l’avion considérée ou le circuit à essayer, sous la forme d’un Programme d’Essais (System Test Requirement). Pour l’exécution pratique d’un essai donné, le Contrôle extrait de chaque programme des mémoires de contrôle (Test Mémorandum). La complexité de l’avion oblige à fusionner des documents provenant de deux pays différents et nécessite la présence, dans le service de contrôle chargé de la mise au point de ces Mémoires de contrôle, de plusieurs ingénieurs et techniciens. L’ensemble des essais sur avion correspond à quelques 250 Mémoires de contrôle comprenant chacun une quinzaine de pages de texte.
Ces documents une fois établis, l’avion subit alors des essais très poussés qui se déroulent suivant ceux phases essentielles.

Les essais avant montage de l’avion.

Les circuits électriques font l’objet d’essais de continuité et d’isolement sur machines à programme. Les équipements divers (pilote automatique, instruments de navigation, appareils de télécommunication, etc.) sont entièrement essayés sur une machine de contrôle automatique appelée ATEC (Automatic Test
Equipement Concorde), mise au point par Sud Aviation et commandé par un calculateur de la Compagnie des Compteurs à partir de programme sur bandes perforées. Cette machine permet, dans un temps très bref et avec une grande sécurité, de faire subir à chaque équipement l’ensemble des essais prévus aux clauses techniques.
Les éléments de circuits hydrauliques ou de pressurisation subissent tous les essais de pression et d’examen aux rayons X nécessaires pour garantir leur étanchéité et leur résistance

Les essais après montage sur l’avion.

Ils portent séparément sur : la résistance structurale, la continuité des circuits, le fonctionnement des différents systèmes.
Dans la première catégorie sont à ranger les essais de tenues de pression du fuselage et des réservoirs de carburant ; dans la seconde, les essais d’étanchéité du fuselage, des réservoirs, des circuits hydrauliques, ainsi que les essais de continuité et d’isolement de l’ensemble des circuits électriques : ces essais sont effectués à l’aide d’une machine automatique “Hugues Fact” qui est commandée par cartes perforées avec une rapidité et une sécurité accrues par rapport aux essais manuels. Tout le système de commandes de vol, notamment, est l’objet d’un double contrôle détaillé qui consiste à faire examiner indépendamment par deux contrôleurs qualifiés chaque point vital du circuit des commandes essentielles, afin d’annuler tout risque d’erreur humaine.

Pour les essais de fonctionnement de tout dispositif monté à bord, il est prévu de mette en place pour la série une machine automatique qui effectuera ces essais avec le moins possible d’intervention humaines. Les principaux essais porteront sur : le circuit de carburant et les transferts entre réservoirs ; le système de pressurisation ; le système électrique (génération et distribution) ; la métallisation électrique ; le système de commandes de vol, depuis le pilote automatique jusqu’aux servocommandes ; le système de navigation ; le circuit hydraulique ; les systèmes de télécommunications et de radar ; le système de dégivrage ; les commandes moteurs ; les systèmes de détection et d’extinction incendie.
Ces essais sont réalisés dans les conditions les plus proches de la réalité ; c’est ainsi que les essais de fonctionnement des circuits de commande de vol se font dans plusieurs situations de déformation de la voilure correspondant aux positions de l’avion au sol ou en vol afin de détecter d’éventuels coincements ou interférences. Tous les résultats sont soigneusement enregistrés et exploités.

Les essais moteurs.

Les moteurs, reçus de Bristol Siddeley, entièrement essayés et mis au point sur banc, ne subissent avant le premier point fixe, que les essais suivants : vérification de l’encombrement et du libre passage dans les différentes configurations de voilure signalées plus haut pour les commandes de vol ; contrôle des circuits électriques sur un banc simulateur permettant de contrôler aussi bien la nacelle destinée à recevoir le réacteur que le réacteur lui-même ; fonctionnement correct, après montage de tout le système complexe des trappes d’entrée d’air auxiliaire ou de ventilation, inverseurs de poussée, etc.
Après tout ces essais, le prototype 001 subira entre les mains du personnel des essais en vol, des essais réels de fonctionnement (points fixes, roulages, vols) sans être à la merci d’aléas qui auraient pu être évités à un stade antérieur. L’appareil n° 002, qui subira en Angleterre les mêmes essais, utilisera les mêmes documents, simplement traduits en anglais, toute duplication ayant été ainsi évitée entre Sud Aviation et la BAC.

Silencieux pour l’aire de point fixe du Concorde.

La société A. Boët & Cie, dont les bureaux et les ateliers sont situés à Ascq dans le Nord, spécialisée depuis 1938 dans l’étude et la réalisation de dispositifs d’insonorisation pour l’industrie, a dès 1951, largement développé dans ce domaine son secteur aéronautique ; déjà fournisseurs des silencieux d’essais pour Caravelle, elle a actuellement en cours d’installation, à Toulouse-Blagnac, le silencieux destiné à l’aire de point fixe de l’avion Concorde dont la commande lui a été confiée par la Société Sud Aviation.

Normes auxquelles doit répondre l’installation.

Cet appareil, qui doit permettre notamment les différentes mises au point des organes moteurs sur l’avion, doit répondre à de multiples impératifs afin que ces essais puissent se faire en évitant, dans le voisinage, les perturbations créées par l’augmentation du niveau d’ambiance sonore et en protégeant également le personnel travaillant à proximité.
Le silencieux est conçu pour répondre aux exigences d’un cahier des charges, établi par les utilisateurs, en fonction non seulement du niveau de bruit de l’ensemble des quatre réacteurs et de la carte sonore actuelle de l’environnement, mais aussi des différents tests envisagés aussi bien pour les prototypes et les avions de présérie que pour les avions de série, en tenant compte dès maintenant des développements futurs en ce qui concerne par exemple la puissance des moteurs.
Il doit pour cela pouvoir atténuer le bruit de refoulement de quatre réacteurs fonctionnant à plein régime sec ou de deux en post-combustion, les deux autres étant au ralenti.
Les réacteurs pourront avoir une poussée unitaire en post combustion un peu supérieure à 20 tonnes pour un débit d’air aspiré de 200 kg/s et une température de 1267°C.
Les performances acoustiques imposées, à 100 mètres des tuyères d’éjection, sont définies par une diminution du niveau sonore dans un spectre s’étalant de 31,5 à 8000 Hz et atteignant 40 dB dans certaines fréquences. Elles correspondent à environ 35 dB, soit sensiblement une atténuation de 90% de la sensation auditive.

Description de l’ensemble.

Pour obtenir des résultats, le dispositif est réalisé de la façon suivante ; il peut être divisé en trois parties principales.
1 – La partie avant guidant les gaz vers le silencieux. Elle comporte deux conduits captant chacun les flux d’échappement de deux réacteurs adjacents, immédiatement à la sortie de la nacelle. Ces conduits de 4,30 mètres de diamètres sont mobiles latéralement, étant fixés sur des châssis déplaçables sur rails, cela pour permettre une adaptation précise à l’entre-axes des nacelles du Concorde.
La partie adaptation à l’avion de ces conduits est télescopique et comporte un nez de liaison avec la nacelle qui a la particularité de pouvoir suivre celle-ci dans les débattements verticaux et horizontaux causés par les passages à différents régimes des réacteurs et également de pouvoir admettre des différences de hauteur d’axe existantes entre les avions prototypes et de série.
Ce nez de liaison s’ouvre à la façon d’une mâchoire et s’avance, lors de la mise en place, mécaniquement vers la nacelle correspondante sur laquelle se referme pneumatiquement pour obtenir une étanchéité presque parfaite par l’intermédiaire de joints souples résistant à la température.

Le silencieux pour l’aire de point fixe du Concorde, dont la réalisation a été confiée à la société A. Boët & Cie, occupe une surface de mille mètres carrés en bordure de l’aire de point fixe de l’aérodrome de Toulouse-Blagnac. On aperçoit ici les deux conduits de 4,3 mètres de diamètre, mobiles latéralement, qui capteront les
flux d’échappements des quatre réacteurs. Le nez de liaison s’avance mécaniquement sur la nacelle correspondante, sur laquelle il se referme pneumatiquement.
2 – La partie aspiration d’air de dilution qui reçoit les jets captés par les pièces avant et s’en sert pour aspirer la quantité d’air frais nécessaire à la dilution des gaz afin de les admettre à une température acceptable dans le corps principal du silencieux.

Cette partie est constituée par un bâtiment parallélépipédique en béton de 51 mètres de longueur, 5 mètres de largeur et 12,5 mètres de hauteur. L’air est admis par deux ouvertures de 39 m2 situés à la partie supérieure des ailes de ce bâtiment ; il traverse, avant d’atteindre les chambres d’admission insonorisées, des couloirs formés de nombreux panneaux absorbants métalliques destinés à empêcher le bruit, qui règne dans ces chambres, de s’échapper vers l’extérieur.
3 – La troisième partie constitue l’élément essentiel du dispositif d’insonorisation ; elle est située entièrement à l’arrière du bâtiment d’aspiration et se compose, au départ des chambres d’admission de celui-ci, de deux conduits métalliques de 4,90 mètres de diamètre amenant les gaz dilués vers une culotte de liaison divergente suivie d’un coude de 9 mètres de diamètre qui dirige les gaz à la verticale.
Sur ces conduits sont disposés des éléments résonateurs destinés à atténuer les sons de basse fréquence créés par échappements.
Cet ensemble métallique important n’a qu’un seul point fixe d’ancrage, le reste de l’installation repose sur des rouleurs qui permettent la libre dilatation. Les massifs supports sont situés dans une fosse de 2,50 mètres de profondeur nécessitée par le grand diamètre des pièces.

Le coude est relié, par un joint souple, à une cheminée carrée de 11 m x 11 m qui le surplombe, elle est suspendue librement dans une charpente métallique qui culmine à 20 mètres du sol. Cette cheminée renferme un réseau de 108 panneaux métalliques épais, contenant les matériaux absorbants disposés parallèlement à l’écoulement des gaz et formant un grand nombre de couloirs dans lesquels les ondes sonores s’atténuent avant la sortie.
Pour donner une idée de l’importance de cet ensemble, dont la longueur totale est de 47 mètres, il suffit de signaler que les éléments métalliques du silencieux représentent une masse de 500 tonnes.

Cette partie du silencieux Boët comprend à la fois le corps principal, à l’arrière-plan et deux conduits métalliques de 4,9 mètres de diamètre (un seul est visible sur la photographie) qui amène les gaz dilués vers un coude de 9 mètres de diamètre qui dirige les gaz à la verticale. Ce coude est relié par un joint souple à une tour d’insonorisation carrée de 11 mètres de côté, suspendue dans une charpente métallique qui culmine à 20 mètres du sol.

Expérimentation préalable du silencieux

La mise au point de certaines parties de ce dispositif a nécessité des essais qui ont décidé la Société A. Boët et Cie à installer sur l’aérodrome de Lille-Lesquin proche de ses ateliers, une véritable station expérimentale équipée d’un réacteur ATAR 9K. Pour permettre de travailler uniquement avec le bruit de refoulement sans être gêné par d’autres sources sonores, le réacteur est enfermé dans un capot mobile insonorisé, l’aspiration se faisant par l’intermédiaire d’un silencieux.

Les enseignements apportés par cette installation ainsi que l’expérience acquise par le traitement acoustique de nombreux bancs d’essais et la fourniture de plus de trente silencieux métalliques pour réacteurs de tous types ont permis et permettront à la Société A. Boët & Cie d’obtenir des marchés importants dans l’industrie où l’utilisation des réacteurs se développe rapidement (insonorisation complète de la centrale à turbine à gaz EDF de Villejust qui utilise un groupe de six réacteurs ATAR 9C ; insonorisation d’un banc existant à la Société Revima de Caudebec-en-Caux, par adjonction d’un gros silencieux métallique de 3,9 mètres de diamètre à l’aspiration et un autre au refoulement.

Paris-New York, en 200 minutes

Une des étapes-types de Concorde sera évidemment l’étape Paris-New York (5900 kilomètres) que l’appareil franchira en un peu plus de trois heures, du lâcher des freins à la prise de contact avec la piste de destination. Le profil de vol qui sera adopté dépendra évidemment de multiples facteurs : parmi ceux-ci, citons la poussée disponible, le poids au décollage et la température maximale admissible (échauffement cinétique). Un autre facteur essentiel est celui des réserves de carburant que les compagnies seront amenées à accepter en fonction des exigences des autorités de tutelle, réserves qu’il est d’usage de considérer sous deux aspects.

– Celui de la sécurité : l’avion doit être capable, à son arrivée au-dessus de l’aéroport de destination, de rester en attente pendant un certain temps, d’effectuer une approche finale, puis de se dérouter sur une certaine distance et, à nouveau, de rester en attente avant de se poser enfin
– Celui de la régularité : les conditions météorologiques peuvent par exemple, varier en cours de route ; l’utilisation, s’il accorde une priorité absolue à la régularité, est amené à prévoir des réserves supplémentaires ; dans le cas contraire, il doit accepter le principe d’un éventuel déroutement (comme ce fut le cas d’ailleurs lors de la mise en service des premiers quadriréacteurs subsoniques sur l’Atlantique Nord).

Réserves contre charges payantes

Ce problème des réserves est crucial pour un avion de transport supersonique : parce que son temps de vol en croisière est court, les opérations éventuelles d’attente et de déroulement prennent une importance relative énorme. Le phénomène est évidemment d’autant plus grave que l’étape est courte.
C’est ainsi que dans le cas qui nous intéresse : celui d’un vol Paris-New York effectué à Mach 2 avec un appareil décollant au poids maximal de 367.000 lbs (166,50 tonnes) et dotés de réacteurs délivrant au décollage une poussée de 35.080 lbs (15,90 tonnes), réchauffe de 9% non comprise, les réserves calculées selon les normes proposées par le SGAC, représentent une masse de carburant d’environ 36.500 lbs (16,55 tonnes), soit 25% du carburant normalement utilisé pour le vol (carburant “bloc”). On note déjà que ces réserves sont, en poids, supérieures à la charge marchande transportable sur l’Atlantique (28.000 lbs, soit 12,70 tonnes). S’il était possible de supprimer ses réserves (hypothèse évidemment toute gratuite) la charge marchande de Concorde s’accroîtrait de 130%.

A quoi servent-elles ?

Sur quelles bases sont donc calculées ces coûteuses réserves ?
Le carburant nécessaire au vol normal correspond à :
– 9 minutes ½ de ralenti-moteur, plus une demi-minute de plein gaz (roulement au sol pour rejoindre l’entrée de la piste, et point fixe), soit environ 1200 kilos de carburant :
– Décollage, montée, accélération, croisière supersonique, décélération, descente jusqu’à 1000 ft (300 mètres) ;
– Manoeuvre finale de 7 minutes, à 370 km/h.

Le carburant de réserve, tel qu’il est calculé selon les normes actuelles du SGAC, permettra les manoeuvres théoriques suivantes :
– Attente de 15 minutes à 10.000 ft (3000 mètres), à une vitesse théorique de 250 noeuds (460 km/h) ;
– Tour de piste de 7 minutes, toujours à 30 mètres et 370 km/h ;
– Déroutement (en vol subsonique) sur 270 miles nautiques (500 kilomètres) ;
– Nouvelle attente de 20 minutes à 3000 mètres ;
– Nouveau tour de piste de 7 minutes
– Atterrissage.
Au carburant nécessaire à ces manoeuvres, on ajoute une réserve égale à 5% du carburant nécessaire au vol normal (afin de tenir compte des différences possibles entre la consommation estimée et la consommation réelle) et une dernière réserve égale à 0,75% de la capacité des réservoirs (pour tenir compte de l’imprécision du système jaugeur.
Le schéma publié ci-dessous, les résumes.

Un vol type.

Chaque compagnie définira elle-même les conditions d’utilisations de Concorde, tout en respectant les exigences des autorités de tutelle. Parmi les éléments dont elle sera seule juge, citons la répartition entre le volume affecté au fret ou aux bagages, celui réservé aux passagers, et le volume occupé par les équipements de confort, tels que les toilettes et les vestiaires, ou le commissariat de bord (office, bar, cuisine).
Le profil de vol, par contre, résultera essentiellement de calculs d’optimisation. Nous avons choisi un vol type, celui de l’étape Paris-New York effectué avec un Concorde doté de moteurs appartenant au stade ”1″ la réchauffe est utilisée, et la température maximale admise en opération (Tmo) est de 400°K, soit 127°C. Le nombre de Mach limite est alors de 2,05. Le poids maximal autorisé est de 166,5 tonnes au décollage et 102 tonnes à l’atterrissage.
Cet appareil, annonce sa montée au-dessus de Paris-Nord à 300 mètres d’altitude : il pèse alors 163 tonnes et vole à Mach 0,37 ; moins de 4 minutes plus tard, il est déjà à 6000 mètres et vole à Mach 0,85. Mach 1 est atteint vers 9000 mètres, en 6,1 minutes, alors que 90 kilomètres ont été franchis (l’avion survole donc Evreux).

– La réchauffe est allumée vers 9600 mètres, à Mach 1,05 ; elle est atteinte vers 12.800 mètres, alors que l’appareil vole à Mach 1,6 (il survole alors les îles anglo-normandes).
– Mach 2,05 est atteint en 27 minutes : Concorde vole alors à plus de 15.000 mètres, et a déjà franchi près de 700 kilomètres. Les 2000 milles nautiques (3700 kilomètres) sont atteints en 110 minutes de l’appareil, qui continue à grimper, est alors à 17.400 mètres. La fin de croisière ascendante est prévue toujours à Mach 2,05, vers 18.000 mètres, altitude atteinte 160 minutes après le début de la montée, alors que l’avion a franchi sensiblement 5500 kilomètres.
– Après une courte décélération en palier, la descente commence : Mach 1,25 vers 15.000 mètres, Mach 1,03 vers 12.000 mètres, Mach 0,86 vers 9000 mètres ; à 3000 mètres, Concorde vole encore à Mach 0,58 ; la descente proprement dite s’achève à 300 mètres d’altitude, à une vitesse d’environ Mach 0,5 ; 183 minutes se sont écoulées depuis le début de la montée.
De Paris-Nord à Kennedy Airport, la durée totale de vol depuis le lâcher des freins jusqu’à l’immobilisation de l’appareil, sera donc de l‘ordre de 200 minutes (3 heures 20 minutes).

70 tonnes de poussée au décollage.

Les moteurs de Concorde doivent répondre à des conditions opérationnelles très variées telles que le décollage, la montée subsonique, l’accélération transsonique, la croisière supersonique, la descente, l’attente subsonique. Une exigence essentielle est celle de la poussée en croisière supersonique liée à une consommation spécifique aussi basse que possible : mais cette consommation doit rester faible aussi en déroutement subsonique, et durant l’attente à basse ou moyenne altitude.

Stade “0” et stade “1”

Le turboréacteur choisi, l’Olympus 593 Bristol Siddeley/SNECMA, est du type birotor à écoulement axial. Pendant les deux premières années de service, ce réacteur verra ses performances limitées par sécurité, aux valeurs (stade “0”).
– Poussée nette sans réchauffe au niveau de la mer et aux conditions ISA : 14.600 kilos.
– Réchauffe : 14% environ.
– Poussée totale : 16.950 kilos.
Après deux années de service, l’expérience acquise permettra de pousser la manette des gaz un peu plus loin, tout en contribuant à améliorer le potentiel entre révisions du moteur. L’Olympus 593 (Stade “1”) aura alors les performances suivantes :
– Poussée nette sans réchauffe : 15.900 kilos.
– Réchauffe : 9% environ.
– Poussée totale : 17.350 kilos
Précisons bien qu’il ne s’agit pas de moteurs différents en passant du Stade “0” au stade “1”, seules changent les conditions d’utilisation. D’autres stades sont évidemment envisagés, correspondant à des poussées accrues, et à des limites d’utilisation différentes.

La limite essentielle est évidemment celle de la température admissible à l’entrée de la turbine : actuellement seules les aubes du premier étage de turbine sont refroidies, mais une provision a été faite pour le refroidissement éventuel des aubes du deuxième étage. Des matériaux plus résistants pourront également être utilisés.

Utilisation du Titane.

Etant donné les températures élevées atteintes par le moteur dans sa partie amont également, la partie avant du compresseur haute pression, est fabriquée en titane, et sa partie arrière en alliage réfractaire. Le compresseur basse-pression est en titane également, il a été étudié de façon à résister à l’ingestion de glace et de corps divers.

Chaque réacteur possède sa propre entrée d’air de forme rectangulaire, définissant un système de compression bidimensionnel. La compression supersonique extérieure est obtenue en réduisant la vitesse de
l’air à travers des ondes de choc dont la position est contrôlée. Ensuite, l’air devenu subsonique, est comprimé dans un classique diffuseur jusqu’à ce que sa vitesse soit devenue acceptable.
L’efficacité dans toute la gamme des vitesses est obtenue grâce à une rampe à pente variable incorporée dans la partie supérieure du col d’entrée, et à une trappe auxiliaire pouvant écouler l’excès d’air (gaz réduits en régime supersonique), où au contraire, accroître le débit d’air (roulage, décollage, vol subsonique jusqu’à Mach 0,7.

Le canal d’éjection.

Le canal d’éjection, conçu et réalisé par la SNECMA, est un ensemble complexe (ci-dessus). Il comprend :
– Une tuyère secondaire divergente, à volets multiples également, s’ajustant d’elle-même (tuyère flottante) aux conditions de sortie.
– Un silencieux à lobes rétractables.
– Un inverseur de poussée à paupières et grilles de reprise supérieures et inférieures : la contre-poussée obtenue est de 35%.
Deux inverseurs de poussés sont prévus par appareil, mais ce nombre peut être porté à quatre. Le canal d’éjection de la SNECMA est représenté ici en position de fonctionnement pour le vol subsonique ; à droite, la tuyère secondaire est en configuration supersonique.

L’Olympus dans Concorde ; l’entrée d’air à géométrie variable et l’ensemble d’éjection

1 – Voilure ; 2 – Piège à couche limite ; 3 – Rampe d’inclinaison variable ; 4 – Portes pare-feu ; 5 – Portes tertiaires ; 6 – Tuyère primaire ; 7 – Tuyère secondaire ; 8 – Augets de silencieux ; 9 – Volet de décharge arrière ; 10 – Volet de refroidissement du compartiment réacteur ; 11 – Trappe auxiliaire.