Avancement du Concorde 001
Entre avril et décembre 1966, on avait assisté à la croissance spectaculaire de la structure du prototype 001 de Concorde, dont les tronçons s’assemblaient successivement à un rythme rapide. Depuis, les travaux continuent d’une façon qui si elle ne se manifeste plus aussi visiblement par les photographies, n’en est pas moins importante.
Au début du mois de février 1967, ont eu lieu des essais de mise en pression de la cabine pressurisé, qui doit être soumise en vol à des pressions différentielles atteignant normalement un maximum de 378 mb correspondant à une altitude cabine de 2000 mètres (6600 pieds) pour une altitude avion de 19.800 mètres (65.000 pieds) et qui peut être porté exceptionnellement à 773 mb (11,2 PSI).
Pour l’exécution de cas essais, le volume intérieur du fuselage a été garni de blocs plastiques légers de polyurethane de façon à réduire au minimum la quantité d’air comprimé à fournir. Conformément aux spécifications d’essais, la pression intérieure a été maintenue pendant 20 minutes à 1040 mb (15 PSI) puis pendant 15 secondes à 1117 mb (16 PSI) soit 1,5 fois la pression différentielle normale d’utilisation. Les débits de fuite mesurés au cours de l’expérience sont demeurés dans la limite des tolérances prévues.
Cet essais a donc été réussi malgré les difficultés qui résultent d’une part des dimensions de l’avion, et d’autre part de la valeur élevée des pressions différentielles qui ont été retenues pour assurer aux passagers de Concorde un confort supérieur à celui des avions actuels et ceci malgré l’augmentation de l’altitude de croisière. Cette réussite confirme la qualité de l’exécution du prototype 001 assemblé à Toulouse-Blagnac à partir des éléments qui avaient été construits séparément par les diverses usines de Sud Aviation et de la BAC.
Au cours du mois de janvier, les nacelles doubles gauches et droites, en provenance de Filton, ont été mises en place sur l’appareil, elles ont permis de procéder à la première présentation d’une maquette de réacteur. Le 4 mars, l’avion a été placé en position haute pour le montage des atterrisseurs de roulage, livrés par Hispano Suiza, dont la fixation et les débattements ont pu être vérifiés.
D’autre part, l’installation des divers systèmes d’équipement débute avec les premières mises en place de harnais de câblages électriques dans le fuselage et la voilure, de tuyauteries hydrauliques et celle de la gaine principale d’alimentation du conditionnement d’air.
Essais structuraux en Grande-Bretagne
Des essais structuraux des éléments de Concorde réalisés par la BAC sont en cours d’exécution à Filton et à Weybridge, ainsi qu’au Royal Aircraft Establishment (RAE) à Farnborough. Pendant ce temps, le travail se poursuit pour la préparation de l’essai de fatigue d’une cellule complète dans les locaux du nouveau laboratoire des structures du RAE à Ball Hill-Farnborough – inauguré l’année dernière par SM la Reine Elizabeth II.
Eprouvette
Cette éprouvette est un tronçon type de la structure de fuselage prototype. Elle mesure 4,60 mètres et comporte un dispositif simplifié de refroidissement du plancher, qui permet de représenter les effets thermiques du conditionnement d’air de la cabine. Cette éprouvette est équipée de 380 jauges de contraintes de 360 thermocouples.
Les essais ont lieu à Filton. Une première série d’essais effectués dans diverses conditions de pressurisation interne et d’échauffement cinétique externe a été achevée au début de 1966. Elle a été suivie en mars 1966, d’une série d’essais de simulation thermique des effets de masque de la voilure à sa jonction avec le fuselage, et la période de mars à juillet a été consacrée à la mise au point d’une technique permettant d’accélérer les essais thermiques. Enfin les essais de fatigue proprement dits ont débuté à partir de juillet 1966.
Ces essais ont servi à mettre au point un principe de simulation des effets de l’échauffement cinétique par circulation d’air forcée. Suivant ce principe, l’air est soufflé sur l’éprouvette à travers des gaines, dans les conditions de vitesse, de pression et de température qui permettent de reproduire les effets d’échauffement ou de refroidissement auxquels Concorde sera soumis en vol.
Pour les essais de fatigue accélérés, l’air de circulation est chauffée à 170°C par passage dans deux échangeurs chauffés au gaz, et l’on utilise l’azote liquide pour le refroidir ensuite à – 20°C.
L’installation d’essais est équipée d’un système de commandes manuelles ou automatiques. Les mesures de contraintes et de températures sont enregistrées automatiquement sur bandes perforées, ou sur machines imprimantes à grande vitesse.
Le principe de simulation par circulation d’air forcée, ainsi expérimenté avec succès, sera utilisé pour les autres essais d’éléments importants de Concorde à effectuer en Grande-Bretagne.
Eprouvette 2.4
L’éprouvette 2.4, ci-dessous, représente toute la partie avant du fuselage, depuis le couple 34 jusqu’à la pointe avant, y compris la visière et le nez basculant. Sa longueur est de 22,25 mètres pour un poids de 8 tonnes. Elle subira ses essais à Farnborough.
L’objectif de ces essais sera d’abord de soumettre la structure à des efforts semblables à ceux auxquels elle sera exposée en vol, pour observer et mesurer leurs effets et les comparer aux prévisions des calculs. Ces essais statiques seront suivis d’essais de fatigue, au cours desquels les cycles de vol type seront répétés jour et nuit jusqu’à ce que leur nombre atteigne au moins le double des chiffres correspondant à la durée totale de l’utilisation de l’appareil en service.
L’éprouvette d’essais est fixée à un appareillage d’application des charges, visible à gauche, qui permet de la soumettre aux trois sortes d’efforts qui lui sont appliqués en vol, soit.
En premier lieu les charges de vol, ou celles qui sont dues aux rafales, sont appliquées à l’aide de vérins hydrauliques.
En second lieu les charges de pressurisation interne, résultant de la différence qui existe entre la pression maintenue dans la cabine et la pression atmosphérique extérieure, sont appliquées par compression d’air à l’intérieur de la cabine étanche.
En troisième lieu enfin, les contraintes thermiques qui résultent de changements de températures dues à l’échauffement des revêtements pendant le vol à grande vitesse, et à leur refroidissement en cours de la décélération en altitude, sont provoquées par soufflage d’air conditionné dans des gaines qui entourent l’éprouvette.
Essais de fonctionnement
L’essai initial de mise en pression de cette structure a été effectué en novembre 1966, il a été suivi en mars 1967, d’essais de fonctionnement de la visière et du nez basculant effectués pendant que la cabine était sous pression. La livraison de l’éprouvette au laboratoire de Farnborough a eu lieu en avril.
A Farnborough, la préparation des installations se poursuit, le contrôle de commandes et d’enregistrement des mesures et le bâtiment d’essais sont terminés, ainsi que l’appareillage d’application des charges. La réception de l’installation hydraulique est en cours, pendant que se terminent rapidement les installations de mise en pression, de chauffage et de refroidissement.
Les points de mesure de contraintes, de température et de déformations sont au nombre de 2000. Pendant la phase préliminaire des essais statiques qui débutera au mois d’août 1967, l’application des charges sera contrôlée manuellement, et les enregistrements automatiques seront dépouillés à l’aide d’un calculateur.
Pendant la phase ultérieure des essais de fatigue, la commande de l’installation sera entièrement automatique, grâce à l’utilisation de deux calculateurs chargés de contrôler le déroulement complexe de la simulation des vols types et de diriger les essais.
Essais de glaces
Ces essais ne constituent qu’une faible partie du programme des essais partiels de structure qui concernent une multitude de pièces de détail et d’assemblages plus importants. Ils ont trait aux glaces de pare-brise, de verrières de face et de côté, de hublots de cabine et de visière. Des essais de résistance statique sont imposés à tous les modèles de glaces afin d’obtenir pour leur ensemble, les coefficients de résistance extrême exigés. Ces essais s’effectuent aux températures et pressions voulues sur des caissons permettant un montage conforme des glaces.
Dans tous les cas autres que celui de la visière, les essais de « Fail Safe” doivent montrer que la résistance reste suffisante en cas de rupture partielle, affectant par exemple, l’une des épaisseurs de glace. Pour la visière, les dommages qui peuvent résulter de la grêle sont expérimentés en laissant tomber des billes d’acier de différentes hauteurs sur la glace afin de déterminer le point de rupture.
Des essais de trempe sont effectués à froid sur toutes les glaces afin d’expérimenter les conditions dans lesquelles la surface peu s’écailler sous l’effet des contractions différentielles. Dans le cas des glaces du poste d’équipage, les essais sont suivis d’expériences de surchauffe du réseau électrique effectuées dans une ambiance polaire ou particulièrement défavorable.
Les pare-brises sont soumis à des essais cycliques. Montés sur leurs cadres, ils sont exposés successivement à la chaleur et à la pression du vol de croisière, au refroidissement de la descente et aux températures et pressions de l’ambiance au sol. Les glaces des hublots sont soumises à des essais semblables, effectués sur un seul banc d’essais multiple. Les tests d’impact d’oiseau sur le pare-brise doivent montrer que l’intégrité de la structure et la sécurité du pilote sont assurées sous le choc d’un oiseau e 1800 grammes à 447 noeuds, soit environ 830 km/h.
A l’heure actuelle, les essais statiques et les essais ”Fail Safe », sont pratiquement terminés, pour toutes les glaces. Les essais de tempe et de surchauffe des glaces du poste de pilotage sont en cours, ainsi que les essais de cyclage et d’impact d’oiseau.
Essais structuraux en France
Pendant que se poursuivent la construction et l’aménagement du prototype 001, les travaux continuent pour la préparation de nouveaux éléments destinés, suivant le programme établi, aux essais structuraux et aux essais fonctionnels de Concorde.
Le 1er avril, un ensemble d’essai 2.3.2 constitué par un tronçon intermédiaire de fuselage assemblé avec des onglets avant de la voilure construit à Toulouse-Blagnac, a été transporté au Centre d’Essais Aéronautiques de Toulouse, pour y être soumis à des essais de fatigue mécanique et thermique suivant un programme dont la durée prévue est d’environ deux ans.
Cet ensemble dont le poids brut est d’environ 9,3 tonnes, a été équipé pour les essais d’un appareillage de mesures qui comprend 1600 jauges extensométriques, 800 thermocouples et 65 kilomètres de câblages électriques. Il rejoint au CEAT les deux ensembles importants 2,8 b et 2,6/2,7, dont les essais sont en cours.
L’ensemble 2,8 b, le tronçon du fuselage et de la voilure dans la zone des trains principaux est en cours d’essais statiques depuis juillet 1966.
Après essais sous pression du fuselage et des réservoirs de fuselage et de voilure, il a été procédé, à la température ambiante, à l’application des efforts unitaires et des charges limites sur la voilure et sur le train dans différents cas de vol. Les essais vont se poursuivre avec application de cycles thermiques, au cours desquels l’éprouvette, enfermée dans une gaine sera alternativement chauffée au moyen de fours infra-rouge simulant l’action de l’échauffement cinétique, et refroidie par le courant d’air d’une douzaine de ventilateurs à grand débit.
Essais préliminaires
L’ensemble 2,6/2,7, qui représente également un caisson de voilure et de fuselage mis en place au cours des derniers mois de 1966, a été soumis en statique à des essais préliminaires de mise en pression du fuselage et des réservoirs et d’application des charges sur la voilure. Les travaux se poursuivent par la réalisation de cycles d’échauffement et de refroidissement en vue de la mise au point de l’essai de fatigue mécanique et thermique de longue durée qui doit débuter cet été.
Le programme des essais structuraux qui se poursuit actuellement comporte également de nombreux essais mécaniques et thermiques, en statique et en fatigue effectués sur de nombreux éléments partiels : longerons et nervures, panneaux de fuselage, panneaux de réservoirs, élevons en nid d’abeilles d’acier inoxydable, becs d’attaque de voilure avec et sans dégivreurs, train d’atterrissage.
Pendant ce temps, la cellule destinée aux essais statiques de l’avion complet commence à prendre forme sur les bâtis de montage, dans les diverses usines de Sud Aviation et de la BAC.
Parallèlement aux essais structuraux, les essais du système de conditionnement d’air suivent également leur cours au CEAT dans le caisson d’atmosphère. Un ensemble complet de génération, comprenant les vannes de prélèvement et de limitation de débit, et le groupe de réfrigération complet avec sa turbine et ses échangeurs de température air/air et air/carburant est en cours d’installation pour l’essai de performances d’ensemble de la génération et de la distribution de l’air de conditionnement avec simulation de l’altitude et de l’échauffement de la paroi extérieure du fuselage.
D’autre part, après les premières études relatives au comportement de Concorde aux basses vitesses, le simulateur de vol à Blagnac entièrement opérationnel, est utilisé quotidiennement à de nombreux travaux, tandis que se poursuit l’installation des divers dispositifs de simulation des systèmes destinés à compléter la représentation fonctionnelle de tous les éléments de l’avion.
Bang d’essais du circuit carburant
Un banc d’essai de 250 tonnes conçu pour l’expérimentation du système de carburant de Concorde est maintenant en service dans les usines de BAC à Filton.
Il reproduit à l’échelle l’ensemble tel qu’il existera sur l’avion, et permet l’étude complète de son comportement dans les conditions correspondant à toutes les phases de vol.
Le système de carburant a sur Concorde, diverses fonctions qui, s’ajoutant à celle de l’alimentation des réacteurs, n’ont pas leur équivalent sur les avions subsoniques.
En premier lieu il est utilisé pour maintenir un centrage correct de l’avion en vol supersonique en transférant le carburant d’avant en arrière ou inversement, de façon à compenser l’effet des déplacements du centre de poussée aérodynamique. En second lieu, il sert également de puits de chaleur, pour absorber le surplus de chaleur dégagée par les autres systèmes de l’avion, et en particulier par le conditionnement d’air et par le système hydraulique.
Autorisation de vol
Le banc d’essai doit permettre d’analyser le fonctionnement du système à l’égard de toutes ces fonctions, et finalement de lui obtenir l’autorisation de vol sur les prototypes. Après mise au standard de série, il devra s’acquitter d’un programme analogue, jusqu’à la certification de l’appareil dans les premières années 70. Il aura un rôle important à jouer dans l’étude des défauts de fonctionnement susceptibles de se manifester au cours du programme d’essais en vol.
Ce banc d’essai est une des premières installations de ce genre réalisée pour tester un système de carburant dans un environnement exact de températures et de pressions conformes à celles qui se rencontrent en vol de croisière supersoniques aux altitudes extrêmes et sous l’influence de l’échauffement cinétique.
L’appareillage d’essais, constitué d’un ensemble de réservoirs construits à l’échelle, est monté sur une plateforme mobile, actionnée par des vérins électriques de façon à reproduire toutes les attitudes possibles de l’avion en roulis et en tangage. Les effets de l’altitude sont obtenus par dépression dans les réservoirs, et ceux de l’échauffement cinétique sont reproduits dans certains réservoirs à l’aide d’une circulation d’azote chaud en circuit fermé.
Le transfert de carburant des réservoirs principaux dans les réservoirs de ballast avant ou arrière par un ensemble conforme de pompes, de robinets et de valves, équipés de leurs tuyauteries, tandis que la consommation du carburant par les réacteurs est figurée par des pompes qui aspirent le carburant des réservoirs conformément aux débits réels, et le transfert dans un réservoir de stockage, où il est conservé en attente de réutilisation.
Pour expérimenter le système dans son rôle de puits de chaleur, on peut alimenter un ensemble d’échangeurs de température avec de l’air chaud ou du fluide hydraulique, dans les mêmes conditions de température et de pression, et suivant le même débit que s’ils provenaient du système de conditionnement d’air ou du système hydraulique de l’avion.
Une particularité importante au banc d’essais est de pouvoir être utilisée pour la simulation des pannes dues à défaillances simples ou multiples de divers organes élémentaires. Ces défaillances peuvent être provoquées à volonté, ce qui permet de vérifier le caractère « Fail Safe” du système.
La conduite des essais effectués sur le banc est assurée à partir d’une cabine de contrôle, qui abrite les consoles de commande et les appareils d’enregistrement. Les mesures sont collectées par quelque 300 capteurs de pression et quelque 100 sondes de température. Des enregistreurs continus ou discontinus seront employés respectivement pour enregistrer les résultats obtenus dans des conditions dynamiques ou statiques et toutes les températures ou pressions pourront également être visualisées.
Avancement de l’Olympus 593
Poursuivi conjointement par Bristol Siddeley et la SNECMA, le développement du réacteur Olympus 593, avec son ensemble d’éjection est très en avance sur les prévisions ; le grand nombre d’étapes déjà franchies souligne bien le dynamisme du programme. Déjà, les chiffres de poussée dépassent les spécifications pour l’entrée en service de Concorde.
A la fin avril, environ 1200 heures d’essais au banc avaient été enregistrées en France et en Grande-Bretagne et onze moteurs, c’est-à-dire tout le premier lot prévu, ont maintenant été livrés. Les essais au banc ont mis en relief, un facteur important : la fiabilité du moteur s’est révélée bien supérieure aux prévisions, c’est pourquoi le développement a pu maintenant dépasser le nombre prévu d’heures au banc. De même, le nombre de moteurs nécessitant un démontage et une inspection après essai, s’avère bien plus réduit qu’il n’avait été initialement prévu.
La politique adoptée pour les essais au sol, consiste à garder les moteurs au banc le plus longtemps possible, ce qui évite des démontages et remontages coûteux et permet d’accumuler le plus rapidement possible un grand nombre d’heures de fonctionnement.
A ce jour, le plus long essai d’endurance effectué sans démontage, ni remontage sur un seul moteur, se monte à 156 heures ; par ailleurs, le plus long programme général d’essais effectué sur un moteur dépasse les 250 heures. Presque 100 heures ont été dévolues aux essais avec manche à préchauffe et fonctionnement de la réchauffe. Les moteurs ont déjà fourni, aux essais au sol, une poussée de 35.190 livres avec moteur sec et de 37.000 livres avec réchauffe.
La tuyère secondaire, l’inverseur de poussée et le système de réchauffe étudiés par la SNECMA ont subi des essais satisfaisants; plus de 300 manoeuvres de reverse ont été poursuivies avec succès.
D’autres réussites du programme comprennent les essais d’absorption de morceaux de glace et des essais de maintien en place des aubes endommagées. Au Centre National de Pyestock (Hampshire), des moteurs ont tourné dans des conditions d’altitude simulée.
Programme du banc d’essai volant ”Vulcan »
Le bombardier ”Vulcan », a été transformé par Bristol Siddeley en banc volant pour l’Olympus 593. Il a contribué ainsi au programme de développement et des renseignements importants ont été recueillis.
Le « Vulcan” a été utilisé pour établir les conditions de réallumage du moteur en altitude et les résultats obtenus au cours des essais d’auto rotation ont pu être comparés de façon satisfaisante aux données obtenues au Centre d’Essais en Altitude de Pyestock. La prochaine étape du programme d’essai du Vulcan prévoit des essais de dégivrage en altitude, en utilisant une grille pulvérisant fixée en amont du moteur.
Maquette vraie grandeur
Une nouvelle maquette à Filton est la première qui ait été construite à l’échelle et elle donne une reproduction exacte de l’avion de série. Elle a été réalisée de façon à représenter exactement l’état dans lequel il se trouvera, avec son chargement de combustible et de bagages, au moment d’un vol Paris-New York dans les premières années 1970.
Cette maquette est destinée à deux fins. En premier lieu elle peut évidemment fournir aux démonstrations, un support approprié, à l’aide duquel les utilisateurs peuvent définir leurs besoins en matière d’aménagement et d’équipement, de même qu’elle peut servir aussi à fixer les principes de base de la conception intérieure de l’avion.
Mais de plus, l’exactitude de ses dimensions et de son agencement, la rendront particulièrement intéressante pour les spécialistes du service des passagers ou du service au sol, et pour l’étude de divers équipements de sécurité.
Contrairement à celle qu’elle vient de remplacer, cette maquette se présente à la hauteur exacte de l’avion, au-dessus du sol, soit environ 4,73 mètres au seuil de la porte d’entrée des passagers.
Aussi peut-elle servir à l’étude des procédures d’évacuation d’urgence, ou à celle des manutentions de bagages et du service au sol dans les conditions réelles d’utilisation et cela bien avant le premier vol.
Construite en bois
Construite principalement en bois, la maquette repose sur une armature d’acier et pèse environ 13 tonnes. La cabine est entièrement aménagée, mais l’avant de l’appareil, le poste de pilotage, et la dérive sont simplement figurés, ainsi que le train d’atterrissage. L’aile droite seule est représentée en vraie grandeur
L’aménagement et les garnitures de la cabine longue de 40 mètres, exécutés conformément aux définitions de l’avion de série, comportent les sièges pour 136 passagers, les installations d’éclairage, les équipements individuels, ainsi que les offices et les toilettes entièrement aménagés. Des offices et des toilettes démontables, peuvent être présentés aux différents endroits proposés, au choix des utilisateurs
Les agréables couleurs de la décoration contribuent au confort de la cabine encore amélioré par l’air de ventilation fourni par un groupe de conditionnement extérieur et par la musique distribuée par le « public adress”. Les offices sont entièrement équipés et fournissent les boissons chaudes pendant les démonstrations de service hôtelier.
Pour présenter la maquette aux visiteurs de la façon la plus suggestive, elle a été construite dans un hangar spécialement aménagé, avec effets variables de lumière ou d’obscurité, qui permettent de figurer les opérations le jour, au crépuscule ou à la nuit.
Lufthansa choisit ”Concorde »
La compagnie allemande de transports aériens Deutsche Lufthansa, a récemment annoncé qu’elle avait pris option pour 3 avions Concorde.
Cette décision prend toute sa signification du fait qu’avant de signer ce contrat, la Lufthansa tenait à s’assurer que l’exploitation de Concorde pourrait être rentable sur des lignes telles que Francfort-New York.
La Lufthansa a fait connaitre que les progrès intervenus depuis l’origine du projet ont eu raison de ses premières objections à cet égard. Elle a également été influencée par le fait que l’avion de transport supersonique américain ne pourrait être disponible pour elle, avant 1976.
La décision de la Lufthansa porte à 72, le nombre total des options que 16 compagnies des plus importantes ont pris sur Concorde, soit : Air Canada (4) – Air France (8) – Air India (2) – American Airlines (6) – BOAC (8) Braniff (3) – Continental Airlines (3) – Eastern Airlines (4) – Japan Airlines (3) – Lufthansa (3) – Middle East Airlines (2) – Pan American (8) – Quantas (2) – TWA (6) – United Airlines (6).
Etude des aménagements
La recherche des solutions techniques les plus favorables dans le domaine de l’aménagement intérieur et de l’équipement de l’avion se poursuit en liaison étroite avec les techniciens des compagnies aériennes clientes de Concorde.
Réunis en symposium à Filton, à la fin du mois de février, ceux-ci ont été invités à examiner en détail avec les constructeurs, les problèmes de l’installation du cockpit, des systèmes de navigation et de communication, des aménagements intérieurs et des installations électriques, et à faire connaitre leur opinion sur ces sujets.
La principale difficulté en ces matières, qui donnent lieu en général aux définitions les plus divergentes d’une compagnie à l’autre, en raison des particularités de leur exploitation, et de concilier ces exigences très légitimes avec le souci d’économie qui devrait faire préférer dans chaque cas, la conception d’un aménagement de base acceptable par toutes les compagnies.
L’intérêt d’une telle solution a été vivement ressenti par les compagnies aériennes qui ont formé entre elles, des groupes d’étude en vue de l’élaboration de spécifications standardisées couvrant les cas les plus délicats et les plus controversés.
Des réunions de travail ont déjà eu lieu entre ces groupes et les constructeurs, afin de préparer dans le trimestre qui vient, un examen plus général des spécifications, système par système, par un comité élargi à l’ensemble des compagnies clientes de Concorde.