[F-104 Starfighter] Conception aerodynamique et qualités de vol

[FATac]

Avant d'aller plus loin, je vais poser les bornes, et notamment mes limites et celles des propos que je peux tenir : je ne suis ni pilote, ni ingénieur. Je suis passionné d'aviation, et autodidacte quant à tout ce qui touche à la mécanique de vol et aux conceptions d'appareils. Cela peut expliquer certaines conneries plus grosses que moi que je vais pouvoir dire. J'espère que "ceux qui savent", pilotes, mainteneurs ou ingénieurs civils ou militaires, en activité ou non, sauront me corriger avec indulgence et pourront m'en apprendre encore d'avantage.

Le but de ce fil est, essentiellement, de discuter autour d'un appareil en particulier : je l'ai mis dans le titre, le Starfighter. Ce fil fait suite à des propos tenus hors sujet dans le fil du Rafale, principalement ceux-ci :

- http://www.air-defense.net/forum/index.php?topic=12085.msg613785#msg613785

- http://www.air-defense.net/forum/index.php?topic=12085.msg613797#msg613797

- http://www.air-defense.net/forum/index.php?topic=12085.msg613828#msg613828

La dernière question de Scratt mérite une réponse, et le sujet Rafale mérite que l'on arrête de le polluer :

Autant pour moi ! C'est vrai qu'il ne pèse pas lourd le F-104. Bon ça lui fait quand même du plus de 500kg/m² en charge alaire. Il me semblait qu'une faible charge alaire permettait une meilleure maniabilité... C'est compensé par la taille des gouvernes ?

Je ne suis pas au top vis à vis des conséquences de la valeur de la charge ailaire. Faible ou élevée, ce que ça implique n'est pas évident pour moi.

Par contre, sur la conception du F-104, il y a de nombreux éléments que j'ai glané au fil du temps et que j'ai fini par comprendre ou admettre et qui permettent de juger sa maniabilité.

Allongement de l'aile :

L'aile du F-104 a un très faible allongement (rapport entre la "longueur" de l'aile et sa "largeur").

Cela lui donne beaucoup moins de portance qu'une aile à fort allongement comme celle d'un planeur.

Pour augmenter cette portance, il y a deux possibilités :

- prendre de l'incidence, mais cela augmente énormément la trainée

- prendre de la vitesse - cela tombe bien, à incidence égale les ailes de faible allongement trainent moins que les autres.

Cela donne donc une aile naturellement taillée pour la course, la vitesse.

Petit corolaire d'une portance moindre à basse vitesse, la prise d'incidence provoque des variations de portance moins importantes, notamment au moment du décrochage. Celui-ci est plus doux, plus progressif, sur une aile de faible allongement. L'avion commence à s'enfoncer progressivement, plutôt que de partir en abattée brutale. Ce comportement peut être influencé par d'autres paramètres (profil de l'aile ou épaisseur de celui-ci, centrage, masse, virage, etc.) mais en première approche, c'est déjà ça.

On peut aussi ajouter que l'aile trapézoïdale décroche sur toute la longueur du bord de fuite, ce qui est, à ce qu'il paraît, un comportement assez sain et prévisible ... moins vicieux que pour d'autres formes - honnêtement, à ce stade, c'est moi qui décroche ; je ne suis pas outillé pour comprendre.

Autre point, une aile à fort allongement est plus maniable en roulis. Le Starfighter, à cet égard, a un taux de roulis impressionnant pour l'époque. Juste pour voir ce que cela permet : une figure interdite (réalisé sans trucage)

Empennage :

L'empennage en T du Starfighter a quelques avantages et inconvénients sur les autres formules.

On commence par les inconvénients : un masquage des gouvernes de profondeur plus probable en cas de décrochage. Pas de bol, ça empêche de rendre la main pour rendre l'appareil contrôlable ... le décrochage profond nous guette ...

A part ça, quand tout va bien, les gouvernes de profondeur d'un empennage en T sont réputées être plus efficaces car hors du sillage des ailes.

Et comme l'avion va vite, très vite, l'augmentation de vitesse rend aussi ces gouvernes plus efficaces ... Double effet !

Enfin, un troisième facteur en augmente l'efficacité (de manière marginale, cependant) : le plan en haut de sa dérive est plus loin du Centre de Gravité que s'il était en bas de la dérive ... cela augmente le bras de levier des gouvernes, sans allonger le fuselage pour autant. Plus de bras de levier = plus d'efficacité.

Parmi les trucs qui me semblent un peu bizarre à ce sujet, on m'a dit que la dérive était plus efficace car "bordée" par le T. Une sorte d'effet winglet ... Moi, je ne suis pas convaincu car il me semblait que les winglets jouaient sur les tourbillons marginaux liés à la portance ... un plan vertical n'est que trop rarement portant pour que cela soit efficace ... mais bon ...

On m'a aussi dit, et je n'en suis pas encore convaincu, que l'empennage en T réduisait la sensibilité au décrochage en virage. Pourquoi ? Mystère, je ne maîtrise pas non plus le concept.

Dièdre négatif de l'aile :

Le dièdre inversé donne une sensibilité accrue en roulis - déjà bien boosté par l'allongement faible.

Inconvénient, c'est beaucoup moins stable, donc plus difficile à piloter sur cet axe (d'où l'installation d'une "Centrale Aerodynamique" pour assister le pilote et les systèmes). En apparté, pour savoir exactement ce que fait cette "Centrale Aerodynamique", c'est compliqué. Merci au "Torrance Herald" de Janvier 1961 ! (Page 1, en bas à droite et Page 3, sous la rubrique "Contract").

Le dièdre négatif est aussi donné pour diminuer la "stabilité spirale", la sensibilité au "roulis hollandais" et autres couplages entre mouvements de roulis et de tangage. Et cela contribue encore à augmenter la maniabilité à ce qu'il paraît.

Autres éléments de contrôle :

Les volets étaient soufflés par de l'air prélevé au compresseur, pour augmenter leur efficacité (en tangage). Efficace ... sauf en cas de panne du turbo ... source fréquente d'éjection (1/3 des accidents de F-104G allemands est consécutif à une extinction moteur ... et en entrainement au strike, en basse altitude et à grande vitesse, dans des conditions météo un peu nébuleuses, cela a largement contribué à faire du F-104 le faiseur de veuves que l'on connait).

Le F-104G avait une dérive verticale agrandie, ainsi que des volets surdimensionnés pour une meilleure manoeuvrabilité.

Le F-104S a corrigé les défauts de stabilité par une dérive ventrale. Elle a ajouté un peu de résistance au lacet, mais la marge était telle que cela n'a pas fait défaut.

Donc pour conclure et répondre à Scratt, sur la maniabilité du Starfighter :

- Elle est pourrie à basse vitesse, par construction.

- A grande vitesse, elle est bonne à très bonne en roulis, en lacet comme en tangage grace à toute une suite de choix, mais qui ont chacun un poids négatif sur d'autres éléments de performances. Un avion est toujours une suite de compromis ... et ceux-ci ne sont bons que s'ils servent à l'accomplissement de la mission, au bout du compte.

En espérant n'avoir pas débité trop de conneries, et en remerciant ceux qui ont lu jusque là et qui voudront bien commenter/corriger/complêter mon propos.

[Kiriyama]

La première victoire aérienne d'un F-104 a été le fait d'un avion taiwanais ! C'était durant la crise du Détroit en 1967, quatre F-104 ont fait face à huit MiG-19. Le major Shih-Lin Hu et le capitaine Bei-Puo Shih ont chacun abattu un MiG tandis qu'un des avions taiwanais a été perdu et le pilote jamais retrouvé. 

Le F-104 est resté en service à Taiwan jusqu'en 1998 même s'il n'effectuait plus que des missions de reconnaissance. Il a eu mauvaise presse auprès du "grand public" car beaucoup de crashes mais en réalité son taux de perte n'était pas pire que celui des F-86 Sabre et F-100 Super Sabre. Il était en revanche considéré comme difficile à entretenir et à maintenir en état de vol (moteur et cellule).

Le programme d'acquisition des F-104 était dénommé Alishan (阿里山鄉), du nom d'une montagne dans le centre de Taiwan.

Modifié le 11 décembre 2016 par Kiriyama

[clem200]

Merci pour cet instructif résumé !

Pourquoi les Allemands se sont ils mit à utiliser un intercepteur comme avion de pénétration basse altitude ?

[fool]

Et encore une fort brillante analyse de FATac  =) , rien a dire sur le sujet si ce n'est que la manoeuvre postée en video suggère que la maniabilité a basse vitesse du starfighter est loin d'être aussi mauvaise que l'on pense , sur le c** je suis  :O....comme je cherchais les vitesses caractéristiques du Starfighter histoire de baliser ça je suis tomber sur cette petite pépite : http://www.airplanedriver.net/study/f104.htm

+1 pour "l'effet winglet" sur la dérive de l'empennage en T ; si gain il y a c'est un peu sur la trainée quand la gouverne est braquée ...ça ne doit pas être très significatif Amha.

Kelly johnson le papa du F-104 a été en corée visiter les escadrons de chasse et leur a demandé ce qu'ils voulaient.

Ils voulaient un appareil qui accélère plus que les autres , qui vole plus vite et grimpe plus haut pour pouvoir décider du moment ou commençait et s'arretait le combat en sus de l'entamer en position favorable.

Le F-104 en a donné pour leur argent a pas mal d'autres appareils qui l'ont rencontré ; pas le meillieur loin de là mais pas le dernier de la classe non plus , enfin c'est ce que m'ont dit quelques cochers du 6° Stormo , 154° Gruppo que j'ai eu le plaisir de cotoyer un moment  pendant mon SN.

Edit : Alphakilo sur keypub qui semble avoir une connaissance de première main de cet avion dit que le 104 au-dessus de 400kts avait un meilleur taux de virage et un meilleur rayon que ses comtemporains , meilleurs que ceux du F-5 en dégradant moins son energie ( évalué a top-gun par des instructeurs USN et USAF , alphakilo était USAF ) connu pour être agile.

a ou en dessous de 10.000' il pouvait faire un virage soutenu a 6G a 400-430kts lui donnant l'avantage sur un F-5 en ciseaux horizontaux

[fool]

Pourquoi les Allemands se sont ils mit à utiliser un intercepteur comme avion de pénétration basse altitude ?

Peut être parce qu'il était le meilleur pour le Job ? après tout le 104 (civil)  détient le record de vitesse en basse altitude depuis 1977 a 1590 km/h

La liste de records établis par le F-104 est impréssionante , sur le sujet dont ce thread est dérivé on parlait de haute altitude a 60.000-70.000' ....le F-104 passait les 100.000 et a non officiellement volé a 120.000'

[FATac]

Pourquoi les Allemands se sont ils mit à utiliser un intercepteur comme avion de pénétration basse altitude ?

Il y a plusieurs facteurs, dans ce choix :

- La vitesse, comme l'a indiqué fool. Le strike à l'époque, c'était du "Run & Hit". Le StarFighter avec sa bombe B-28/B-43/B-61 devait passer bas, très bas, très vite à travers le rideau défensif, pour aller frapper les ponts, noeuds de communication, casernes et réserves adverses (oui, oui, à l'arme thermonucléaire pour des ponts ou des voies ferrées !). Ses courtes pattes n'étaient pas un problème. Il s'agissait de taper le front, en RFA/RDA, depuis la Belgique, les Pays-Bas, le Danemark, l'Allemagne, ... pas d'aller frapper Varsovie, Kiev ou Moscou.

- Le pognon ... Le F-104A/C est déjà, à l'époque, un échec aux USA. 300 appareils vendus, et la sortie de service se profile à court terme. Avant le F-35, avant le F-16 qui l'a précédé, le F-104 en Europe a déjà été un un "marché du siècle". Il s'est imposé par une profonde refonte de l'appareil (le G est sensiblement plus moderne et efficace que les A et C). C'est un avion taillé pour le job. Mais c'est aussi un cheval de Troie américain sur le vieux continent : les industriels locaux font les yeux doux pour récupérer de la production, du transfert technologique, et pour se redévelopper et sortir du marasme où la fin de la 2e GM les a plongé. Du coup, il y a une grosse pression sur les politiques (modernité + emploi + souveraineté). Cette pression est un peu "amortie" par des cadeaux, des séjours à gauche ou à droite, des enveloppes ... il y a un arrosage quasi systématique des décisionnaires du dossier ... Ca emporte toutes les décisions ...

- C'est aussi la démarche logique, naturelle. L'histoire de l'aviation moderne est pleine de transitions dans ce sens :

    * Tous les Mirages : le III, de la version C aux E/R, le F1 du C aux CT/CR, le 2000, de la version C aux D/N

    * F-4 Phantom II, plus en alternance de rôles qu'en versions spécifiques, mais quand même conçu comme un chasseur à la base, avant d'être bombardier

    * F-14, du Tomcat au Bombcat

    * F-15, de l'Eagle au Strike-Eagle

Il n'y a guère eu que les britanniques à avoir fait le chemin inverse avec le Tornado (F.2 / F.3) !

Ta pépite en est vraiment une, fool !

Si je comprend bien le schéma qui y est donné en plein milieu, sur les circuits hydrauliques, ça ne fait pas rêver : une défaillance moteur OU une défaillance hydraulique du circuit 2 bloque le soufflage des volets, les aérofreins et le train d'atterrissage dans leur position actuelle. Je comprends mieux pourquoi les pannes se traduisent quasi-systématiquement en éjection, surtout quand ça se passe à grande vitesse et basse altitude, ou le temps de réaction se compte en demi-secondes.

[Kiriyama]

Le F-104 a quand même eu une longévité assez exceptionnelle pour un avion si "décrié", c'est qu'il y avait une raison.

[DEFA550]

Si je comprend bien le schéma qui y est donné en plein milieu, sur les circuits hydrauliques, ça ne fait pas rêver : une défaillance moteur OU une défaillance hydraulique du circuit 2 bloque le soufflage des volets, les aérofreins et le train d'atterrissage dans leur position actuelle. Je comprends mieux pourquoi les pannes se traduisent quasi-systématiquement en éjection, surtout quand ça se passe à grande vitesse et basse altitude, ou le temps de réaction se compte en demi-secondes.

Bah de toute façon sans moteur ça ne va jamais bien loin, surtout en BA. La priorité est de récupérer rapidement un moteur fonctionnel, le reste peut attendre d'autant qu'un accumulateur hydraulique fournit une réserve d'énergie pour quelques minutes (probablement).

Quoiqu'il en soit, la génération hydraulique comme la génération électrique sont conçues pour assurer une redondance sur ce qui est critique, et une tolérance de panne sur le reste (modes dégradés). Autrement dit, il est peu probable que la perte des éléments du circuit 2 entraîne une issue dramatique comme en témoigne le fait que la plupart de ces éléments sont volontairement mis hors circuit dès que la pression descend en dessous d'un certain seuil.

[Clemor]

Je ne suis pas sur que la perte du circuit 2 n’est pas été pris en compte- du moins en partie.  ;)

En effet, si tu regardes les explications du fonctionnement des différents éléments qui sont alimentés par le circuit hydraulique 2,  on a les informations suivantes :

-Les train d’atterrissage peuvent être sorti en manuel.- j’imagine qu’il est possible de les sortir par gravité de la même manière que sur la plus part des avions – à partir d’une certaine vitesse.

-Les aérofreins reste bloqué à leur position, lors de la panne du circuit – ils sont rarement sortis en permanence.

-Si les anti-skids ne fonctionnent plus, il y a la possibilité de pouvoir utiliser la pression de l’accu pour faire fonctionner les freins sans les anti-skids. Il y a aussi un système de freinage manuel – bien expliqué dans le texte à la ligne « Manual brake ».Enfin, en cas de panne des freins, il y a un parachute frein qui peut être déployé tout seul pour fortement ralentir l’avion –  appelé « Drage chute » sur le site.

Pour moi le seul élément qui peut poser problème est le prélèvement d’air de l’Engine Air Bypass Flaps nécessaire au décollage et atterrissage, lorsque les volet sont sorti à plus de 15° - tu as l’explication dans la partie Flight Control System.  :|

C'est du moins ce que j'ai compris du fonctionnement générale de l'avion.  =)

[FATac]

Oui.

Finalement, juste après, dans la description des systèmes, ils disent que la panne de ces éléments a principalement un effet sur la longueur nécessaire au décollage et à l'atterrissage.

[Zalmox]

Je me souviens d'avoir lu il y a une éternité (où? dans une analyse émanant du Pacte de Varsovie?) à propos des accidents dont le F-104 a été sujet dans la Luftwaffe qu'il y aurait eu aussi un problème psychologique.

A savoir, les pilotes allemands seraient "psychorigides", en appliquant à la lettre le manuel, alors que les pilotes des autres nations auraient eu une tendance plus "artistique" à l'improvisation et avaient évité de se trouver dans des situations inextricables qui amenaient la perte de l'appareil!

[Skw]

Je me souviens d'avoir lu il y a une éternité (où? dans une analyse émanant du Pacte de Varsovie?) à propos des accidents dont le F-104 a été sujet dans la Luftwaffe qu'il y aurait eu aussi un problème psychologique.

A savoir, les pilotes allemands seraient "psychorigides", en appliquant à la lettre le manuel, alors que les pilotes des autres nations auraient eu une tendance plus "artistique" à l'improvisation et avaient évité de se trouver dans des situations inextricables qui amenaient la perte de l'appareil!

C'est peut-être pour cela que les Canadiens avaient des taux de pertes encore plus élevés, si mes souvenirs sont bons  :lol:

Mais à la différence de l'Allemagne, l'avion n'a jamais fait débat en ce pays  :P

[Chris.]

Les belges avaient aussi un taux de perte plus élevé:

Taux de pertes des F-104 allemands: 32%

Taux de perte des F-104 belges: 36%

[fool]

37.5% pour les Italiens qui sont plutôt connus pour être psychosouples et créatifs  O0

[Skw]

Bref, finalement, les Allemands se débrouillaient plutôt pas mal avec leurs F-104. Cela dit, il faudrait voir en détail les missions effectuées (fréquences, conditions et types) dans chacun des pays.

[Starshiy]

Bref, finalement, les Allemands se débrouillaient plutôt pas mal avec leurs F-104. Cela dit, il faudrait voir en détail les missions effectuées (fréquences, conditions et types) dans chacun des pays.

Il faudrait aussi comparer avec le taux d'attrition de l'Etendard IV notamment.

=)

[Skw]

Il faudrait aussi comparer avec le taux d'attrition de l'Etendard IV notamment.

Même s'il est vrai que l'Etendard IV montrait de sérieux problèmes/défauts, la comparaison est tout de même difficile. Car celui-ci était opérable depuis un porte-avions. Et qui plus est, il ne s'est jamais vendu à autant d'exemplaires. Enfin, l'attrition des Etendard IV est à considérer sur presque une quarantaine d'années. Les F-104 n'ont pas forcément voler aussi longtemps dans les différentes armées qui opéraient l'appareil. L'exception, ce doit être l'Aeronautica militare.

[Clemor]

Il faudrait comparer avec les US et l'armée de l'air Taiwanaise (qui les a gardé longtemps comme la indiqué Kiriyama) , voir combien ils en ont perdu.

Sinon, au vue des performances et de la conception de l'appareil (un vrai intercepteur), j'ai plutôt envie de dire que cet avion n'a peut être pas été employé dans le domaine pour lequel il a excélé et avait été conçu, à savoir le combat aérien. Faire voler un avion à plus de 1.5 mach au radada (alors qu'il est censé évoluer à haute altitude), cela ne laisse pas beaucoup de possibilité d'action en cas de panne, encore plus pour avion qui n'était pas conçu pour ça.  :|

Au finale, je ne trouve pas qu'il a tant de tare que ça ou plus q'un autre, cet avion. Je l'aime bien.  =)

[DEFA550]

Les belges avaient aussi un taux de perte plus élevé:

Je serais d'accord avec ça lorsqu'il sera démontré que l'activité totale (heures de vol) rend ces chiffres comparables.

[syntaxerror9]

J'ai un témoignage de pilote de Mirage III à propos du F-104.

L'avion ne "vire" pas. Il n'a aucune manœuvrabilité d'après lui.

Il en avait rencontré en basse altitude en Allemagne.

Ils ont fait un petit combat et le F-104 avait un rayon de virage très très  supérieur au Mirage III.

Il me disait qu'il n'avait jamais vu un avion qui tournait aussi peu.

Cela n'a rien de surprenant quand on voit le peu d'aile qu'il a.

Après, en supersonique, peut être qu'il est bon, qu'il "respire" mieux..  C'est quand même son domaine.

Si les allemands en ont craché tant c'est que chargé de bombes et bidons, sa charge alaire est élevée.

Avec sa petite aile, un virage musclé et hop 200 Kts en moins.

C'est le genre d'avion qui chargé en basse altitude demande du plein gaz pleine PC à chaque virage dés 350 Kts.

Autre chose, quand le dispositif d'aspiration de la couche limite de l'aile est en panne, la vitesse d'approche est supérieure à 300 Kts!

[clem200]

Autre chose, quand le dispositif d'aspiration de la couche limite de l'aile est en panne, la vitesse d'approche est supérieure à 300 Kts!

Autant dire qu'il faut s'éjecter je suppose. Je ne sais pas combien de kilomètre il va lui falloir pour s’arrêter.

[fool]

Autant dire qu'il faut s'éjecter je suppose. Je ne sais pas combien de kilomètre il va lui falloir pour s’arrêter.

Non mais ça doit être trèès  chaud , la piste doit te sauter au visage  :lol: ....en courte finale ça doit être moins élevé  ; Le BLC ne fonctionne qu'avec les flaps a plus de 15° et le manuel précise qu'il faut rajouter 2000' a la distance d'atterissage ( 50'=> stop) en cas d'atterissage avec les flaps sur take-off pour cause de dysfonctionnement , asymétrie etc ...

Les pistes OTAN étaient ( sont ? ) équipées de barrière ou brins d'arrêts , le F-104 a une crosse.

Par contre le fusible parachute-frein  casse a 200kts  :-[

Le F-104 a été utilisé par la NASA pour familiariser les astronautes aux grande vitesses d'approches.

[Kiriyama]

Est-ce que le F-104 peut être comparé au MiG-25 ?

[Chris.]

Non.

Le F-104 c'est 13 tonnes en charge max et environ Mach 2 en vitesse max.

Le Mig-25 c'est 36 tonnes en charge max et plus de Mach 3 en vitesse max.

[Kiriyama]

Ah oui, il pèse le triple d'un F-104 le MiG-25 ! 

Pour les F-104 taiwanais je n'ai jamais trouvé de sources sur les pertes de l'appareil. L'avion ayant été acquis sous le règne du KMT, ce genre d'information devait être cachée. Je sais juste qu'il n'avait pas bonne presse car réputé dangereux à piloter et à la base de beaucoup de crashes même si son attrition n'était pas pire que celle des F-86 et F-100.

Il était aussi difficile à entretenir et pas mal d'avions étaient cannibalisés pour servir de réserves de pièces de rechange à ceux en état de vol. L'avion a commencé à être sorti de service lors de l'arrivée des FCK-1 Ching-Kuo et des Mirages 2000-5.

Modifié le 30 janvier 2021 par Kiriyama