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Fr/Piloter les warbirds

From FlightGear wiki
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Traduction d'un article original en anglais de Thorsten du 9 novembre 2009

Les avions de combat de la Seconde Guerre Mondiale, surnommés en anglais « warbirds » (oiseaux de guerre), sont amusants à piloter car ils sont très manoeuvrables et rapides, mais c'est en même temps un challenge sur plusieurs aspects, ils réagissent différemment des avions modernes. L'article qui suit s'applique aux warbirds mono-moteur munis d'une roulette de queue. Pour ce qui concerne les appareils dans FlightGear, cela inclut le P-51D, le A6M2, le Spitfire IIa, le Seafire IIIc, le Bf-109 G15 ou le Fw-190 A8, mais par exemple pas les autres avions de la Seconde Guerre mondiale comme le Me-262, car c'est un avion de combat à réaction, le B-17 Flying Fortress, parce que c'est un bombardier quadrimoteur, ou le P-38 Lightning, parce que c'est un bimoteur.

Les principales difficultés dans le pilotage des warbirds proviennent des caractéristiques suivantes :

  1. ils ont un seul moteur, très puissant,
  2. ils accélèrent et décélèrent sur la piste avec la queue vers le bas et le nez relevé,
  3. il faut savoir les piloter à des vitesses très différentes.

Dans la suite de cet article, j'essaie d'exposer les défis typiques du pilotage des warbirds et les solutions que j'ai trouvé. J'ai réalisé ces tests avec les versions 0.9.10 et 1.9.1 de FlightGear. NDT : A priori, il n'y a pas de raison pour que ces solutions ne soient pas applicables aux versions plus récentes de FlightGear, telles que la 2.6.0.

Mise en garde : Je ne suis ni un pilote militaire, ni un historien de l'aviation et je ne connais pas les véritables procédures de mise en œuvre des avions historiques. Comme je n'ai jamais volé dans un warbird en-dehors des simulations, j'ignore dans quelle mesure les procédures exposées ci-après fonctionneraient dans la vraie vie, et jusqu'à quel point elles s'appuient sur les bizarreries de la simulation. Mais si vous voulez simplement faire décoller un warbird dans FlightGear et le ramener à terre, vous devriez trouver une utilité à ce texte.

Décollage

Essayer de faire décoller un warbird de la même manière qu'un avion moderne se termine généralement en désastre. Si vous lâchez les freins, mettez les gaz à fond et attendez que l'avion atteigne sa vitesse de décollage, voici ce qui va vous arriver : à un moment donné, la queue se soulève, le nez s'abaisse et la piste devient visible. Après quelques instants l'avion commence à tourner violemment, devient incontrôlable, quitte la piste et peut finir par s'écraser.

La raison de ce comportement est une combinaison des effets aérodynamiques qui se produisent sur les avions à propulsion mono-moteur : le souffle de l'hélice, son couple et le facteur P (traction asymétrique) : Voir les détails dans l'article Understanding Propeller Torque and P-Factor. Pour faire simple, dès que la queue se soulève, elle est repoussée latéralement par le souffle de l'hélice, et dès que l'avion quitte le sol, il a tendance à prendre du roulis en raison du couple de l'hélice. C'est ce qui rend le décollage un peu délicat.

Compte tenu de ces problèmes, il existe deux stratégies de base pour décoller, l'efficacité de l'une ou l'autre dépendant de l'appareil. Il faut également noter qu'indépendamment de la manière dont vous décollez, les warbirds ne nécessitent habituellement pas de mettre les gaz à plein régime, et moins de puissance signifie aussi moins de couple et moins de souffle.

La première stratégie est de contrer le souffle de l'hélice par l'action des palonniers. Ceci nécessite des mouvements rapides et précis des palonniers et des ailerons.

Pour cela, vous devez pouvoir manœuvrer les palonniers indépendamment des ailerons. Par exemple, si vous utilisez la souris comme périphérique de commande, vous emploierez généralement l'option --enable-auto-coordination qui permet de manoeuvrer les palonniers de manière combinée avec les ailerons, ce qui est précisément le besoin lors de conditions normales de vol. Malgré tout, il est possible de contrôler les palonniers directement en déplaçant la souris à gauche ou à droite tout en maintenant enfoncé le bouton gauche, et c'est ce qu'il faut faire ici. Le contrôle par le clavier pourrait être une autre possibilité, mais ne semble pas suffisamment rapide ni précis. Un joystick, ainsi que des pédales pour les palonniers comme dans un véritable avion, sont de toute évidence mieux adaptés, mais il est possible de faire décoller les warbirds en utilisant seulement la souris, bien que pas toujours de la manière la plus élégante...

L'idée est d'anticiper les mouvements de l'appareil : Dès que la queue se soulève, agissez sur les palonniers avec un mouvement modéré pour contrer le déplacement latéral de la queue. Ceci demande un peu d'entraînement. Si c'est réalisé correctement, l'avion continue le long de la piste avec la queue soulevée, et vous pouvez accélérer un peu plus avant de tirer doucement sur le manche pour décoller (sinon, vous allez ramener la queue vers la piste et la cogner sur le sol). Dès que les roues avant quittent le sol, le couple va induire une tendance au roulis, mais une fois dans les airs ceci peut être contré avec les ailerons, y compris avec la souris en mode auto-coordination ; le contrage du roulis vous déplacera juste un peu de l'axe de la piste, ce qui peut être aisément corrigé.

Le plus grave problème est que l'appareil peut tourner latéralement puis commencer à prendre du roulis en ayant encore l'une des roues avant au sol. Typiquement, cela indique que vous avez attendu trop longtemps pour tirer sur le manche (si l'avion est capable de soulever une roue avant et de tourner autour de l'autre, il est aussi capable de soulever les deux). Ce comportement ne peut pas être contré avec la souris en mode auto-coordination, car il nécessite un contrôle indépendant des palonniers et des ailerons en même temps. Pour les avions qui réagissent de cette manière, une stratégie différente de décollage fonctionne souvent.

La seconde stratégie est de maintenir la roulette de queue au sol le plus longtemps possible, car tant qu'elle est au sol, la queue ne peut pas se balancer latéralement, et plus l'avion se déplace vite, moins les effets du souffle d'hélice sont importants. Pour cela, vous devez tirer doucement sur le manche tant que vous êtes sur la piste, les gouvernes de profondeur maintiennent alors la queue vers le bas. Néanmoins, ne tirez pas sur le manche tout au long de la piste, sinon vous allez décoller et vous retrouver en vol très instable. Si vous démarrez avec les volets sortis, il est même possible que les trois roues de l'appareil quittent le sol en même temps, ce qui va donner un décollage relativement tranquille. Comme déjà mentionné, il est facile de contrer le couple une fois dans les airs. Comme le décollage intervient dans une situation instable (essentiellement due au fait que vous êtes proche du décrochage avec un fort angle d'attaque), vous devez mettre plus de gaz que pour la première stratégie indiquée, de manière à accélérer rapidement pour atteindre un vol stable après le décollage. Une fois que vous avez gagné de l'altitude, poussez un peu sur le manche pour vous placer dans des conditions aérodynamiques favorables avant de continuer à monter.

J'utilise généralement la première stratégie avec P-51D, le Fw-190 A8 et le A6M2, et la seconde avec le Spitfire IIa, le Seafire IIIc et le Bf-109 G14.

Contrôle des hélices à pas variable

Typiquement, les appareils de la Seconde Guerre mondiale sont équipés d'hélices à pas variable. Pour quelques-uns d'entre eux, par exemple le P-51D, le Spitfire IIa ou le Seafire IIIc, le pilote contrôle le pas de l'hélice ; d'autres comme le Fw-190 A8 ou le Bf-109 G14 disposent d'un contrôle automatique du pas qui prend le relais à une certain point, mais sous certaines conditions le pilote doit toujours contrôler le pas. En pratique, cela signifie que le simple fait d'augmenter les gaz (PgUp) ou de les réduire (PgDn) n'augmentera ou ne réduira généralement pas la poussée comme c'est le cas sur d'autres aéronefs. La poussée qui agit sur l'appareil est en fait déterminée par une interaction entre le réglage des gaz et le réglage du pas de l'hélice (qui peut être ajusté en utilisant n et shift-n - et en général, également par le levier de pas qui se présente sous forme d'un actionneur juste à côté de la manette des gaz du côté gauche du cockpit).

La raison sous-jacente est double : premièrement, la poussée générée par l'hélice dépend de sa vitesse de déplacement d'air. Cela signifie que la même poussée peut être générée par une hélice qui déplace beaucoup d'air à chaque tour, mais tourne doucement, et par une autre hélice qui déplace la moitié moins d'air par tour, mais tourne deux fois plus vite. Le réglage du pas définit l'angle des pales de l'hélice, et par conséquent contrôle le déplacement d'air par tour. Un angle faible correspond à un faible déplacement par tour, tandis qu'un grand angle affecte un plus grand volume d'air. Toutefois, par essence, une pale d'hélice n'est rien d'autre qu'une aile, et comme une aile d'avion elle a un angle d'attaque optimal. Si le flux d'air rencontre les pales sous cet angle, l'hélice génère la poussée avec une efficacité maximale ; sous n'importe quel autre angle, l'hélice ne fonctionne pas de manière optimale. En conséquence, le réglage optimal du pas d'hélice pour un avion qui accélère sur la piste à des vitesses inférieures à 100 nœuds est différent du réglage optimal pour une vitesse de croisière de 350 noeuds, puisque le flux d'air au niveau des pales résulte d'une combinaison de la vitesse de rotation de l'hélice et de la vitesse de l'avion par rapport à l'air.

Il est possible de construire des hélices qui ajustent le pas en fonction de la vitesse de l'air - mais ceci ne prend pas en compte le second problème, plus important : le moteur. Ce que la manette des gaz commande, c'est la consommation d'énergie interne du moteur. La jauge pertinente est celle de la pression d'admission : manifold pressure (dans les appareils allemands, mesurée en ata, dans les anglais en PSI, dans les américains en inHG). La pression d'admission mesure la force agissant à l'intérieur du moteur, et cette force augmente lorsque l'on augmente les gaz. Cependant, il ne s'agit pas de la puissance en sortie du moteur. Cette quantité dépend de l'efficacité du moteur, et l'efficacité des moteurs à pistons dépend de manière cruciale de la vitesse de rotation (rpm). Ils ont une efficacité maximale dans une bande étroite (pour le P-51D, par exemple, entre 2500 et 3000 rpm) ; en-dehors de cette fenêtre, l'efficacité du moteur diminue de façon drastique. Cela signifie qu'avec un tel moteur, il ne suffit pas d'utiliser simplement un faible angle d'hélice, avec un faible déplacement d'air par tour, au lieu d'une vitesse de rotation plus rapide. Il faut plutôt choisir, pour un réglage donné des gaz, le pas d'hélice approprié de sorte que le moteur tourne à un régime optimal. Les hélices qui effectuent cette opération automatiquement sont appelées hélices à vitesse constante.

Ceci peut être observé en vol en palier avec les gaz sur une position donnée : augmenter l'angle entre les pales et le flux d'air signifie un plus grand déplacement d'air par tour, donc plus de travail de l'hélice contre la résistance de l'air, et par conséquent la baisse du régime moteur. Inversement, diminuer l'angle réduit la traînée de l'hélice à chaque tour, et donc le moteur peut atteindre un régime plus élevé.

Pour piloter l'avion, cela signifie que dans une situation de vol donnée, vous devez d'abord régler les gaz à la puissance souhaitée et contrôler la pression d'admission (par exemple, sur le P-51D, vous ne devriez pas dépasser 61 inHg inutilement) et ensuite régler le pas de l'hélice de telle sorte que le régime moteur soit dans la zone optimale. Pour chaque avion, vous devez connaître à la fois la pression d'admission d'exploitation et le régime moteur optimal.

Pour le décollage, comme l'avion est initialement au repos, l'angle optimal est plutôt faible (voir le réglage approprié dans l'aide de l'avion, ou régler l'angle au minimum en utilisant n jusqu'à ce que le levier du pas d'hélice ait atteint sa position la plus en avant). Pour l'atterrissage, on veut souvent rendre l'hélice effectivement inefficace, on peut donc augmenter l'angle jusqu'à sa valeur maximale (en utilisant shift-n). Cette action est suivie par un ralentissement audible du moteur vers son bas régime.

Mode de vol rapide ou lent

Il peut être utile de penser pour un warbird à la notion de vol rapide et vol lent (même si dans la réalité la distinction correspondante n'est pas aussi nette). En mode de vol lent, le nez de l'avion en vol en palier pointe au-dessus de l'horizon. En fait, la vue depuis le cockpit est similaire à celle que vous avez lorsque l'avion est sur la piste, c'est à dire que vous ne pouvez pas voir ce qui se trouve directement en face de vous. En mode de vol rapide, le nez de l'avion pointe vers l'horizon et la vue est bien meilleure. La différence entre les deux modes est bien sûr l'angle d'attaque (AOA, c'est l'angle sous lequel le flux d'air rencontre l'aile), ce qui correspond à un rapport différent entre la traînée et la portance.

Une transition entre ces modes doit avoir lieu après le décollage et avant l'atterrissage, et il est utile de se figurer mentalement la transition. Vous remarquerez par exemple qu'après le décollage, lorsque vous rentrez le train et les volets, l'avion peut être très long à prendre de la vitesse, même avec les gaz à fond. Cela se produit quand le pilote ne quitte jamais le mode de vol lent. Il est alors nécessaire de pousser sur le manche pour baisser le nez vers le niveau de l'horizon. L'avion répond en perdant un peu d'altitude, mais commence à accélérer rapidement à mesure que la traînée diminue et se remet bientôt à monter beaucoup plus vite qu'auparavant.

De manière similaire, pour ralentir l'avion avant l'atterrissage, il ne suffit pas de mettre les gaz au ralenti, de sortir les volets et d'abaisser le train. Le pilote doit plutôt lever le nez de l'avion, laisser celui-ci monter pour perdre de la vitesse, puis descendre avec le nez levé lorsque le mode de vol lent est atteint.

Il est très difficile de réussir une transition de mode de vol sans modification de l'altitude, donc il vaut mieux prendre en compte ce changement d'altitude et planifier le décollage et l'atterrissage en conséquence.

Atterrissage

Approche directe de l'aéroport de Half Moon Bay (KHAF) sur un P-51D : la piste n'est pas visible
Approche en courbe de l'aéroport de Half Moon Bay (KHAF) sur un Bf-109 G15 : on peut voir la piste

Faire atterrir les warbirds est aussi délicat que de les faire décoller. Les problèmes se divisent en deux groupes différents : amener l'avion au point désiré de la piste et faire ralentir l'avion.

Le premier problème est que certains avions (notamment le P-51D) ne descendent pas bien - même avec les gaz au ralenti, le train abaissé et les volets sortis, ils planent très bien et prennent seulement de la vitesse alors qu'on essaie de perdre de l'altitude. Parfois, l'on aimerait sérieusement avoir des aérofreins ou un parachute de freinage. Certains suggèrent de couper le moteur ; mais je ne le ferais pas, pour le cas d'une approche manquée. La bonne solution serait un dérapage en avant (actionner les palonniers et les ailerons l'un contre l'autre) ; mais si vous volez avec l'auto-coordination active, ceci ne peut pas être réalisé. Ainsi, pour descendre avant d'atterrir, il faut se placer en mode de vol lent, proche de la vitesse de décrochage ; à ce moment-là on descend sans prendre de vitesse, mais pour cela on a besoin de faire une approche longue. Si (comme moi) vous appréciez de voler dans les montagnes, vous n'aurez peut-être pas assez d'espace pour une approche longue ; dans ce cas vous devez descendre en spirale en faisant des cercles en mode de vol lent, jusqu'à atteindre la bonne altitude pour l'approche finale.

Le mode de vol lent a ses propres problèmes ; en approche directe, on ne peut pas voir la piste car le nez de l'avion est dans le champ de vision. Ceci peut être résolu par une approche en angle ou en courbe légère - la piste est alors toujours visible au cours de l'approche - et en alignant l'avion sur la piste seulement au dernier moment possible.

Ainsi, l'approche avec les warbirds nécessite pratiquement toujours des virages en vol lent ; cependant, l'aérodynamique en virage est différente de celle en vol rectiligne, l'appareil descend plus vite, et si vous perdez de l'altitude trop rapidement, vous devez être prêt à compenser avec les gaz (et souvenez-vous du pas d'hélice approprié !). Ne regardez pas les instruments : au moment où le cadran vous indique le bon taux de descente, il est généralement trop tard pour corriger. Vos yeux doivent être dirigés vers le sol, et estimer l'altitude et le taux de descente par rapport à la piste à partir de ce que vous voyez ! Idéalement, vous devriez vous poser sur les trois roues à la fois.

Faire toucher l'avion au bon endroit de la piste est difficile, et l'approche en courbe requiert de la pratique pour chaque appareil. Il est plus facile de s'entraîner sur une piste longue comme à KSFO que sur un petit aérodrome. Mais même si vous y parvenez, vous en êtes seulement à la moitié du chemin...

En effet, sur un avion moderne, c'est en général le moment où vous enfoncez les freins pour ralentir et utilisez un peu de palonnier pour maintenir l'avion sur la piste. Si vous actionnez les freins sur un warbird juste après vous être posé, il va tout simplement se retourner sur le nez et s'écraser ! La raison est que la force de freinage agit sur les roues avant, ce qui génère un couple qui pousse la queue vers le haut, et l'avion bascule. Ainsi, avant de pouvoir freiner, vous devez tirer le manche en arrière pour utiliser les gouvernes de profondeur de manière à pousser la queue sur le sol et contrer le couple de freinage. Toutefois, si l'avion continue de se déplacer trop vite, le fait de tirer sur le manche le fera juste repartir dans les airs pour un saut de puce.

Ceci peut être évité en "cassant" l'aérodynamique, ce que vous pouvez faire en rentrant les volets. Ainsi, la bonne séquence d'actions après l'atterrissage est de rentrer les volets et laisser l'avion perdre un peu de vitesse, tirer sur le manche, et ensuite appuyer sur les freins pour ralentir.

Tout cela devient une pagaille si vous n'êtes pas aligné sur la piste et devez utiliser les palonniers. Certains avions réagissent doucement à cela et font juste ce que vous voulez, mais d'autres non : ils commencent à prendre du roulis, de sorte que vous devez également utiliser les ailerons pour éviter d'avoir un bout d'aile qui touche la piste (encore une fois, l'auto-coordination n'est pas une bonne chose à ce stade). La meilleure solution consiste à effectuer l'approche de telle manière que vous n'ayez à faire aucune correction. En outre, ne vous inquiétez pas trop d'amener l'avion dans l'herbe : les warbirds sont des avions robustes conçus pour cela.


Opérations sur porte-avion

Approche longue rapide vers le Nimitz en Seafire IIIc

Deux des warbirds, le A6M2 et le Seafire IIIc, sont capables d'opérations sur porte-avion. Après toutes les difficultés rencontrées pour décoller et atterrir, vous pouvez vous attendre à ce que les opérations sur porte-avion soient juste affreusement difficiles ; pourtant, en fait, elles sont relativement faciles.

Lors du lancement depuis la catapulte (engagement avec shift-l, lancement avec shift-c), vous vous retrouvez dans les airs dans le temps nécessaire pour compenser le couple et le souffle d'hélice, et c'est beaucoup plus facile que de le faire sur la piste.

L'atterrissage est également beaucoup plus facile, car vous n'avez pas à vous soucier de ralentir l'avion : les brins d'arrêt le feront pour vous. Le Nimitz dispose de brins d'arrêt capables de stopper un F-14b qui atterrit avec la post-combustion à pleine puissance, donc vous n'avez même pas besoin de prendre la peine d'être très lent. Il est possible de réaliser une approche assez plane en mode de vol rapide (voir image) avec les volets sortis et le train (et la crosse d'appontage !) abaissé, mais sans maintenir le nez vers le haut. Ceci offre l'avantage que vous voyez toujours où vous allez et que, même si vous ratez les brins d'arrêt, vous allez suffisamment vite pour remonter, remettre les gaz et refaire un tour pour essayer de nouveau. Même avec une vitesse d'approche de 180 noeuds, si vous accrochez un brin d'arrêt, vous serez stoppé juste comme il faut. Si vous aimez les défis, vous pourrez essayer ensuite un porte-avions plus petit tel que le Clémenceau.