Thread by @Capcominfo

Il y a quelques jours, l'USAF dévoilait son futur bombardier furtif, le B-21 Raider, descendant direct du fameux B-2 Spirit. Aujourd'hui, on attaque un long #thread sur la furtivité en général, ses principes, ses utilisations, et ses vecteurs.

Stealth 101, lezgo !

1/96

Partie 1 : F-117, le Premier Fantôme

2/96

19 Décembre 1989. Le Panama termine sa première nuit aux main du général Noriega. Alors que le ciel s'apprête à s'éclaircir, les baraquements du Bataillon 2000 (région du Panamá) se prennent une énorme soufflante, gracieusement proposée par la bombe Mk84 "Hammer".

3/96

Le Panama entre dans l'histoire de la furtivité : pour la première fois, un objectif est frappé par une bombe lâchée par un "fantôme". En effet, quelques heurs plus tôt, la petite ville de Tonopah, Nevada, était réveillée (ou pas) par le décollage de 8 F-117A.

4/96

Un avion célèbre pour ses lignes peu communes. Il se fera surtout connaître 2 ans plus tard, lorsqu'ils prend part aux premières nuits de la fameuse opération Desert Storm. Bagdad se retrouve sous le feu d'un ennemi invisible, quasi sans défenses.

5/96

Et tout ça grâce à un certain Pyotr Ufimtsev, qui comme son nom l'indique n'a pas grandi en Alabama. Le petit Pyotr nait en URSS et étudiera les maths, puis se spécialisera en guerre électromag. Il finira par développer des outils très intéressants :

6/96

En particulier, il arrive à modéliser (1962) le comportement des ondes (radar notamment) en réflexion sur des boules à facettes*. Et donc, ses théories permettent de concevoir de grands objets avec de petites sections radar !

(*d'autres formes sont disponibles)

7/96

/Interlude : la section radar, ou surface équivalent radar (SER) traduit en gros la taille apparente d'un objet quand on l'observe au radar. Un gros bousin comme un B-52 a tendance à avoir une grande SER, mais en travaillant les profils et matériaux on peut la diminuer/

8/96

Donc, le copain Pyotr développe de quoi calculer la SER d'un truc à facettes sans trop de problèmes, et donc potentiellement il a de quoi faire des véhicules militaires moches, certes, mais quasi intraçables. La classe.

9/96

Et alors qu'on pourrait s'attendre à ce que l'URSS garde jalousement ces résultats... et bah non. Après 7 ans en interne, les travaux de Pyotr sont traduits, publiés à l'international et finissent, forcément, dans les mains de l'USAF.

10/96

Evidemment, la furtivité a toujours été un outil clé : durant la première guerre mondiale déjà, des essais sont menés pour rendre les fuselages transparents. D'une certaine manière, tirer (et voir) en premier c'est le nerf de la guerre. Et ne pas être vu, ça aide.

11/96

Et comme la plupart des avancées militaires, la volonté d'être discret va de paire avec son opposé : la volonté de voir l'ennemi tôt. D'où l'arrivée du radar et de ses dérivés. Et face à ce nouvel outil, un avion transparent ou des moteurs silencieux ne suffisent plus.

12/96

Il faut donc de nouveaux outils de furtivité; et c'est précisément ce que permettent les travaux du bon Ufimtsev. Et si l'URSS n'en veut pas, les US vont, eux, baser leur stratégie aérienne sur cette idée de furtivité.

13/96

/Aparté : si l'URSS n'a d'abord pas été intéressée par cette techno, ils finiront par s'y essayer avec le Su-57 par exemple. En attendant, ils ont notamment misé sur la maniabilité, ce qui nous a donné de magnifiques machines comme le Su-35./

14/96

Et donc - on reprends enfin le fil de notre exposé - l'USAF met la main sur un outil de simulation radar. Ni une ni deux, ils mettent les patrons sur le coup : la Skunk Works de Lockheed est chargé de développer un avion d'un nouveau genre : ce fameux F-117.

15/96

Cette division spéciale a déjà pondu le U-2 et le SR-71 : les ancêtres direct du F-177. En effet, l'un comme l'autre étaient censés être intouchables : le U-2 en volant plus haut, le SR-71 en allant vite. Ce qui finira par être insuffisant.

16/96

Le but du F-117, c'est de voler tranquillement en plein milieu des zones à risque, juste sous le nez des radars et missiles ennemis. L'idée n'est plus d'esquiver un potentiel missile, mais de ne pas déclencher son lancement en premier lieu.

17/96

Et on reconnaît facilement les lignes du F-117 : très anguleux, des facettes dans tous les sens... en fait, on s'approche de ce que les logiciels de l'époque peuvent analyser de plus complexe. Un peu de détails :

18/96

D'après les équations d'Ufimtsev, la solution pour ne pas être vu par un radar, c'est de ne pas lui "répondre". Ce radar envoie une onde vers l'avion cible qui, en temps normal, lui en renvoie une bonne partie; le radar peut alors interpréter ça[..

19/96

..]et donner à l'opérateur une réponse du genre "gros truc; vers nous; vite; attention".
Pour éviter ça, le F-117 adopte une forme facettée qui, dans l'idéal, ne fait jamais face au radar. Les ondes envoyées vers l'avion vont donc, en général, rebondir et repartir au pif.

20/96

///J'ai trouvé une belle analogie sur Quora : un scan radar, c'est un peu comme de regarder le ciel à travers un paquet de pailles/tubes. On a une lumière dans le dos, et on essaye de voir si qqchose réfléchit cette lumière à l'autre bout.

21/96

Si en face on a un objet quelconques ou, dans l'idéal, un miroir, on va récupérer une bonne partie de la lumière envoyée et on va vite comprendre ce qu'on regarde. Mais si cet objet est une boule disco ?

22/96

Et bien là, le flash a toutes les chances de taper un des miroir et de repartir absolument partout sauf dans le tube - évidemment, dès fois ça marche, mais c'est rare. Et bien pour les furtifs à facettes, c'est pareil : peu de chances de renvoyer une info.///

23/96

S'ajoute à ça un revêtement bien spécifique qui atténue encore plus la réflectivité du fuselage. Le radar ne reçoit donc aucune réponse ou presque, et ne "voit" pas l'avion qui lui passe pourtant juste devant les oreilles. Et un scan thermique n'aidera pas beaucoup plus :

24/96

En effet, les moteurs du F-117 sont complètement noyés dans son fuselage, et depuis le sol il est difficile de repérer sa traînée de chaleur (ce n'est pas parfait évidemment, mais c'est suffisant pour ne pas trop se préoccuper des missiles à suivi IR).

25/96

La sortie des moteurs se remarque à cette petite plaque à l'arrière, qui cache les échappements pour encore quelques centimètres. C'est un aspect qu'on retrouve sur presque tous les furtifs, on en reparlera.

26/96

Bref, une fois tout ça bien compris, Lockheed commence à plancher sur le prototype Have Blue, puis sur les premiers F-117. Les facettes ne leur facilite pas la tâche, et le maniement en pâti énormément. Au final, à part la furtivité, c'est un avion très commun :

27/96

Il n'est ni supersonique, ni particulièrement maniable, ni vraiment capable de se battre en dogfight (il n'a ni missile air-air ni canons !). Et si le CdC opérationnel est assez laxiste, juste de faire voler l'enfin pose de sacrés problèmes.

28/96

Evidement les arêtes saillantes ne sont pas ce qui se fait de plus aérodynamique, et la stabilité est impactée par un autre paramètre : la recherche du parallélisme.

29/96

Dans l'idéal, pour limiter les directions dans lesquelles les ondes radar seront renvoyées, toutes les zones visibles (dérives, bords de fuite et d'attaque...) sont si possibles alignées, ou cachées.

30/96

Sur le Have Blue, les dérives font un angle très particulier avec le fuselage, pour rester caché sur le dos de l'avion. Sur le F-117, elles finiront par sortir, mais elles suivent les lignes des ailes (qui présentent d'ailleurs une flèche impressionnante).

31/96

Avec de tels compromis fait par l'aérodynamisme, le pilotage à la main est exclu : un système de fly-by-wire (commandes numériques) est installé, et il sera même quadruplé sur le Have Blue, par sécurité. Cette instabilité se retrouve souvent, on y reviendra.

32/96

Au final, la Skunks livre un avion unique en son genre mais aussi très limité : il ne transporte que de petites charges, et ne peut que bombarder (ou observer le cas échéant). En tout cas, ni tapis de bombes, ni frappes rapides, ni dogfight. Mais ça ne va pas durer.

33/96

Partie 2 : Les Bombardiers Lourds

34/96

Face à l'utilité indéniable de ces bombardiers, l'USAF se penche sur des projets plus ambitieux : des avions capables de remplacer les tapis de bombes du B-52 Stratofortress, et de frapper aussi vite que le B-58 Hustler.

35/96

Le premier avion à naître de cette idée sera le B-1 Lancer. Cet avion devait justement concilier l'emport du B-52 et la vitesse de frappe du B-58. Son rôle serait de pénétrer les lignes adverses, de livrer un gros paquet de pétards, et de repartir à Mach 2.

36/96

Mais le B-1 devra aussi voler loin et longtemps : pour concilier ces deux éléments (encore) et décoller sur une distance acceptable, il aura cette fois besoin d'une voilure à géométrie variable (comme le F-14 et surtout le F-111 avant lui).

37/96

Cette première version (le B-1A) sera annulée, mais de ses cendres naître le B-1B : même tête, vitesse réduite, mais une signature radar apparemment divisée par 10.

38/96

Bien que le Lancer ne soit pas pour ainsi dire furtif, il profitera des avancées dans le domaine de la furtivité : lignes douces et continues, revêtement gris mat (qui n'était pas appliqué au 1A, par exemple).

39/96

Mais on peut faire mieux - et c'est là qu'arrive le B-2. Alors que les missions du B-1 se voient annulées par le contexte géopolitique, les capacités du F-117 restent intéressantes, et la même chose à grande échelle serait très intéressante.

40/96

C'est sur ce constat que se base le B-2 Spirit : un pur bombardier, lourd lent et gros, capable de tapisser une cible comme le B-52. Il vole loin, et peut emporter des bombes conventionnelles comme nucléaires.

41/96

Quelques chiffres : 50m d'envergure, 70t, 11000km de portée ou 20000km avec juste un ravitaillement en chemin. Et tout ça pour une signature radar de l'ordre du gros zoziaux.

42/96

Pour aligner de telles capacités, le B-2 adopte un design très particulier : c'est une aile volante, qui rappelle énormément les monstres de Northrop dans les années 50.

43/96

En s'affranchissant des dérives et en fusionnant les ailes et le fuselage, les ailes volantes ne présentent presque aucune aspérité. Il "suffit" ensuite de travailler les quelques angles restants et le revêtement, et le tour est joué !

44/96

Ce manque de dérives rend par contre le pilotage très compliqué, et la stabilité en prend un coup. Il faut absolument qu'un ordinateur aide aux commandes. Dans le cas du B-2, ce sont les ailerons qui se dédoublent et servent d'aérofreins pour orienter le nez du bombardier.

45/96

Pour le "ventre", le B-2 présente des courbes douces similaires à celles du B-1 par exemple. Le revêtement y ressemble également. Reste à traiter les angles du bord d'attaque et du bord de fuite.

46/96

Ou plutôt, des bords de fuite : l'arrière du B-2 est découpé en dents de scies. Chaque section du bord de fuite est parallèle à un des bords d'attaque. On retrouve le parallélisme du F-117 :

47/96

Les lignes du bord de fuite sont toutes parallèles à un des bords d'attaque, et comme pour le F-117, l'idée est de facilement prédire et maîtriser les ricochets radars.

48/96

Et après plus de 30 ans en vol, le B-2 aura bientôt un petit frère : le B-21 Raider, plus adaptable, plus petit, et sûrement plus discret que le Spirit. Il a été dévoilé très récemment, et on en sait encore très peu. Mais ça vaut le coup de s'y pencher une première fois.

49/96

Que sait-on du B-21 : déjà, sa taille. Il semble être qqchose comme 20% plus petit (35/40m d'envergure ?), et la philosophie derrière le revêtement sembler changé (le blanc, c'est audacieux). Il pourrait emporter une bonne moitié de la masse d'emport du Spirit.

50/96

Mais il a aussi quelques trucs en plus : déjà, il devrait pouvoir voler sans pilotes. Le Spirit était déjà relativement autonome, avec seulement deux personnes à la barre (contre 4 ou 5 sur les B-1 ou B-52). Il pourra maintenant voler seul...

51/96

Autre changement : ce fameux bord de fuite. Sur le B-2, ils ont manifestement été obligés de découper la queue en "W" avec un second "W", pour former ces dents de scie. Sur le B-21, il semble que l'avion est vraiment cette forme en W !

52/96

Moins de cassures, plus de surfaces pour cacher les sorties moteur... bref, plus furtif. Mêmes conclusions pour la taille réduite et le cockpit encore plus noyé dans le fuselage.

53/96

En parlant de noyade, on est entrain de perdre les moteurs ! Leur entrée d'air semble juste percée dans l'extrados, ce qui a du représenter un sacré challenge (c'état déjà le cas sur le B-2) :

54/96

C'est un problème qu'on retrouve sur beaucoup de concepts d'ailes volantes futuristes : les moteurs sont collés au fuselage. Or, dans cette configuration, le premier étage du moteur en prend plein la tête.

55/96

Pourquoi ? Et bien parce que à la proximité directe du fuselage, le flux d'air est tout sauf propre et homogène. On se heurte à la notion de couche limite : les derniers cm d'air au dessus d'un profil sont le théâtre de changements de vitesse très violents.

56/96

Et c'est logique : théoriquement, une très fine couche d'air est parfaitement immobile par rapport au fuselage. Et seulement quelques cm plus haut, l'air trace à 900km/h en croisière. La variation entre ces deux zones proches est bien violente.

57/96

Et le problème c'est que si le moteur est en partie plongé dans cette couche limite, les pâles du compresseur vont être beaucoup plus sollicitées, fatiguer plus vite, et casser plus tôt.

58/96

Imaginez qu'à chaque tour, les pâles se prennent un courant d'air qui varie entre 0 et 900km/h. Et à plusieurs milliers de tours/minute, on comprend que ça va vibrer fort - et les vibrations, c'est comme le caca des pigeons (c'est caca).

59/96

C'est pour ça qu'en général, les moteurs sont loin du fuselage et/ou des ailes. Avions de ligne et jets, F-16 ou Rafales... il y a toujours un espace ou une démarcation entre le corps et l'entrée d'air. Et ce, notamment pour éviter cette couche limite, donc.

60/96

En tout cas, si le B-21 s'avère aussi utile que le B-2, il deviendra bien vite un des grands noms de l'aviation militaire américaine.

61/96

Et qui des autres nations ? On l'a dit dans le passé les russes sont restés assez indifférents face à cette stratégie. On a vu quelques exceptions comme le SU-57, et on le verra peut-être avec le projet Tupolev PAK DA.

62/96

Ce beau bébé doit transporter 30 tonnes de bombes conventionnelle et/ou nucléaires voler pendant 30h sans pauses (en subsonique évidemment) et sur 12 000km, géré par 4 membres d'équipage.

63/96

Un projet finalement assez proche du B-21. Je ne sais pas vraiment à quel point le projet est réaliste et avancé, mais si il voit le jour il pourra peut-être rivaliser avec les productions américaines.

64/96

Un peu comme le B-52 aux US, l'antique Tu-95 pourrait être la cible de remplacement de ce PAK DA, en parallèle du Tu-160 (Code OTAN : Blackjack) qui est un proche parent du B-1 (supersonique, ailes à géométrie variable...)

65/96

Sur les rendus qu'on en a (qui valent ce qu'ils valent), on retrouve certaines caractéristiques des bombardiers furtifs américains : aile volant (malgré des ailerons qui font un peu tâche), aérofreins en guise de dérive, moteurs noyés...

66/96

Mais j'ai du mal à comprendre la proéminence du cockpit et, j'y reviens, ces winglets. Ca colle mal avec les principes de la furtivité qu'on a détaillé plus haut. Peut-être un compromis jugé suffisant, au profit de la stabilité, fiabilité, capacité...

67/96

La Chine se prête aussi à l'exercice : le mystérieux H-20, attendu avant 2030, semble tailler pour livrer 10 tonnes de pétards sur les bases américaines dans le pacifique. Il sera sûrement plus petit et moins capable que ses grands frères américains et russes.

68/96

Bien qu'on ait du mal à cerner son design final, les données semblent converger vers un simili B-2, affublé d'une dérive mobile : en V au décollage (comme un Fouga par exemple), et à plat en vol tactique, se fondant dans la forme globale pour diminuer la SER.

69/96

Et c'est à peu près tout (côté bombardiers du moins). La furtivité est un art nouveau (quoique pas tant) et difficile à maîtriser. Déjà que les bombardiers lourds sont rares, des versions furtives sont encore plus difficiles à trouver.

70/96

Partie 3 : Les Chasseurs

71/96

Oui, les chasseurs - car si la furtivité est utile à un bombardier sous couverture, elle l'est tout autant pour un chasseur. D'autant que de nos jours, beaucoup de chasseurs font des heures sup' comme bombardiers.

72/96

Le plus connu d'entre eux, c'est bien évidemment le F-22 Raptor. Conçu spécifiquement pour le dogfight, il se veut imbattable en combat rapproché. Il combine les deux grands axes de la chasse moderne : furtivité ET maniabilité.

73/96

On retrouve certaines lignes du F-117, et la parallélisme (et les couleurs) du B-2. S'ajoute à ça l'attirail nécessaire pour enchaîner des manœuvres extrêmes : tuyères orientables, gouverne de profondeur sévères comme il faut, et une structure capable de survivre aux Gs.

74/96

Ce qui se rapproche le plus du F-22, c'est évidemment le F-35... ou pas. Avant d'être le F-22, l'avion de Lockheed était le "YF-22", en phase de sélection. Et face à lui, le YF-23 de Northrop et McDonnell Douglas (mon petit favori).

75/96

Le 23 était non seulement plus rapide, mais aussi plus furtif que le 22 ! Et honnêtement, il est plus beau. Les dérives s'intègrent magnifiquement au fuselage et au bloc moteur. Et quels bloc moteur...

76/96

Malheureusement, il était aussi moins manœuvrable. Un gros désavantage pour un chasseur de dogfight.
Mais je maintiens que je le préfère au 22. Il en jette beaucoup trop.

77/96

Dernier arrivé dans la chasse américaine, le F-35 mise aussi sur la furtivité; mais contrairement au F-22, il est censé remplir à peu près toutes les mission - en plus d'être supersonique, et de se vendre à l'international (j'ai dit "censé").

78/96

Dans les faits, c'est évidemment plus compliqué que ça, mais c'est pas le sujet. Le F-35 est conçu autour de l'idée que tirer avant son adversaire, c'est mieux (avant même d'être repéré si possible).

79/96

Côté russe, c'est le SU-57 qui mise le plus sur la furtivité (pour l'instant). Comme le F-35, il c'est un avion multirôle. Il combine supersonique, manœuvrabilité et furtivité. J'ai l'impression qu'il est plus orienté bombardement, mais c'est surtout du ressenti.

80/96

Enfin, en Chine, on a le J-20 "Mighty Dragon". Une sorte de F-22 multirôle, avec des canards au lieu de la profondeur. C'est aussi un avion dit "tout temps" capable d'opérer quelles que soient les conditions (ou presque). Et, donc, un furtif.

81/96

Dans le futur, on pourrait voir arriver deux chasseurs (probablement furtifs) européens : SCAF et le Tempest. Là encore, il y a de quoi faire un thread à part entière, mais dans les deux cas on sent une envie d'optimiser la furtivité notamment en aplatissant les dérives.

82/96

Partie 4 : les Drones

83/96

En parallèle des avions "classiques", on a vu la furtivité s'installer dans le monde des drones. En particulier, tout un tas de petites ailes volantes a fait son apparition : le démonstrateur nEUROn, le BAE Taranis, Phantom Ray, le S-70, X-47, RQ-170, RQ-180...

84/96

De nombreuses puissances militaires voient en ces OVNIs de parfaites de futures plateformes ravitaillement, des ailiers, éclaireurs, peut-être bombardiers également. Un drone petit et furtif est en effet un outil de choix pour pénétrer les défenses adverses.

85/96

Autre avantages (en un sens) des drones : si ils sont impossibles à piloter et complètement instables, c'est pas trop grave. De toute façon, c'est l'ordinateur qui pilote (peut-être commandé par un humain, mais quand même). Pas besoin de cockpit non plus. De vraies crêpes.

86/96

Partie 4 : Prototypes

87/96

Avant dernier chapitre : les prototypes totalement loufoques qui ont aidé à développer les petits bijoux présentés plus haut. C'est un sacré bordel, donc j'en ai sélectionné deux particulièrement timbrés.

88/96

(Deux américains en l'occurrence. J'aurai bien aimé faire plus diversifié mais je connais déjà bien ces deux là).

89/96

D'abord, le Tacit Blue. Une brique, tout simplement. Disgracieux sous tous les angles, on se demande même comment il volait. Mal, en fait. Il volait mal. Il est parfois cité comme l'avion le plus instable de l'histoire, et visuellement ça colle pas mal.

90/96

/Aparté : j'ai tendance à croire que des avions à flèche inversé comme le X-29 ou le Su-47 sont encore plus instables/

91/96

Il semble que la Tacit Blue ait principalement servi de cible d'entraînement/développement. On retrouve beaucoup des détails présents sur les autres furtifs américains : limites anguleuses, les autres lignes douces. Tout ce qui peut être caché sur le dos l'est :

92/96

Entrée d'air, sortie du moteur... Rien ne dépasse en dessous, tout fuit vers le haut (les dérives, notamment). Et on comprends bien son surnom : "the whale" (la baleine).
Il aura notamment servi sur le programme B-2.

93/96

Deuxième exemple, beaucoup plus gracieux : le Bird of Prey (il se la pète un peu, mais faut avouer qu'il claque). Fait assez rare : le BoP stable en vol ; suffisamment pour voler sans fly-by-wire, et donc en commande directe.

94/96

Ce Bird of Prey a notamment servi à développer le drone X-45, et il semble que ce proto ait surtout servi à tester des méthodes de production et de dev.

95/96

Et voilà ! Il reste évidemment beaucoup à dire, sur la technologie du radar, sur les maths et la physique derrière... Peut-être un jour. Je vous renvoi sur ce thread de @Space_Baguette
pour continuer à lire sur le sujet. C'est tout pour moi, bonne journée !

96/96