La NASA et son partenaire Lockheed Martin évaluent un problème de commande de vol récemment découvert avec le démonstrateur supersonique X-59 de l’agence et ont ramené l’avion à l’intérieur pour évaluation.
L’avion de démonstration dit « à flèche basse » avait auparavant été garé dans une enceinte en forme de tente appelée « stand de course » sur la piste de vol des installations de Lockheed’s Skunk Works à Palmdale, en Californie.
La NASA et Lockheed effectuaient des tests au sol sur l’avion lorsque le problème des commandes de vol est survenu.
« Il a exécuté une commande à laquelle nous ne nous attendions pas », a déclaré Jay Brandon, ingénieur en chef du X-59 de la NASA. « Nous avons arrêté ces tests… Nous avons vidé tout le carburant de l’avion et nous l’avons ramené dans la zone de production L ».
C’est dans cette zone que la division Skunk Works de Lockheed a assemblé le jet. L’entrepreneur a remporté en 2016 un contrat pour développer le X-59 dans le cadre du programme Quiet Supersonic Technology de la NASA.
Propulsé par un seul GE Aviation F414-GE-100 d’une poussée de 22 000 lb (98 kN), le X-59 présente des caractéristiques de conception destinées à réduire le bruit du bang sonique d’un avion supersonique. La NASA s’attend à ce que l’avion monopilote vole à environ Mach 1,4.
Le programme est déjà retardé, la NASA ayant initialement prévu en 2020 que l’avion vole en 2021.
Malgré le nouveau problème de contrôle de vol, la NASA affirme qu’elle s’en tient à son plan existant visant à faire décoller le X-59 cette année.
« Mais tout cela dépend de la réalisation de tous les tests intégrés (et) de notre confiance » avec les performances des systèmes de l’avion, explique Brandon.
Le problème est apparu lors des tests de « couplage structurel », qui impliquent l’évaluation de « l’élasticité aéro-servo », ajoute Brandon. L’élasticité aéro-servo fait référence à l’interaction complexe entre les structures flexibles de l’avion, les forces aérodynamiques et les systèmes de commandes de vol avancés.
« Les tests récents du système X-59 ont identifié une réponse inattendue liée aux commandes de vol, qui est maintenant en cours de résolution avant de procéder à d’autres tests du système », a déclaré Lockheed Martin Skunk Works.
Lockheed a aidé à concevoir le système de commandes de vol du X-59 et les sociétés partenaires ont fourni les composants, explique Brandon. Ni lui ni Lockheed ne nomment ces partenaires.
La NASA a déclaré en juillet que l’équipe avait déplacé le X-59 de la zone L vers le stand d’essai, où elle avait commencé les tests. Ceux-ci comprenaient des tests de « jeu libre » pour déterminer « le degré de mouvement des gouvernes » et des tests de vibrations structurelles qui impliquaient l’utilisation de « shakers… pour exciter ses différents modes de flexion », explique Brandon. Les ingénieurs ont utilisé des accéléromètres pour mesurer les vibrations, collectant ainsi des données utiles pour vérifier et améliorer les modèles.
« L’avion présente de nombreux modes (de vibrations) différents qui se produisent à différentes fréquences », notamment longitudinalement et latéralement, comme la flexion des ailes, ajoute-t-il.
Viennent ensuite les tests de couplage structurel, au cours desquels l’équipe a identifié le problème des commandes de vol.
« Nous avons terminé la première configuration des cinq configurations prévues (test de couplage structurel)… puis nous avons eu quelques problèmes avec nos ordinateurs de commandes de vol », explique Brandon. « Nous avons arrêté ces tests jusqu’à ce que le problème de l’ordinateur de commande de vol soit résolu, puis nous y reviendrons et terminerons cela plus tard. »
Interrogé sur le problème, Brandon note que les caractéristiques de conception destinées à adoucir la flèche du X-59 en font un « avion instable » par nature. Les ingénieurs ont donc doté l’avion d’un « système de commande de vol numérique à pleine autorité » – il assure la stabilité, effectuant des ajustements de commande en réponse aux « retours des capteurs de l’avion ».
« Le système de contrôle doit être là et doit fonctionner tout le temps pour… le garder sous contrôle et obtenir des qualités de vol décentes », explique Brandon.
Mais des problèmes peuvent survenir si, par exemple, le système de commandes de vol ne fait pas correctement la distinction entre les mouvements de l’ensemble de l’avion et les changements structurels comme une aile pliée. Cela peut créer des scénarios dans lesquels le système commence à « s’opposer à quelque chose qui ne se produit pas dans l’ensemble de l’avion ».
« Le X-59 fait actuellement l’objet de tests et de dépannage intégrés et motorisés pour vérifier et garantir le bon fonctionnement des systèmes et des logiciels de l’avion », a déclaré Lockheed. « Cela fait partie du développement normal d’un avion d’identifier et de résoudre tout problème lors des essais au sol avant de procéder au fonctionnement du moteur, au roulage et au vol, et de prévoir des périodes d’arrêt périodiques pour mettre en œuvre des modifications matérielles et logicielles afin de résoudre tout problème. »
Brandon de la NASA décrit le problème comme une conséquence du développement d’un avion complexe utilisant des composants provenant de divers fournisseurs. L’équipe a utilisé de nombreuses pièces disponibles dans le commerce pour le démonstrateur, notamment celles des Northrop Grumman T-38, des Boeing F-15 et F/A-18 et des Lockheed F-16.
Ces parties « doivent d’une manière ou d’une autre se tenir la main et être heureuses », dit Brandon. De plus, l’avion est si petit – mesurant 30,4 m (99,7 pieds) de long – qu’il est difficile de trouver de la place pour ces composants. « (Ce sont) les questions sur lesquelles nous travaillons, et cela nous a ramenés dans la zone L ».
La NASA a annoncé son intention de déployer cette année le X-59 avec une nouvelle couche de peinture extérieure.
Après le premier vol, Brandon s’attend à ce que l’équipe passe environ neuf mois à tester l’avion en vol, effectuant environ 60 vols. Débutera alors une période de mesure du bang sonique du X-59. Ensuite, la NASA prévoit de réaliser des enquêtes « communautaires » sur environ trois ans, qui impliqueront d’évaluer comment les personnes au sol subissent le bang supersonique du X-59.
La conception de l’avion devrait lui donner un bang sonique d’environ 75 dB lorsqu’il est entendu depuis le sol, soit à peu près l’équivalent d’un voisin fermant la portière d’une voiture, selon la NASA. À titre de comparaison, le Concorde avait un boom de 105 dB.
La NASA espère que la Federal Aviation Administration utilisera les données du programme pour mettre fin à une interdiction de 50 ans contre les vols civils supersoniques terrestres.
