Le , signifiant « véhicule de recherche sur les angles d'incidence élevés » , était un chasseur américain McDonnell Douglas modifié, utilisé par l'Agence aéronautique et spatiale américaine (NASA) au cours d'un programme en trois phases . visant à étudier les caractéristiques du vol contrôlé à de forts angles d'incidence, utilisant la vectorisation de la poussée, des commandes de vol modifiées et des apex frontaux motorisés.

Le programme se déroula d' à .. .. L'avion réalisa de recherches. et démontra la capacité à maintenir un vol contrôlé jusqu'à des angles d'attaque situés entre , alors que la valeur maximale initiale était de ., et la capacité à manœuvrer avec de fortes cadences en roulis à des angles d'attaque de , une performance irréalisable au-delà d'un angle de sans l'utilisation de la poussée vectorielle..

La combinaison de ces nouvelles technologies permit de procurer à un avion de chasse des capacités de manœuvre relativement sûres dans une partie du domaine de vol normalement considérée comme dangereuse. Les résultats récoltés lors du programme HARV permirent aux constructeurs aéronautiques militaires américains d'améliorer leur compréhension de la mécanique du vol aux angles d'attaques élevés, ce qui devait permettre en retour de concevoir des avions pouvant évoluer en sécurité dans des parties du domaine de vol habituellement évitées par les pilotes.

L'avion est désormais exposé au à Hampton, en Virginie, aux États-Unis.

Historique et développement

Contexte vignette|Le sélectionné en 1985 pour le programme HARV. vignette|Tests en soufflerie D'une maquette de évoluant à des angles d'incidence élevés. L'angle d'incidence est un terme aéronautique qui décrit l'angle de l'axe longitudinal d'un avion et de ses ailes par rapport à sa trajectoire. Lors de manœuvres serrées, l'avion se retrouve avec le nez fortement relevé, alors que l'avion continue sur sa trajectoire initiale, ce qui donne un angle d'incidence élevé, pouvant mener à la séparation du flux d'air sur de larges portions des ailes et des plans de contrôle (gouvernes). Ceci peut causer une augmentation de la traînée, ainsi qu'une forte perte de portance et d'efficacité des gouvernes, des phénomènes regroupés sous le terme de décrochage.

En 1985, la NASA démarra un programme de recherches pour l'étude de la mécanique du vol aux angles d'incidence élevés. Désigné HATP, pour « » . (en ), ce programme fut placé sous la responsabilité du de la NASA, à Hampton, en Virginie .. Il devait être développé en partenariat avec les centres de recherches Ames, à Moffett Field, en Californie et Lewis, à Cleveland, dans l'Ohio (désormais renommé ). En plus de diriger le projet, le Centre de recherches de Langley réalisa des tests sur maquettes en soufflerie, des études de lois de contrôle avancées et des études de dynamique des fluides par ordinateur ., ces dernières devant permettre de prédire le comportement aérodynamique d'un aéronef grâce à des calculs réalisés par de puissants ordinateurs. Désignées CFD, pour « », ces études furent également réalisées par le centre Ames. Le centre Lewis travailla sur les entrées d'air des moteurs et l'intégration de ces derniers à la cellule de l'avion, tandis que le centre Dryden effectua les recherches en vol. D'autres soutiens au programme vinrent de nombreux horizons, parmi lesquels l'Industrie, les académies, le département de la Défense des États-Unis , ainsi que d'autres participants provenant de l'OTAN. De 1990 à 1996, des conférences sur les recherches et la technologie liées aux angles d'incidence élevés se tinrent tous les deux ans au sein de la NASA.

Grâce à un important nombre de vols d'essais, le programme HATP permit à la NASA de collecter de nombreuses données permettant de valider les essais en soufflerie et les calculs réalisés par les ordinateurs. Ces résultats permirent aux ingénieurs aéronautiques de mieux comprendre de comportement des avions aux angles d'attaque élevés, ainsi que de concevoir des systèmes évolués permettant d'étendre le domaine de vol des avions de chasse récents, tels les et . La recherche sur les systèmes de poussée vectorielle fut poursuivie à Dryden avec les programmes (EFM) et (ACTIVE), menés respectivement avec les prototypes et ACTIVE..

Les objectifs principaux du programme HATP étaient de produire des outils de conception aéronautiques ayant été validés en vol, afin d'améliorer la manœuvrabilité des avions aux angles d'incidence élevés. La majeure partie des efforts furent concentrés sur des domaines de l'aérodynamique, de la propulsion, des recherches sur les lois de contrôle et la manœuvrabilité. Afin de produire des résultats fiables, le personnel affecté au projet détermina que des essais en vols à taille réelle étaient essentiels afin de corriger les erreurs inévitables rencontrées par les essais sur maquettes en soufflerie et les modélisations par ordinateur. L'avion retenu par la NASA pour ce programme fut un , considéré comme étant un appareil de production au comportement déjà exceptionnel aux angles d'attaque élevés, ce qui renforça le choix de l'Agence pour ses expériences. Portant le numéro 840, il fut reçu en et redésigné HARV, après avoir été modifié pour réaliser les missions du projet HATP.

Première phase du programme vignette|Visualisation des tourbillons d'air entourant l'appareil, à un angle d'incidence de . vignette|Au sol, test statique du système de marqueurs fumigènes permettant de visualiser l'écoulement de l'air autour de l'avion en vol. La première phase des essais débuta en et dura jusqu'en 1989. Pour cette première partie du programme, qui comprenait de recherche à bord du spécialement équipé à des angles d'incidence atteignant , aucune modification extérieure n'avait été appliquée à l'avion, mais il reçut un nombre important de capteurs et d'appareils de mesure. Le premier vol, dédié aux vérifications fonctionnelles de l'appareil, se déroula le , avec aux commandes le pilote d'essai de la NASA Einar Enevoldson. Ce vol fut suivi de trois autres vols réussis avant que l'avion ne soit confié aux pilotes d'essais « Bill » Dana et Ed Schneider, également de la NASA. Le but de cette première phase, qui n'avait jamais été réalisée auparavant, était d'obtenir de l'expérience avec les mesures aérodynamiques aux angles d'incidence élevés, ainsi que le développement des techniques à utiliser pour réaliser ces mesures en vol.

Les scientifiques du projet menèrent des études visuelles des écoulements aérodynamiques autour des différentes parties de l'avion. Afin de visualiser avec plus d'efficacité l'écoulement de l'air le long de l'appareil, celui-ci reçut près du nez un système distribuant des traceurs fumigènes à base de liquide antigel à travers des centaines de trous microscopiques situés dans le nez et sur une partie des surfaces planes de l'avion .. En vol, la fumée se combinait avec l'écoulement de l'air autour de l'avion, ce qui le rendait plus visible sur les vidéos enregistrées par les caméras. Des petits bouts de fils étaient également installés sur une grande partie de la surface de l'appareil. Après les essais, les vidéos étaient analysées pour être comparées avec les données récoltées lors des essais en soufflerie et les modélisations par ordinateur. Les données supplémentaires récoltées incluaient les valeurs de pression enregistrées par des capteurs sur autour du nez de l'avion et sur d'autres parties de l'avion, comme les entrées d'air des moteurs. Une attention particulière fut portée sur les puissants vortex qui se formaient sur l'avant et les apex aux angles d'incidence élevés, ainsi que leur rôle dans la production de phénomènes vibratoires irréguliers et importants au niveau des dérives de l'avion.

Deuxième phase du programme vignette|Les capteurs de pression installés sur les lèvres des entrées d'air des moteurs du HARV. Les vols réalisés pendant la deuxième phase du programme se focalisèrent sur l'étude des bénéfices apportés par l'utilisation de la poussée vectorielle pour l'amélioration de la manœuvrabilité et du contrôle d'un avion à des angles d'incidence élevés. En parallèle, les équipes du projet continuèrent à effectuer la corrélation des données récoltées en vol avec les résultats des simulations et des essais en soufflerie entamée lors de la première phase. La partie initiale du programme de vol de la fut achevée en .

La comprenait d'importantes modifications matérielles et logicielles appliquées à l'avion. Ce dernier reçut un système de poussée vectorielle et ses actionneurs, installés autour des tuyères des moteurs ., ainsi qu'un ordinateur de bord expérimental pour la gestion et le contrôle de ses commandes de vol. Composé de panneaux en forme de pagaies fabriqués en Inconel , les déflecteurs d'échappement du système de poussée vectorielle étaient installés autour de l'échappement de chacun des moteurs. Ils permettaient d'appliquer des forces en tangage et lacet sur la cellule de l'avion lorsque sa manœuvrabilité ne pouvait plus être assurée par les forces aérodynamiques autour des ailerons ou des gouvernes .. La partie divergente des tuyères des moteurs originaux fut retirée, afin de réduire la distance et l'effet de levier entre les panneaux déflecteurs mobiles et leurs actionneurs. Les performances subsoniques des moteurs, y-compris avec l'emploi de la postcombustion, ne furent que peu affectées par ces modifications, mais le vol supersonique fut rendu impossible. Le système de vectorisation de la poussée ajoutait une masse de à la masse totale de l'avion .. De plus, l'ajout d'un parachute de sortie de vrille, pour la sécurité, ainsi que d'un générateur de puissance de secours et d'un ballast entraîna une nouvelle prise de poids de . Le HARV embarquait également de câblages et d'autres équipements qui n'étaient pas directement associés avec le système d'orientation de la poussée.

Les vols de recherche débutèrent en , comportant l'utilisation de la poussée vectorielle pour contrôler l'avion dans des parties du domaine de vol où les plans de contrôle aérodynamiques perdaient leur efficacité. L'emploi du nouveau système donna d'excellents résultats aux angles d'incidences modérés et un niveau de contrôle acceptable jusqu'à des angles d'environ . Il permit aussi aux chercheurs de recueillir d'importantes quantités de données en maintenant des angles d'incidence élevées pendant de longues durées, ce qui aurait été impossible sans l'ajout de ce système. Les systèmes de bord modifiés employaient un ordinateur , fabriqué par à Sunnyvale, en Californie, et des lois de contrôle de vol spécialement conçues pour être adaptées aux profils des vols de recherches du programme. Celles-ci dictaient la combinaison optimale de contrôle aérodynamique et de poussée vectorielle appliqués pour donner des réponses adaptées aux demandes du pilote pendant le vol. À son niveau, le cockpit de l'avion ne présentait aucune différence avec celui d'origine du , et aucune action n'était nécessaire pour activer le nouveau système de commandes expérimental. Le système d'origine était toutefois toujours présent, comme système de secours et pour réaliser les phases de décollage et d'atterrissage.

Les vols d'expansion de l'enveloppe furent achevés en . Réalisés par les pilotes Bill Dana et Ed Schneider, du Centre Dryden, ils démontrèrent une capacité à maintenir un vol stable jusqu'à des angles d'incidence de ., alors que la valeur maximale était précédemment de . Ils permirent également de démontrer que l'avion pouvait désormais effectuer des manœuvres à haute cadence en roulis à des angles de , ce qui aurait été impossible au-delà de sans l'emploi de la poussée vectorielle.