Bell XV-15

Appareil convertible expérimental VTOL, bimoteur, à rotors basculant aux extrémités des ailes et à train d’atterrissage tricycle.

Les premières études d’appareils munis de rotors basculants permettant ainsi un décollage et un atterrissage vertical commencent dans les années 1920, un brevet est déposé par George Lehberger en 1929, mais ses études ne débouchent pas sur une fabrication en série.
Durant la seconde guerre mondiale, en 1942, l’Allemagne met au point un prototype nommé Focke-Achgelis FA-269 qui ne volera jamais.

Après le conflit, plusieurs autres prototypes voient le jour, en Europe comme aux USA.

En 1955, Bell fait voler son XV-3. Ses moteurs sont situés dans le fuselage, des arbres de transmissions permettant de faire fonctionner des rotors basculants situés aux extrémités des ailes. La plus grande difficulté, dans ce concept, est de réaliser des arbres de transmission suffisamment solides pour résister aux forces importantes dues à la distance entre les moteurs et les rotors, ainsi qu’à la puissance nécessaire pour faire voler l’appareil.

Vers la fin des années 1960, l’intérêt pour ce genre d’appareil réapparait. La NASA étudie divers projets intégrant la possibilité d’utiliser des rotors basculant. Le concept est intéressant, mais l’étude des flux d’air sur les ailes et le fuselage selon l’inclinaison des rotors est complexe.

La NASA lance un concours aux différents constructeurs américains en 1971, proposant une enveloppe d’un demi-million de Dollars pour trois mois d’étude en vue du développement d’un appareil expérimental convertible. Les entreprises Grumman Aircraft, Sikorsky Aircraft Corporation, Boeing-Vertol et Bell Helicopter y répondent et présentent leurs projets.
Le 20 octobre 1972, les deux gagnants sont désignés : le Model 222 de Boeing et le Model 301 de Bell.

Le projet Bell Model 301, comme son concurrent le Boeing-Vertol Model 222, ne possède plus des moteurs dans le fuselage, mais en bout d’ailes, résolvant ainsi les problèmes de transmission. Les ailes restant fixes, c’est les nacelles-moteur placées à leurs extrémités qui basculent, dirigeant ainsi les hélices dans le plan vertical. Pour plus de sécurité, un système de transmission plus léger passant par les ailes et allant d’un moteur à l’autre est néanmoins installé, afin de permettre de faire fonctionner les deux hélices avec un seul moteur si l’autre devait ne plus fonctionner.
La première difficulté que rencontrent les ingénieurs est celle de pouvoir faire fonctionner des moteurs aussi bien horizontalement que verticalement. Ce point est rapidement résolu : le moteur Lycoming T-53 développé pour le programme CL-84, et dont le système d’huile permet de le faire fonctionner dans ces diverses positions, est choisi.

Le 22 janvier 1973, les projets finaux des deux finalistes sont présentés.
Après de nouveaux examens, c’est finalement le Bell Model 301 qui remporte le contrat NAS2-7800 de 28 millions de Dollars pour la conception finale de l’appareil.

Si ses nacelles-moteur sont certainement plus lourdes que son concurrent, le système de transmission semble plus sûr que le Model 222 de Boeing qui ne fait basculer que les hélices, les moteurs restants à l’horizontal.
L’appellation du programme s’appelle désormais XV-15.

Les propulseurs finalement retenus par Bell sont deux Avco Lycoming LTC1K-4K, des propulseurs dérivés du T53-L-13B. Ils délivrent une puissance de 1156kW durant une dizaine de minutes au maximum pour un décollage classique et jusqu’à 1354kw durant deux minutes en cas d’urgence. Les réservoirs de carburant contiennent jusqu’à 651kg de carburant.
Les rotors sont constitués de trois pales métalliques. La vitesse de rotation en vol vertical est de 565tr/min alors qu’elle n’est que de 458 tr/min en vol horizontal. La transition entre ces deux phases de vol dure 12 secondes et l’appareil atteint la vitesse de 450km/h en moins de 30 secondes.

Si Bell est bien le gagnant du concours, c’est Rockwell International qui reçoit le contrat de construction du fuselage et des empennages en avril 1974. Pour réduire le temps de développement et les coûts, il a été décidé d’utiliser ceux du Mitsubishi Mu-2J. Le train d’atterrissage tricycle est celui du Canadair CL-84, sa structure résiste à des chutes de 3m/s à la masse au décollage. De plus, un système pneumatique de secours est monté pour permettre de sortir le train en cas de panne hydraulique.
On accède au poste de pilotage par une porte sur le côté droit de la soute. Les pilotes sont assis côte-à-côte sur des sièges éjectables Rockwell-Colombus LW-3B. Les commandes qui sont proches de celles d’un hélicoptère sont doublées, mais un seul pilote suffit pour piloter l’appareil. Le cockpit est muni de l’air conditionné et de chauffage, mais pas la soute. Cette dernière peut accueillir jusqu’à neuf passagers ou du fret, mais en général c’est du lest durant les essais en vol.
Les empennages horizontaux sont munis de petits stabilisateurs verticaux à leurs extrémités pour améliorer la stabilité et la manœuvrabilité de l’appareil avec des angles en lacets proche de 0°.
Les ailes droites ont une envergure de 9,75 mètres, avec une corde constante de 1,60 mètre. Elles ont un dièdre positif de 2° et la surface alaire est de 15,6m2. Les ailerons sont dirigés vers le bas lors des vols stationnaires. Deux réservoirs dans chaque aile contiennent un total de 830 litres. Chacun de ces réservoirs est muni d’une pompe électrique, mais en cas de panne d’une de ces pompes, la seconde est capable de pomper les deux réservoirs. En cas de panne électrique affectant toutes les pompes à essence, les pompes entrainées par les moteurs de l’appareil peuvent maintenir un débit suffisant pour maintenir l’appareil en vol.
Un second réservoir, amovible, contenant 405kg de carburant supplémentaire est ajouté dans le fuselage, portant au total de 1035kg (1360L).

Les divers composants du premier prototype sont livrés le 2 octobre 1975 à Bell Helicopter à Fort Worth pour le montage final. L’appareil est ensuite testé au sol à partir d’octobre 1976 à Arlington.

Le 3 mars 1977, une première transition simulée est un succès.

Le premier vol libre est effectué par le N702NA le 3 mai 1977, à Fort Worth.

Après les premiers tests, le prototype est envoyé au centre de recherche de la NASA de Ames, en Californie, pour des essais en soufflerie permettant de simuler différentes conditions de vol, y compris le vol horizontal à des vitesses de 330km/h, le vol vertical jusqu’à 230km/h et 150km/h en autorotation. Durant de nombreux mois, les essais sont stoppés afin de permettre diverses modifications de la soufflerie.

Il est ensuite envoyé au centre d’essai de la NASA de Dryden, sur la Base d’Edwards, dans le désert californien, où l’ensemble de l’enveloppe de vol est testé. La transition entre le vol vertical et le vol horizontal est largement étudiée.
Après ces tests, l’appareil est renvoyé à Ames pour des essais supplémentaires.
Le second prototype, le N703NA, ne fait son premier vol que le 23 avril 1979, suivit de sa première transition en vol horizontal le 24 juillet suivant. En une année, il vole durant 40 heures, confirmant le bon comportement en vol de l’appareil, y compris durant les phases de transition faites à différentes vitesses.

Le 5 décembre de la même année, une panne-moteur se produit durant les tests. Le système de transmission d’un moteur à l’autre fonctionne parfaitement et l’appareil rentre à la base sans casse.

Malheureusement, le budget ne permet pas de faire voler les deux appareils en même temps, augmentant les durées des essais. C’est à cette période que la Naval Air Systems Command participe également au financement du projet, en échange de tests afin d’étudier la possibilité d’utiliser ces appareils depuis le pont de certains navires de l’US Navy.

Dès le début des années 1980, ces appareils sont jugés suffisamment sûrs pour effectuer des présentations en vol dans les principaux meetings aériens, y compris à Paris en 1981.

En octobre 1981, le second prototype est lui aussi testé à l’Ames Research Center de la NASA, puis il est envoyé dans d’autres centres de recherches pour mesurer sa signature radar afin d’étudier la possibilité de son utilisation comme appareil de guerre électronique.
Du 2 au 5 août il effectue des essais près de San Diego, afin de vérifier la possibilité d’utiliser le XV-15 à bord de navire d’assaut amphibie de la classe Iwo-Jima. Un total de 54 décollages (dont 5 en ADAC) et atterrissages verticaux sont réalisés sur l’USS Tripoli (LPH-10).
Les prototypes sont ensuite renvoyés à Fort Worth pour subir de nombreuses modifications.

À la fin du mois d’août 1982, les deux XV-15 totalisaient déjà 289 heures de vol.

Ils sont ensuite utilisés dans un programme de recherche afin de déterminer les limites de l’enveloppe de vol de ces appareils et d’évaluer quelles pouvaient être leurs applications tant civiles que militaires.

En 1983, Département américain de la Défense demande à Bell et à Boeing-Vertol de collaborer sur le développement d’une version agrandie du XV-15 dans le cadre du programme Joint-service Vertical take-off/landing Experimental (JVX) aircraft. Ce projet donnera quelques années plus tard le V-22 Osprey.

En 1986, les deux XV-15 ont déjà effectués 1500 transitions de vol vertical/horizontal en 530 heures de vol.

En 1987, ils font des démonstrations d’éventuelles utilisations civiles dans les villes de Washington et Chicago.

À partir de novembre 1987, de nouvelles pales fabriquées en matériaux composites par Boeing Helicopters sont installées sur le deuxième prototype. Destinées par la suite à équiper le programme JVX/V-22, ces pales en fibres de carbone et Nomex effectuent une trentaine d’heures de tests durant l’année 1988.

En 1990, le XV-15 est également testé à bord du navire USS Wasp (LHD-1), afin d’évaluer ses capacités sur un navire d’assaut amphibie plus récent.

Le XV-15 N702NA est transféré chez Bell, afin d’effectuer des vols de démonstrations pour présenter le concept.
Il s’écrase durant des tests le 20 août 1992, avec un pilote d’une entreprise extérieure aux commandes, suite à un problème mécanique empêchant une des nacelle-moteur de basculer correctement. Les pilotes s’en sortent avec de légères blessures. Une aile et une nacelle-moteur sont gravement endommagées. La cellule de l’appareil est récupérée et transformée en simulateur de vol, elle avait accumulé 841 heures de vol.

Le second prototype n’est presque plus utilisé, le programme JVX étant lancé. Bell, désirant reprendre ses recherches, signe un accord avec la NASA pour continuer les recherches sur ses fonds propres. L’appareil reprend ses tests à partir de mars 1995. Les études sont surtout dirigées sur la diminution du bruit en vol, afin de faciliter son utilisation en milieu urbain.

Son cockpit est équipé de grands écrans à cristaux liquides affichant toutes les informations de vol.

Le programme s’arrêtera en septembre 2003 avec la mise à la retraite du N703NA, après plus de 1400 heures de vol et de nombreux records du monde en classe M-f (Ailes ou moteurs basculants, masse entre 6000 et 9000kg, catégorie : Non applicable, groupe : 2, Turbine).
N°1549 : Altitude en vol horizontal, 6876 m (22559 ft) le 15 mars 1990.
N°1550 : Altitude sans charge utile, 6907 m (22671 ft) le 15 mars 1990.
N°1551 : Temps de montée à une hauteur de 3000m, 4 min 24 secondes le 15 mars 1990.
N°1552 : Temps de montée à une hauteur de 6000m, 8 min 28 secondes le 15 mars 1990.
N°1553 : Vitesse sur une course connue, 456.02km/h le 6 avril 1990.
N°1554 : Altitude avec une charge de 1000kg, 6879 m (22569 ft) le 15 mars 1990.
Parmi d’autres caractéristiques de vols sont les déplacements latéraux et en arrière à une vitesse allant jusqu’à 65km/h.
Dans les « premières » réalisées par le XV-15, on peut aussi citer le pilotage par Jean Tinsley d’un des prototypes et devenant ainsi, le 23 avril 1990, la première femme à piloter un convertible.

Les V-22 Osprey et Bell/Agusta BA609 en sont les héritiers directs.

Versions :
Model 301 / XV-15 : deux prototypes.

Utilisateurs militaires :
USA : NASA

Caractéristiques :
Longueur : 12,83m
Envergure (rotors tournants) : 17,42m
Diamètres des rotors : 7,62m
Hauteur : 3,86m
Surface alaire : 15,6m2
Surface des deux rotors : 91,23m2
Masse à vide : 4574kg
Masse maximale au décollage : 6000kg

Moteurs :
Deux turbopropulseurs Avco Lycoming LTC1K-4K (T53-L-13B modifiés) de 1’156 kW (1’550 cv) chacun, avec 651kg de carburant.

Performances :
Vitesse max : 557km/h
Vitesse de décrochage avec les rotors à l’horizontal : 185km/h
Plafond opérationnel sans effet de sol : 2635m
Distance franchissable : 825km

Armement :
Sans.

Liens internet :
http://www.helis.com/70s/h_v15.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_XV-15

http://www.aviastar.org/helicopters_eng/bell_xv-15.php

http://airandspace.si.edu/collections/artifact.cfm?id=A20030180000

http://vstol.org/VSTOLWheel/BellXV-15.htm

http://www.unrealaircraft.com/gravity/bell301.php

http://history.nasa.gov/monograph17.pdf