Virgin Atlantic GlobalFlyer - Définition

Introduction

Virgin GlobalFlyer
Rôle	Avion de record
Constructeur	Scaled Composites
Équipage	1 pilote
Premier vol	5 mars 2004
Mise en service	28 février 2005
Retrait	17 mars 2006
Investissement	2 millions de dollar
Dimensions
Longueur	13,44 m
Envergure	34,75 m
Hauteur	4,05 m
Aire alaire	37,16 m²
Masse et capacité d'emport
Max. à vide	1,519 t
Max. au décollage	10,024 t
Max. à l’atterrissage	7,26 t
Kérosène	10 250 L
Motorisation
Moteurs	1 turboréacteur Williams FJ44-3ATW
Poussée unitaire	10,2 kN
Kérosène	10 250 L
Performances
Vitesse de croisière maximale	550,78 km/h
Autonomie	sans vent : 35 000 km
Altitude de croisière	13 716 m
Plafond	15 545 m
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Le Scaled Composites Model 311 Virgin Atlantic GlobalFlyer est un avion, conçu par l'ingénieur Burt Rutan, avec lequel Steve Fossett accomplit un tour du monde en solitaire sans escale et sans ravitaillement en 67 heures 2 minutes et 38 secondes entre le 28 février 2005 et le 3 mars 2005. La vitesse moyenne du vol de 550,78 km/h établit le nouveau record du monde de circumnavigation précédemment détenu par le Rutan Voyager en 9 jours et 3 minutes à la vitesse de 186,11 km/h.

L'avion était la propriété de Steve Fossett, sponsorisé par la compagnie aérienne de Richard Branson, Virgin Atlantic et construit par la société de Burt Rutan, la Scaled Composites.

Entre le 8 février 2006 et le 11 février 2006, Fossett réalisa avec le GlobalFlyer le plus long vol sans escale de l'histoire en parcourant 41 467 km.

Conception

La genèse de l'idée de cet avion de record remonte à un week-end organisé par Barron Hilton dans son Flying M Ranch au Nevada en 1999. Une douzaine d'invités — tous pilotes — sont présents dont Steve Fosett et Dick Rutan. Ces derniers se mettent alors à parler des plus importants records à battre dans le domaine de l'aviation. Dick fait remarquer que le tour du monde sans escale et sans ravitaillement a déjà été réalisé — par lui et Jeana Yeager en 1986 — mais signale alors à Fossett qu'il peut faire mieux en le faisant en solitaire. Il ajoute même qu'il connaît l'homme parfait pour réaliser l'appareil, son frère Burt.

Burt Rutan montre les premiers dessins d'un avion destiné à effectuer une tour du monde en solitaire à Steve Fossett aux alentours de 1999, mais celui-ci n'accepte le projet, baptisé Capricorn, qu'en décembre 2001. La fabrication de l'appareil débute en septembre 2002 après deux ans de conception pendant lesquels Burt Rutan et Jon Karkow déterminent la configuration de l'appareil. En 2003, il intéresse Richard Branson au projet qui renomme alors l'avion GlobalFlyer. Finalement, le 23 octobre 2003, Fossett et Branson annoncent leur projet de record au Science Museum de Londres, sous la bannière de la compagnie aérienne Virgin Atlantic.

L'avion doit être conçu par Burt Rutan et construit par Scaled Composites mais celui-ci trop occupé par l'Ansari X Prize, confie la conception à son meilleur ingénieur Jon Karkow ; l'aérodynamicien John Roncz est chargé de dessiner les ailes, Joe Ruddy de la structure, Chuck Coleman des systèmes et Bob Morgan du train d'atterrissage. L'appareil, doté de trois « corps » à la manière d'un trimaran, est dessiné avec l'aide de calculateurs et de logiciels afin de le doter de l'aérodynamique la plus efficiente possible et construit en matériaux composites afin de réduire au maximum sa masse à vide.

Karkow se base alors sur les règles édictées par Louis Breguet au début du XX^e siècle, qui décrètent que la distance qu'un avion peut parcourir est déterminée par trois facteurs : le rendement du moteur, la finesse de l'avion et son pourcentage de carburant embarqué. Il commence donc par choisir le moteur en tenant compte du fait que l'appareil doit évoluer à haute altitude pour éviter les turbulences et profiter des courant-jets, et voler suffisamment vite pour que le tour du monde en solitaire se déroule sur une durée suffisamment courte pour rester dans les capacités d'endurance humaines. Son choix se porte tout d'abord sur le turboréacteur Garett F109 qui est aux yeux de Jon Karkow « le plus performant des petits turboréacteurs » et « le moteur parfait pour ce type de mission ». Cependant ce moteur développé pour le jet d'entraînement Fairchild T-46 dont le programme a été abandonné, n'a été produit qu'en peu d'exemplaires et aucun n'est disponible. Il est alors équipé d'un turboréacteur à double flux Williams FJ44-3ATW consommant un carburant spécial (JP-4) dont la température de solidification est plus basse que celle du carburant utilisé par l'aviation civile.

En mai 2002, Burt Rutan envoie à Roncz la forme de base du GlobalFlyer. Malgré l'utilisation de machines et de logiciel spécialement adaptés le calcul de la taille et de la forme à donner aux ailes prend trois mois, mais au final l'appareil se voit doté d'une finesse de 37. Le troisième paramètre, le pourcentage de carburant à embarquer, est calculé à partir des deux précédents. Ainsi Karkow détermine qu'il faut que 83 % de la masse de l'avion au décollage soit du carburant. L'appareil doit donc avoir une masse à vide la plus faible possible. Pour réussir celle-ci doit être strictement inférieure à 1 619 kg. Le carburant est réparti dans 13 réservoirs placés dans les ailes et les bidons.

Pour atteindre cette masse, la structure est constituée de fibres de carbone noyées dans une matrice époxy, les ailes utilisant les fibres de carbone les plus résistantes. Ainsi le longeron principal ne pèse que 263 kg. Les ailes et le fuselage comporte le minimum de nervures possible les efforts étant principalement repris par la peau. Celle-ci est constituée d'un sandwich fibre de carbone/époxy sur une âme nid d'abeille en aramide, d'une épaisseur de 12,7 mm pour les ailes et 9,5 mm pour le fuselage. Aucune mesure n'est épargnée pour réduire la masse de l'avion, ainsi même les marges de sécurité sont réduites, il ne pourra donc pas encaisser de facteur de charge supérieur à 3 g à pleine charge. Dans la même optique de réduction de masse, les surfaces de contrôle ne sont constituées que de deux plis de fibres de carbone au lieu de quatre et les nervures sont remplacées par des renforts en mousse. Les ailerons sont par ailleurs divisés en six parties pour éviter qu'ils ne se bloquent lorsque l'avion est à pleine charge. Au final le seul élément métallique de l'avion, à l'exception du moteur et de l'avionique, est le train d'atterrissage en aluminium. La peinture et le primaire appliqués sur l'appareil pour le protéger des rayons ultraviolets sont appliqués en couche très fine (0,06 mm) ne pesant que 10,4 kg.

Le cockpit est pressurisé — condition indispensable pour voler à haute altitude — et sa longueur est réduite au minimum, ne faisant que 2,1 m. Il est en outre équipé d'un pilote automatique chargé de maintenir l'altitude et la vitesse et de suivre un cap. Les contrôles de vol sont actionnés mécaniquement et compensés électriquement. Son train d'atterrissage sort par gravité et se rétracte grâce à un système pneumatique. L'appareil est dépourvu de système de dégivrage, de système de détection et d'extinction d'incendie ni de système de secours pour descendre le train d'atterrissage, et ne supporte pas les turbulences, notamment dans la phase de montée, où il est le plus lourd, ce qui le contraint à voler dans des conditions météorologiques très strictes. Enfin, pour ralentir, le GlobalFlyer est équipé de parachutes.

L'avion est officiellement présenté à Mojave en Californie le 8 janvier 2004 par le PDG de Virgin Atlantic, Richard Branson en compagnie de Steve Fossett et Burt Rutan. L'appareil effectue son premier vol, d'une durée d'une heure et demi le 5 mars 2004 aux mains de l'ingénieur en chef Jon Karkow qui monte l'appareil à 3 650 m pour vérifier la bonne tenue de l'appareil dans les turbulences, et ainsi vérifier que la GlobalFlyer n'a pas les même défauts que le Voyager (problèmes d'instabilité et d'aéroélasticité). Il s'ensuit une batterie de tests, Jon Karkow, les pilotes d'essais et Fossett effectuent en tout 24 vols d'essais dont certains de longue durée afin de vérifier la fiabilité de l'appareil.