La gestion thermique de l’USAF SR-71 Blackbird : ingénierie pour les vitesses extrêmes

26 ans après sa retraite de l'US Air Force et 25 ans après sa retraite de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), le Lockheed SR-71 Blackbird (officieusement surnommé « Habu » pour une espèce de vipère venimeuse endémique des îles Ryukyu au Japon) est toujours l'avion à respiration aérienne le plus rapide jamais construit, avec une vitesse maximale enregistrée de Mach 3,56 (2 731,478 mph ; 4 395,887 km/h ; 2 373,59 nœuds).

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Cette vitesse extrême a également généré une chaleur extrême, comme dans des températures allant jusqu'à 1 000 degrés Fahrenheit (500 degrés Celsius) attaquant le nez et le cockpit de l'avion. Comme le dit le proverbe : « Si vous ne supportez pas la chaleur, sortez de la cuisine » (ou comme le rappeur Coolio l'a reformulé dans sa chanson de 1994).Fantastic Voyage, « Si vous ne supportez pas la chaleur, sortez votre @$$ de la cuisine/Nous en mission »). Simple Flying examine maintenant le génie de l'ingénierie qui a permis au Blackbird de résister parfaitement à la chaleur.

Le pourquoi et le pourquoi du chaud et du froid

La raison de cette chaleur extrême relève de la science fondamentale. La friction des molécules d’air entrant en collision avec les bords d’attaque de l’avion convertit leur énergie potentielle en énergie thermique, c’est-à-dire en chaleur. Ergo, plus le vol est rapide, plus l’avion sera soumis à des températures élevées.

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Mais attendez, il y a plus ! Comme si cette chaleur extrême n’était pas un défi suffisant, il y a le défi simultané de l’extrémité opposée du spectre des températures, c’est-à-dire le froid extrême. Le « Habu » volait régulièrement à 70 000 pieds (21 336 m), là où la température extérieure est de -67 degrés Fahrenheit (-55 degrés Celsius), ce qui signifie que certaines parties du warbird seront dans une chaleur extrême tandis que d’autres seront soumises à un froid extrême – on parle d’être « entre l’enfer et les hautes eaux ! »

Solution n°1 : le travail de peinture

Alors, comment le regretté Clarence « Kelly » Johnson (27 février 1910 – 21 décembre 1990) et son équipe de génies de la conception et de l’ingénierie aéronautiques de la légendaire division Skunk Works de Lockheed (aujourd’hui Lockheed Martin) ont-ils abordé ces dilemmes ?

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La première partie de la solution était ingénieusement simple (« KISS » comme dans l'acronyme militaire de « Keep It Simple. Stupid »), comme Jenny Ma deMoyenexplique dans un article de juin 2020 :

A lire aussi :U-2 Dragon Lady vs SR-71 Blackbird : comparaison des espions à haute altitude de l'USAF

Repérez la chanson d'AC/DC :

Solution n°2 : le titane

Le titane est réputé pour sa résistance aux températures élevées ainsi que pour sa légèreté par rapport à l'acier ; C'est pourquoi les ingénieurs de Skunk Works ont choisi d'assembler la cellule du Blackbird en utilisant un alliage de titane à 93 %.

C'était à la limite d'une révolution pour l'époque : la Central Intelligence Agency (CIA) a signé le contrat de production avec Lockheed en février 1960 et le Blackbird a effectué son vol inaugural le 22 décembre 1964 (avec le pilote d'essai en chef de Lockheed Skunk Works, Robert J. « Bob » Gilliland [indicatif d'appel « Dutch 51 ») aux commandes, selon leFondation historique des essais en vol) — car à l'époque, il était extrêmement rare qu'un avion soit composé d'une proportion aussi élevée de titane : l'élément était principalement relégué aux bords d'attaque des ailes et du nez.

Photo : Lockheed Martin |Wikipédia

Cependant, le titane n’était pas encore une solution ultime, car il présentait une faiblesse inhérente. Jenny Ma cite ainsi un employé de Skunk Works, vraisemblablement Ben Rich (18 juin 1925 – 5 janvier 1995 ; nom complet Benjamin Robert Rich), qui est devenu le successeur de Kelly Johnson en tant que directeur de Skunk Works :

Pour aggraver les choses, on a découvert que sur les chaînes de montage, les outils en acier normalement utilisés par les ouvriers endommageaient également le fragile matériau en titane. Dernier point mais non le moindre, le plus grand fournisseur de titane au monde à l’époque n’était autre que le principal ennemi américain de la guerre froide, l’Union des Républiques socialistes soviétiques (URSS; Союз Советских Социалистических Республик/Soyuz Sovyetskikh Sotsialisticheskikh Respublik) !

Solution #3A et 3B : les solutions dans la solution

La solution au dilemme de l’outillage était relativement simple : chaque outil des boîtes à outils des ingénieurs a été refait en titane juste pour la fabrication du SR-71.

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Quant à ce problème conflictuel de chaîne d’approvisionnement, les « écureuils secrets » du gouvernement américain ont obtenu le titane par l’intermédiaire de fausses sociétés écrans et de pays du tiers monde. Ironiquement, l’Union soviétique a fini par « parrainer » le programme qui allait permettre de surveiller son propre pays. Shades of Universal Exports Ltd. (la société écran du MI6/Secret Intelligence Service [SIS] britannique dans les romans James Bond/Agent 007 de Ian Fleming) ! C'est à propos d'un avion espion, hein ?