Un nouveau matériau « permettra à la prochaine génération d’avions furtifs d’être plus rapides, plus maniables et capables de voyager plus loin ».
Une « peau » résistante pour les avions de chasse
Une peau plus résistante qui présente également des caractéristiques furtives plus souhaitables permettra aux concepteurs de repenser le jet furtif, rapportent les chercheurs.
Les chasseurs et les bombardiers furtifs comptent parmi les avions les plus coûteux au monde, et ils s’appuient sur une peau en polymère absorbant les radars pour éviter d’être détectés. Mais ce polymère est si fragile que ces avions haut de gamme doivent être conçus de manière à protéger la peau, même si cela doit nuire à leurs performances en vol.
« En résumé, si nous obtenons le soutien dont nous avons besoin pour passer à l’échelle supérieure, les fabricants d’avions seront en mesure de revoir fondamentalement la conception des avions furtifs », explique Chengying « Cheryl » Xu. Xu, dont l’équipe de recherche de l’université d’État de Caroline du Nord a mis au point le matériau absorbant les radars le plus résistant.
« Le matériau que nous avons conçu est non seulement plus absorbant pour les radars, mais il permettra également à la prochaine génération d’avions furtifs d’être plus rapides, plus maniables et capables de voyager plus loin. »
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Les points chauds des avions furtifs
Les avions furtifs actuels sont recouverts de polymères absorbant les radars. Ces matériaux sont capables d’absorber 70 à 80 % de l’énergie des radars. Associés à d’autres caractéristiques de conception, ils peuvent rendre le signal radar de l’avion très faible. Bien que cela ne rende pas l’avion vraiment « invisible » aux radars, il est très difficile de le voir. Et cela donne à l’avion un avantage considérable dans les situations militaires. (C’est pourquoi les dépenses consacrées aux avions furtifs devraient augmenter).
Cependant, ces matériaux absorbant les radars ont des limites importantes.
Tout d’abord, les polymères absorbant les radars ne sont pas très robustes. L’exposition au sel, à l’humidité et aux matériaux abrasifs peut dégrader ces matériaux très rapidement, voire les décoller.
Un autre problème est que les polymères absorbant les radars se décomposent à des températures supérieures à 250 degrés Celsius (482 degrés Fahrenheit), ce qui pose deux problèmes de conception importants.
Il y a deux endroits sur un jet qui peuvent devenir particulièrement chauds. Pour les avions supersoniques, l’un de ces endroits est le bord d’attaque des ailes. Lorsque le bord d’une aile heurte l’air à grande vitesse, il génère une énorme quantité de friction. Cela peut créer des points chauds sur le bord de l’aile dépassant 250 C. Cela affecte la conception de l’aile elle-même afin de réduire la friction et les points chauds qui l’accompagnent. Cependant, ces considérations de conception affectent les performances de l’avion.
La deuxième zone de haute température se trouve à l’arrière de l’avion, car la température des gaz d’échappement des jets, même les plus froids, dépasse largement les 250 °C. Les concepteurs d’avions furtifs ont donc dû fabriquer des tuyères d’échappement exceptionnellement longues et épaisses, afin de s’assurer que la peau extérieure des tuyères ne devienne pas trop chaude pour la peau absorbant les radars. Malheureusement, la forme et le poids de ces tuyères rendent l’avion moins économe en carburant, plus lent et moins manœuvrable.
Une peau en céramique offre une solution
Pour relever cet éventail de défis impressionnants, Mme Xu et ses collaborateurs ont créé un matériau céramique qui présente un éventail tout aussi impressionnant d’attributs.
Tout d’abord, les tests en laboratoire ont montré que la céramique absorbe mieux les radars que les polymères existants, puisqu’elle est capable d’absorber 90 % ou plus de l’énergie des radars. Il est, en effet, beaucoup plus difficile pour les radars de « voir ».
En outre, le matériau est résistant à l’eau et plus dur que le sable. En d’autres termes, il peut mieux résister à des conditions difficiles.
De plus, la céramique conserve ses caractéristiques d’absorption des radars à des températures aussi élevées que 1 800 Celsius et aussi basses que -100 Celsius (3 272 et -148 Fahrenheit).
La céramique peut être appliquée à la surface de l’ensemble de l’avion, et sa combinaison de ténacité et de résistance à la température permettrait aux ingénieurs aérospatiaux de concevoir des avions qui ne sont pas limités par la fragilité des polymères utilisés par les générations précédentes de véhicules furtifs.
En fait, l’application de la « peau » en céramique est assez simple. Un précurseur de céramique liquide est pulvérisé sur la surface de l’avion. Et lorsque le précurseur liquide est exposé à l’air ambiant, il subit une série de réactions chimiques et se transforme en matériau céramique solide. « Ce processus prend un à deux jours », précise M. Xu.
Les caractéristiques du matériau ont été établies par des tests en laboratoire. Toutefois, en raison des limitations de coût, les chercheurs n’ont fabriqué et testé que des échantillons suffisamment petits pour tenir dans la main.
« Nous avons récemment obtenu un financement du Bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air qui nous permettra de produire et de tester des échantillons beaucoup plus grands, et c’est sur cela que nous travaillons actuellement », explique M. Xu. « En fin de compte, nous espérons travailler avec des partenaires industriels pour mettre cela à l’échelle et commencer à travailler sur la prochaine génération d’avions furtifs. »
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