Essais et évaluation du tailhook du F-35C
(the-engi-nerd.github.io)- Le F-35C, destiné aux opérations sur porte-avions CATOBAR de l’US Navy, devait s’assurer que son tailhook accroche bien le câble d’arrêt à l’appontage, mais la conception a échoué lors des premiers essais à la NAS de Lakehurst en 2011
- La position du crochet et les contraintes d’espace à l’intérieur de l’appareil étaient déjà très serrées, et un modèle de dynamique du câble qui n’a pas correctement reproduit le comportement réel du câble a aggravé l’échec
- Les pneus ont d’abord appuyé sur le câble et l’ont plaqué bas sur le pont, si bien que le crochet n’a pas réussi à l’attraper et l’a dépassé, avant de rebondir avec une accélération angulaire plus forte que prévu, endommageant même les équipements de mesure
- La refonte a conduit à un damper plus robuste, un lateral limiter amélioré, des équipements de mesure plus résistants, ainsi qu’un hook shoe en forme de scoop capable de ramasser un câble resté bas
- Lors d’un essai d’arresting décentré en 2016 avec armement externe, un problème de réglage du FLOLS a provoqué un atterrissage à taux de descente élevé, après quoi le programme a officiellement cessé le suivi des arresting décentrés et des wire-only arresting
Le F-35C et l’échec initial du tailhook
- Le F-35C est la variante du F-35 Joint Strike Fighter destinée aux porte-avions CATOBAR de l’US Navy
- CATOBAR signifie Catapult Assisted TakeOff, Barrier Assisted Recovery
- Dans ce mode d’exploitation, l’appareil est catapulté par une catapulte à vapeur ou électromagnétique, puis accroche un câble d’arrêt avec son tailhook à l’appontage
- Le crochet est rangé en vol dans une baie recouverte par une clamshell door
- Il est commandé électroniquement et actionné hydrauliquement
- La conception initiale n’a pas fonctionné comme requis lors des essais réels
- Les essais complets de carrier suitability ont commencé à l’été 2011 à la NAS de Lakehurst
- Après les essais de compatibilité avec le Jet Blast Deflector, ils sont passés aux essais de tailhook
- Tony “Brick” Wilson a observé l’essentiel des essais à Lakehurst, mais n’a jamais vu le crochet attraper le câble
Pourquoi le crochet a raté le câble
- Un technicien instrumentation avait prédit, le 6 novembre 2010, jour de l’arrivée de CF-01 à Pax, que le crochet était trop court, trop proche des roues et que la forme du hook shoe était inadaptée, ce qui provoquerait un bolter
- Le point du crochet se trouvait à un peu plus de 7 pieds du centre de l’axe du train principal
- L’espace intérieur de l’appareil était extrêmement contraint, laissant peu de marge aux concepteurs pour ajuster la configuration
- La conception était alignée sur un modèle informatique simulant le comportement du câble d’arrêt, mais les essais réels ont montré que ses prédictions étaient erronées
- Plus tard, dans le cadre des travaux de vérification et validation (V&V) de la simulation F-35, il a entendu dire que le modèle de dynamique du câble fourni par la Navy n’avait pas été correctement validé, sans pouvoir l’affirmer avec certitude
- Au final, ce modèle a conduit à une conception qui ne fonctionnait pas
Le comportement réel du câble révélé par les essais
- Lors d’un appontage avec arresting, les pneus du train principal ou du train avant touchent d’abord le câble
- Cet impact crée une onde dans le câble
- L’onde se déplace à partir du pneu dans la direction opposée
- Pendant que l’avion continue d’avancer, l’onde se propage dans les deux directions et le câble reste globalement plaqué à plat sur le pont
- Le modèle prévoyait qu’à l’étape suivante le câble rebondirait au-dessus du pont
- En réalité, le câble est resté bas et le crochet est passé au-dessus
- La vitesse à laquelle le crochet rebondissait vers l’appareil était si élevée que l’équipe d’essai a soupçonné une panne de l’accéléromètre du hook up-swing, mais l’équipement a été confirmé comme fonctionnel
- L’équipe d’essai de Lakehurst a répété des roll-in arrestment à vitesse progressivement réduite, sans succès
- Même les jours où les vols étaient interdits à cause de problèmes d’IPP, ils ont poursuivi les tentatives à basse vitesse
- Le crochet continuait à rebondir avec une forte accélération angulaire, endommageant les fragiles équipements de mesure du tailhook
- En août 2011, les équipes ont travaillé tard dans la nuit pour remettre en ordre le câblage endommagé et recalibrer à répétition les capteurs de position de rotation du tailhook
- Après que l’ouragan Irene s’est dirigé vers Lakehurst, l’avion est retourné à PAX, mettant fin à cette phase d’essais frustrante
Refonte et problèmes de fiabilité persistants
- La refonte du crochet est devenue inévitable
- Un hold down damper beaucoup plus robuste a été appliqué
- Un nouveau damper pour l’upstroke a été ajouté
- Le lateral limiter a été amélioré
- Des équipements de mesure capables de survivre à chaque arresting ont été installés
- Le hook shoe a lui aussi été redessiné pour mieux attraper un câble plaqué bas
- La nouvelle forme se rapprochait d’un scoop qui ramasse le câble
- Le hook profile existant était comparé en bleu, le nouveau profile en rouge et le câble d’arrêt en violet
- En 2013, le crochet a bien fini par fonctionner, mais les problèmes ne se sont pas arrêtés là
- L’ingénieur sur site avait quitté le programme F-35 pour raisons personnelles à la mi-2012 avant de revenir un peu moins de deux ans plus tard au même poste, et n’a donc pas vu directement la séquence de 2013
- Des problèmes ont ensuite persisté au niveau du bearing recevant le pitch pivot pin
- Le pin devait tenir au moins 25 arresting, mais le pin sleeve subissait parfois du galling après seulement 1 à 2 utilisations
- Le galling est une usure par friction où le matériau d’une surface se transfère à une autre lors du glissement de pièces métalliques
- Ce pin/sleeve contenait aussi un capteur de position qui indiquait directement au control room la position angulaire du crochet pendant l’essai, et les remplacements fréquents ont fortement augmenté le temps de travail sur le tailhook de CF-03
- L’ingénierie de nuit était moins centrée sur les réunions que sur le soutien aux vols, la résolution de problèmes et la vérification préalable des instruments pour les essais du lendemain
- Les mesures du tailhook, du launch bar et du landing gear de CF-03 demandaient tellement de suivi qu’une personne était souvent affectée uniquement à CF-03
- Une méthode a été mise en place pour remplacer le pitch pivot pin sans avoir à refaire la calibration du capteur de position rotatif synchro
- Une nouvelle calibration nécessitait un nouveau projet de mesure et un display check, ce qui prenait plusieurs jours
L’arresting décentré de 2016 et la fin des essais
- En 2016, CF-03 a réalisé à Lakehurst les essais de tailhook les plus exigeants
- Il s’agissait d’essais avec armement externe emporté, mais l’AIM-9X sur les stations externes d’aile a été exclu car il aurait fallu modifier la structure de l’aile
- Les objectifs d’essai incluaient des off-center arrestment
- En mai 2016, par temps couvert, ils ont tenté un arresting aussi éloigné que possible de la centerline
- L’ingénieur sur site observait les écrans d’état instrumentation, l’audio d’essai et la vidéo depuis le MITS (Mobile Instrumentation/Telemetry System), une mini salle de contrôle mobile conçue par la Navy
- Le F-35C arrive normalement à l’atterrissage avec le nez relevé d’environ 11 à 13 degrés
- Lors de cette approche, l’appareil arrivait presque à plat tout en s’enfonçant rapidement
- L’ingénieur s’attendait à entendre l’appel “WAVE OFF” de son collègue pilote qui tenait le rôle de Landing Signal Officer au sol, mais il ne l’a pas entendu
- Le F-35 a touché le sol avec ses trois roues en même temps, a rebondi sur la piste puis l’a retouchée
- Le pilote a gardé le contrôle, est reparti en vol et a annoncé à la radio : “Lightning seven three is airborne, going back around”
- L’examen des données a montré que l’atterrissage correspondait à une chute du F-35C depuis 20 pieds en termes de taux de descente
- L’appareil a touché presque parfaitement à plat, avec seulement 2 degrés d’angle d’attaque
- La cause était un mauvais réglage du FLOLS (Fresnel Lens Optical Landing System) utilisé ce jour-là
- Le pilote pensait être sur le glide slope, mais suivait en réalité une trajectoire trop raide, et le LSO s’en est rendu compte trop tard
- L’appareil a été impounded par le crew chief, et tout travail a été interdit jusqu’à l’établissement de formal inspection criteria
- Le lendemain, un e-mail est arrivé avec plus de 200 étapes d’inspection applicables aux seuls équipements de mesure
- Les autres mécaniciens et ingénieurs ont eux aussi reçu leurs propres listes d’inspection très fournies
- L’inspection a duré 3 jours et a confirmé qu’un nouveau landing gear était nécessaire
- Ce remplacement ne pouvait pas être réalisé à Lakehurst, mais l’avion pouvait encore supporter un dernier décollage et atterrissage pour retourner à PAX
- Le programme a officiellement cessé de poursuivre le suivi des off-center arrestment et des wire-only arrestment, ce qui a marqué la fin des essais du tailhook
1 commentaires
Commentaires sur Hacker News
C’est l’auteur du billet. Je ne m’attendais absolument pas à ce que cet article arrive sur HN, c’était juste un récit d’ingénierie de terrain que j’avais partagé
Entre-temps, on a eu le temps de finir le lycée, d’obtenir un diplôme, puis de se marier ; l’intervalle paraît vertigineux. Je me demande aussi comment on maintient une telle continuité sur une aussi longue période. En logiciel, dès qu’un projet dépasse 6 mois, on a l’impression qu’on l’abandonne pour tout réécrire
Ou bien toutes ces crosses sont-elles forcément conçues sur mesure pour une bonne raison ?
J’aime entendre parler de ce genre de défis d’ingénierie. Les médias aiment présenter ces itérations de conception comme une preuve que le F-35 a été survendu ou qu’il est inférieur aux chasseurs existants, mais pour moi c’est de l’innovation et de nouvelles tentatives
Même quand il y a des échecs, cela fait partie du processus qui finit par produire un avion de combat remarquable. Cela dit, il reste dommage qu’on ne vive pas dans un monde où le temps et les efforts investis là-dedans pourraient être consacrés à des choses plus pacifiques
Comme le montre bien l’article, même quelque chose d’aussi simple en apparence qu’une crosse demande un travail énorme. D’autres éléments peuvent être bien plus complexes à résoudre. Si je me souviens bien, le bloc de puissance intégré[1] du F-35 a lui aussi été à l’origine de nombreux problèmes. Mais c’est aussi ce développement qui a permis de maîtriser la masse de l’appareil et, au final, de rendre possible un chasseur STOVL supersonique comme le F-35B
Ça m’agace chaque fois que des commentateurs disent : « C’est idiot, il suffisait de faire comme ceci ! » Si c’était si simple, ça n’aurait jamais été un problème au départ
Je comprends le sentiment sur le fait d’avoir besoin de nouveaux avions de combat. Au moins, une partie de ces avancées d’ingénierie profite aussi au civil. Un bon exemple est le C-5 Galaxy : son développement a été douloureux, mais il a conduit au moteur TF-39, une innovation majeure, qui est ensuite devenu le CF6 et a propulsé pendant longtemps des avions de ligne à succès
[1] https://www.defenseadvancement.com/feature/3-aircraft-system...
Par exemple, la crosse d’origine était orientée trop vers le haut, donc elle ne pouvait pas attraper le câble. Les ingénieurs ont conçu cela à partir d’un modèle de simulation défectueux, et le personnel d’essais sur le terrain a compris immédiatement en le voyant que ça ne marcherait pas. J’ai même montré la photo à mon partenaire, qui n’est pas ingénieur, et sa première réaction a été : « L’orientation n’est pas la bonne »
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
On peut y voir la conception d’origine (en bleu) et la conception modifiée (en rouge)
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
Je me demande ce que signifie exactement « le programme a officiellement décidé de ne plus suivre les appontages décentrés et les appontages “wire only” »
Est-ce que cela veut dire que le F-35C doit atterrir presque parfaitement sur l’axe pour pouvoir accrocher correctement ? Et qu’est-ce que « wire only » signifie ? Les appontages arrêtés sur porte-avions ne se font-ils pas tous uniquement avec des câbles ?
En général, l’une des façons de faire consistait à tenter un appontage très décalé par rapport à l’axe central. Dans ce cas, la force de freinage s’exerce beaucoup plus d’un côté. Une autre consistait à faire en sorte que la crosse attrape le câble alors que les roues de l’avion étaient encore en l’air au-dessus du pont, ce qui faisait retomber l’appareil très violemment sur le pont
Après cet incident, ils ont estimé que l’objectif du plan d’essai avait été largement atteint
En plus, il y avait trop peu d’avions instrumentés capables d’effectuer ces appontages. Le programme n’en avait que deux, et l’un d’eux avait déjà été poussé jusqu’à ses limites
Je pense que tout ingénieur s’est déjà fait avoir au moins une fois à cause d’un équipement de test défectueux, et que tout ingénieur senior s’est déjà fait avoir au moins une fois pour n’avoir pas fait confiance à un équipement de test qui, lui, fonctionnait correctement
Lecture très agréable
Lecture très intéressante, et j’attends la suite avec impatience. J’ai été mécanicien sur Harrier autrefois, et pendant mon service de 2002 à 2007, on m’a très souvent dit que j’allais apprendre la maintenance du F-35B, mais bien sûr cela ne s’est jamais concrétisé.
Du coup, en tant qu’ancien mécano devenu ingénieur, j’aimerais beaucoup en entendre davantage sur le développement.
Je me reconnais dans le passage : « des ingénieurs qui font gagner du temps et de l’argent au programme par pure flemme de devoir inventer un nouveau format XML pour le projet d’instrumentation. On dirait bien que le progrès du monde se fait plus ou moins comme ça ».
J’ai travaillé dans le médical, la fintech et la publicité, et j’ai fait exactement la même chose dans les trois domaines. J’ai probablement écrit ou débogué des parseurs XML dans 20 langages jusqu’à présent juste pour éviter d’avoir à obtenir un accord sur un nouveau format.
Excellent article. À l’époque, je travaillais sur IFLOLS comme jeune ingénieur logiciel.
Après avoir quitté l’administration et travaillé dans plusieurs startups logicielles, ce type d’ingénierie du monde réel me manque.
Les nouveaux porte-avions ont de superbes catapultes électromagnétiques, alors je me demande s’il ne serait pas possible d’utiliser du freinage régénératif comme dans une voiture hybride. On pourrait recharger les accumulateurs de la catapulte et économiser beaucoup d’énergie.
Bien sûr, je plaisante.
Il y a une anecdote intéressante à propos du F-35C. Au moment de la commande et de la conception, il n’existait aucun avion capable d’acheminer un moteur de rechange vers un porte-avions, même démonté. Il ne rentrait pas dans un C-2 Greyhound, ce qui ressemble à un oubli assez étrange.
Il rentre dans la variante CMV-22B de l’Osprey, mais celle-ci est actuellement immobilisée au sol, et il me semble qu’il rentre aussi dans un CH-53K King Stallion. Mais ces appareils n’existaient pas jusqu’à récemment.
Pour corriger : je ne voulais pas dire que le C-2 ne pouvait pas transporter de moteurs de rechange en général, mais que le moteur du F-35, lui, n’y entrait pas.
D’abord, il existe des avions CTOL capables d’acheminer un moteur de rechange jusqu’à un aéronef. C’est simplement que le moteur de rechange du F-35 ne passe pas, à cause du grand diamètre des pales du ventilateur. L’US Navy utilisait autrefois le C-2 Greyhound pour ce type de mission, mais son fuselage était trop étroit et l’appareil était en cours de retrait. Il y a aussi eu des discussions pour convertir certains S-3B retirés du service en avions de livraison embarquée (COD), avec un fuselage élargi pour accueillir le F135, mais cela n’a pas abouti. https://archive.ph/20150209193642/http://www.defensenews.com...
Ensuite, de nombreux hélicoptères, y compris le Boeing Sea Knight, peuvent transporter un moteur de rechange de F-35. https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_Vertol_CH-46_Sea_Knight J’imagine que l’US Navy ne voulait pas dépendre d’hélicoptères conventionnels à cause de leur autonomie relativement courte.
Un point m’a sauté aux yeux. D’après cette description, le crochet d’appontage semblait incapable de fonctionner dans les conditions réelles dès le départ. Le blog dit que le modèle informatique utilisé par le constructeur était erroné.
Est-ce que cela veut dire que les constructeurs ne testent pas leur matériel sur le terrain ? Si oui, c’est inquiétant.