Convair XFY-1 Pogo

Bien que désormais presque oublié, le Convair XFY-1 Pogo occupe une place de choix dans l’histoire de l’aviation puisqu’il fut le premier avion à réussir une double transition ce qui fait de lui tout simplement le premier avion à décollage et atterrissage vertical techniquement réussi ! Cet appareil fut également le seul appareil de configuration « Tail-Sitter » à réussir un tel exploit avec le Ryan X-13, les deux seuls autres « Tail-Sitter » (le XFV-1 et le C-450) ayant échoué à ce difficile exercice. L’appareil avait une configuration qui est resté unique puisque ce fut aussi le seul appareil à hélice et aile Delta. L’énorme puissance de son turbomoteur fit également du XFY-1 un des très rare appareil à hélice capable d'atteindre les 1000 km/h.

Les VTOL, et en particulier les « Tail-Sitter », ont leur origine dans les combats de la seconde guerre mondiale qui avaient montré à quel point les bases aériennes et les porte-avions pourraient être vulnérables aux attaques ennemies.

La marine américaine utilisait les porte-avions pour beaucoup de choses, y compris la défense de la flotte, mais il était impossible d'assigner un groupe aérien embarqué pour protéger chaque convoi ou pour couvrir chaque opération navale. De plus, les réductions budgétaires d'après-guerre avaient obligé la Navy à mettre à la casse bon nombre de porte-avions légers d’escorte.

En 1947, la Navy (conjointement avec l’USAF sous le nom de projet Hummingbird) conduisit des études sur la possibilité d’embarquer des intercepteurs VTOL à bord de navire d’autre type que les porte-avions. La motivation de l’USAF était liée à la conviction que les guerres futures seraient gagnées, ou perdues, dans les 24 premières heures de combat et que le gagnant serait celui qui éliminerait les terrains d’aviation de l’ennemi. Un appareil capable de se passer de terrain d’aviation serait donc un atout précieux dans ce contexte.

A partir des résultats du projet Hummingbird et du programme allemand Focke-Wulf Triebflugel, l’US Navy lança une étude plus formelle d’intercepteur VTOL en 1948. Le but était de développer un avion qui pourrait décoller et atterrir verticalement sur des destroyers, navires de débarquement, ravitailleurs et autres navires ne pouvant accueillir des appareils conventionnels.

En théorie, un intercepteur VTOL pourrait défendre le navire ou un convoi de bâtiments contre des bombardiers ou des appareils d’attaque anti-navires. Par contre, le rôle de ces appareils ne fut jamais de combattre des avions de chasse ennemis.

A la fin des années quarante, la seule formule VTOL qui paraissait réaliste était la formule « Tail Sitter ». Le principal avantage de cette formule est la simplicité puisqu’il suffit de poser l’avion sur la queue pour en faire un VTOL. Par contre, il faut une puissance énorme pour atteindre un rapport masse/puissance inférieure à 1 pour décoller et poser l’appareil en douceur.

Cependant, en 1947, les turboréacteurs disponibles avaient une poussée maximale de 3000 kgp seulement et consommaient, au décollage, plus d'un kilo de carburant par kilo de poussée. De leur coté, les moteurs à pistons les plus puissants étaient trop lourds par rapport à la puissance délivrée et ne pouvaient être envisagés sur un avion VTOL.

Ce fut le turbopropulseur, relativement simple par rapport à un moteur à piston, plus léger et plus fiable mais fournissant une puissance supérieure, qui permit de résoudre le problème comme l’avaient d’ailleurs envisagé dès le début les ingénieurs de Heinkel lors de l’étude du Wespe, un autre projet de « Tail-sitter » de la seconde guerre mondiale.

La formule « Tail-sitter » a également des défauts non négligeables comme un accès peu pratique au poste de pilotage, au moteur et aux accessoires qui imposait l'utilisation d'échelles et de plates-formes spéciales. Au niveau de la sécurité du pilote, il fallait un système d’éjection permettant au pilote d'éviter d'être projeté dans les hélices ou dans les empennages. Naturellement, le défaut le plus grave était le pilotage à reculons lors des atterrissages de l’engin qui demanderait un pilote très compétent et entraîné.

Après quatre ans d'étude, la Navy attribua des contrats à Convair et Lockheed (et rejeta les propositions de Goodyear, Martin, et Northrop) pour la conception, la construction et les essais en vol d’un intercepteur VTOL. Le 31 mars 1951, Convair obtenait un contrat pour deux XFY-1, et, le 19 avril 1951, Lockheed recevait à son tour une commande pour deux XFO-1 (premier nom du XFV-1).

En fait, un seul Lockheed XFV-1 et un seul Convair XFY-1 Pogo furent testés en vol. Le XFV-1 ne put jamais réaliser de décollage et atterrissage vertical principalement en raison du manque de puissance du turbomoteur. Par contre, l’appareil de Convair, beaucoup plus réussi que l’appareil de Lockheed et possédant un certain nombre de caractéristiques très intéressantes, réalisa avec succès de nombreux décollages et atterrissages verticaux et les transitions associées.

Le XFY-1 reposait verticalement sur quatre roues montées au bout des dérives ventrale et verticale et des saumons d’aile. Ces roues étaient montées à l’extrémité d’un amortisseur pneumatique qui se comprimait à l'atterrissage pour amortir l'impact, comme le pogostick d'un enfant, d’où le sobriquet « Pogo » donné à l’appareil. Il n'y avait aucun frein et les roues roulaient et pivotaient librement en vol.

Naturellement, les dérives et les saumons d’aile avaient une structure renforcée pour supporter la masse de la machine lors des décollages et atterrissage. Ces dérives avaient d’ailleurs une taille inhabituelle par rapport au fuselage et Convair ne pouvait pas, comme Lockheed le fit avec son XFV-1, installer un train conventionnel pour tester l’appareil avant les vols VTOL. C’est aussi la raison pour laquelle, le Convair XFY-1 reçu le premier turbomoteur bon de vol et suffisamment puissant pour soulever l’appareil à la verticale.

Convair fut un des pionniers des ailes delta (XF-92, XF2Y-1, F-102, F-106, B-58…) et pour son XFY-1, la firme avait naturellement retenu une aile similaire à celle du XF-92 alors en cours d'essai. Cette aile était dotée d'élevons de profondeur et de gauchissement tandis que les deux dérives ventrale et dorsale recevaient des gouvernails de direction classiques.

Puisque le Pogo décollait et atterrissait verticalement mais avait une attitude normale en vol, le siège du pilote pivotait de 45° pour donner une vue acceptable au pilote dans les deux régimes de vol. La canopée avait une grande taille et coulissait vers l’arrière à l’ouverture. Le cockpit était surélevé et permettait une bonne visibilité au pilote en vol conventionnel. Par contre, la visibilité à l’atterrissage était déplorable et le pilote devait piloter avec le regard en arrière.

Le poste de pilotage était équipé avec une corde de 7,6 mètres que le pilote pouvait utiliser en cas d'atterrissage vertical d’urgence loin des équipements de pistes. Bien qu’aucune arme n'aient été installés dans le prototype, deux ou quatre canons de 20 mm, ou 48 roquettes de 70 mm, devaient être installés dans les saumons d'aile.

Les XFV-1 et XFY-1 utilisaient le très puissant turbopropulseur Allison XT-40. La firme Allison avait créé le XT-40 en couplant deux turbines T-38 côte à côte et en transmettant leur puissance à deux hélices coaxiales contrarotatives (fabriquées par Curtiss-Wright) par l’intermédiaire d’une énorme boîte de vitesse. Les entrées d’air des turbopropulseurs étaient installées devant l’emplanture des ailes tandis que les sorties de gaz débouchaient à l’extrémité arrière du fuselage. Dans sa version XT-40A-6 initialement retenue, le turbopropulseur fournissait 5850 chevaux aux hélices tripales d’un diamètre de 4,8 mètres.

Contrairement à Lockheed, Convair connaissait bien le XT-40 depuis le début des années 50. Ce moteur était en effet utilisé en quatre exemplaires sur le XP5Y-1 Tradewind, un hydravion lourd de patrouille maritime puis de transport. Ce moteur avait montré une fiabilité douteuse sur cet appareil ainsi que sur les autres appareils de la Navy qui l’utilisait comme le Douglas XA2D-1 ou le North American XA2J-1.

Convair espérait cependant que les ennuis de jeunesse de ce moteur seraient réglés sur la version d’essai en vol. Cette version avait un système de lubrification spéciale permettant le fonctionnement en position verticale. Un des défauts observés pendant les essais était une importante chute de puissance quand la température ambiante augmentait. Pour cette raison, tous les essais du XFY-1 eurent lieu tôt le matin. Le système d’accouplement et de transmission, la boite de vitesse, causa également de gros soucis et devait être régulièrement entretenue pour éviter les casses.

En décembre 1953, Convair débuta les essais du XT-40 sur un banc d’essai spécial installé à Lindbergh Field, près de San Diego. Ce banc était constitué d’un fuselage avant de XFY-1 avec le moteur, les hélices et le cockpit ce qui fait dire à certain que trois prototypes de XFY-1 furent construit ce qui est évidemment faux.

En février 1954, Convair avait terminé les tests au banc du XT-40 et en mars, le moteur était installé dans la cellule puis en avril, l’appareil était transféré au Naval Air Station de Moffett Field près de Sunnyvale, en Californie, pour une série de vols entravés. Ces essais furent réalisés dans un hangar construit au début des années 30 pour loger le dirigeable USS Macon.

Le 29 avril 1954, James F. "Skeets" Coleman, un lieutenant colonel de réserve de la Navy devenu pilote d’essai chez Convair, réalisa le premier vol entravé du Pogo. Le XFY-1 était totalement nouveau et aucun autre avion de taille et de masse comparable n'avait encore décollé verticalement. Le dispositif utilisé dans le hangar de Moffett Field devait permettre de prendre en main l’appareil avec une relative sécurité pour le pilote et l’avion.

Convair avait démonté la « casserole » des hélices pour fixer un câble sur l’axe. Ce câble était relié à un système de poulie, de contrepoids et de moteur électrique permettant au Pogo d’évoluer verticalement sous le toit de 56 mètres de hauteur.

De plus, l’appareil était retenu par des câbles fixés sur les ailes et les dérives pour limiter les mouvements latéraux. Un ingénieur d’essai de Convair, Bob McGreary, contrôlait le système d’entraves et pouvait sauver la situation si Coleman perdait le contrôle de l’appareil.

Coleman réalisa plus de soixante heures de vol dans le hangar, mais c'était un travail dangereux. Les hélices contrarotatives généraient un énorme flux d'air qui devenait turbulent au contact des parois du hangar et pouvait dangereusement déstabiliser le Pogo. De nombreuses fois, Coleman appela McGreary à son secours pour que celui-ci annule un balancement incontrôlable du Pogo en jouant sur la tension des câbles.

En août 1954, il était temps de procéder aux essais en vol sans entraves. Coleman accompli ses premiers vols libres le 1er août. Il monta jusqu’à 6 mètres d’altitude pour la première tentative puis à 45 mètres pour la deuxième. Peu de temps après, le XFY-1 fut transféré au Naval Auxiliary Air Station de Brown Field en Californie pour continuer le programme d’essai en vol.

Le programme d’essai était mené de manière très prudente et Coleman réalisa plus de 70 vols en profil décollage/sustentation/atterrissage pour acquérir la maîtrise du XFY-1. Le 2 novembre 1954, Coleman réalisa finalement la première transition et vola horizontalement pendant 21 minutes et verticalement pendant 7 minutes. C’était la première transition d’un VTOL de l’histoire de l’aviation !

Deux jours plus tard, l'avion fit ses débuts publics lors d’une présentation des appareils Convair à l’US Navy. Coleman décolla et passa en vol horizontal à seulement 15 mètres du sol grâce à l’énorme puissance du moteur, à la voilure delta de grande surface et à la faible traînée du fuselage. Pour les mêmes raisons, le Pogo était aussi très rapide en vol horizontal. L'avion n'avait aucun aérofrein ou spoilers et même avec le XT-40 à puissance minimum, le XFY-1 volait à plus de 480 km/h et le AD5 d’accompagnement ne pouvait suivre le Pogo si le pilote mettait les gaz. En fait, le Pogo ne pouvait pas voler à vitesse réduite.

Le même jour et peu après la démonstration de Coleman, les dignitaires de l’US Navy purent assister à des démonstrations en vol des autres appareils de Convair comme le Tradewind et le SeaDart. Malheureusement, la démonstration du SeaDart tourna au drame avec la dislocation en vol du deuxième Seadart et la mort de son pilote, Chuck Richbourg.

Si de l’aveu même de Coleman, le décollage et le passage en vol horizontal étaient très facile il en était tout autrement pour les phases stationnaires. Mais la phase de vol la plus difficile était bien sûr l’atterrissage et les problèmes de contrôle de la vitesse compliquaient encore plus la situation. Coleman survolait la piste au raz du sol avec le moteur à puissance minimale puis tirait le manche à fond pour entamer une chandelle. La vitesse tombait brusquement et quand l’appareil avait une vitesse nulle, le pilote poussait la turbine à fond pour mettre l’appareil en sustentation verticale puis réduisait la puissance pour se poser en douceur.

Les descentes commençaient souvent à une altitude supérieure à 300 mètres. L'avion était peu stable en vol sustenté et exigeait des actions constantes sur les commandes de vol. A l’approche du sol, l’appareil était pris dans les turbulences générées par le flux d’air sur le sol et Coleman bataillait ferme avec les commandes pour garder le contrôle du Pogo. Grâce à sa grande compétence, l’énorme puissance du XT-40 et la bonne efficacité des commandes, Coleman se posa à chaque fois sans problèmes.

Un autre problème de taille pour les atterrissages était l’impossibilité pour le pilote de déterminer visuellement le taux de chute quand la descente commençait à une grande hauteur. Pour résoudre ce problème, Ryan Aeronautical Company développa un altimètre radar qui était monté dans le saumon d'aile gauche. Les signaux de l'altimètre activaient trois voyants : le vert signalait une montée stable, l'ambre signifiait que le taux de descente était normal et le rouge signalait un taux de descente supérieur à 3 mètres/seconde ce qui était bien sûr trop rapide.

Convair avait installé un siège éjectable dans le Pogo mais personne n’avait confiance dans ce matériel et le siège était toujours désarmé. Si un ennui sérieux se produisait en vol, la seule option de Coleman était d’évacuer l’appareil par ses propres moyens ce qui était plus facile avec la verrière déjà ouverte. Cependant, en cas de défaillance du moteur à basse altitude, le pilote n’aurait aucune chance de s’en tirer sans siège éjectable.

Après les vols du 4 novembre 1954 et la mort de Chuck Richbourg, le pilote d’essai de Convair BJ Long continua les essais en vol du SeaDart et ce fut John Knebel qui pris la place de second pilote du XFY-1 pour assister Coleman.

Coleman effectua encore quelques vols puis le grand jour arriva pour le nouveau pilote d’essai du XFY-1. John Knebel, guidé par radio par Coleman, pris les commandes du XFY-1 pour la première fois le 19 mai 1955. Ce jour là, il eu le plus grand mal à maîtriser l’appareil et termina le vol par un atterrissage dur.

Le film du vol (diffusé récemment sur la chaîne Planète) montre clairement que Knebel passa à deux doigts de la catastrophe en évitant de justesse de faire basculer l’appareil sur le coté. Devant ce résultat, il était évident que les nouveaux pilotes de Pogo, y compris d'éminents pilotes d'essai, devaient d’abord s’entraîner longuement sous entraves avant de tenter un vol libre.

La Navy déplaça alors l'installation de Moffett Field à Brown et deux pilotes, Charles « Chuck » Myers et John Knebel commencèrent à s'entraîner le 8 mai 1956 mais la fin du programme était proche. L’énorme boîte de vitesse avait commencé à prendre du jeu et des morceaux de métal apparaissaient dans l'huile de graissage.

Il était temps de faire une importante révision mais la Navy s'était rendu compte, que, d'une part, ni le XFV-1 ni le XFY-1 ne pouvaient être confiés à de simples pilotes d'escadrille et que, d'autre part, leurs vitesses de pointe et vitesses ascensionnelles étaient insuffisantes par rapport aux avions à réaction conventionnels.

Les stratèges de la Navy préféraient ces derniers pour équiper les porte-avions et le 1^er août 1956, la Navy annula le programme XFY-1. Coleman fit son dernier vol le 16 juin 1955 et Charles Myers et John Knebel était encore à l’entraînement à l’annulation du programme.

Coleman restera donc pour toujours le seul pilote de Pogo et recevra pour son rôle dans le succès du XFY-1, comportant une première mondiale, une récompense à la mesure de l'exploit : le Harmon Trophy 1954 succédant à Chuck Yeager ! Cette distinction internationale, considérée comme la plus prestigieuse, récompensait les pilotes responsables d’avancés considérables dans le domaine du vol.

Par exemple, Charles Lindbergh le reçu en 1927, Howard Hughes en 1938, Chuck Yeager à deux reprises, André Turcat également deux fois en 1958 et 1970 (avec le Griffon et le Concorde, cocorico !). Bien entendu, les pilotes du X-15 seront aussi distingués avec Scott Crossfield, Joe Walker, Bob White en 1960 et pour son record absolu de vitesse à Mach 6.7, William J. Knight en 1967.

Le Pogo a montré que le concept d’intercepteur VTOL de configuration « tail-sitter » était théoriquement possible mais difficile à mettre en œuvre de manière opérationnelle car il exigeait un pilote extrêmement compétent.

L‘appareil est resté à San Diego pendant plusieurs années jusqu'à ce que la Navy le transfère au Naval Air Station Norfolk en Virginie puis au National Air and Space Museum.