samedi 12 janvier 2013

Morane-Saulnier 406 : Le moteur est innocent, votre honneur ! (rectifié le 19 / 09 / 2015)


La légende des moteurs dépourvus de puissance


La chasse Française en Mai-Juin 1940 a beaucoup souffert du "chasseur standard" Morane 406 qui perdait de 105 à 120 km/h en vitesse de pointe par rapport aux 560 km/h réellement obtenus par les Bf 109 E (comme par les Spitfire Mk I).


Les décideurs et les politiciens se sont défaussés de leur responsabilité en désignant à la vindicte populaire la "faible" puissance des moteurs utilisés, qui démontraient, selon eux, l’incurie de l’industrie des moteurs.

Leur discours ne résiste pas à la moindre analyse.  

Pourtant, il traîne encore aujourd’hui  en 2013, et un peu partout, des affirmations selon lesquelles la faible vitesse de pointe du Morane 406 était uniquement due à la faiblesse de son moteur. 

Mais, dans tout ce qui est la sphère du concret, il est impossible de violer les lois de la physique, ce que font depuis 80 ans les tenants de cette "théorie".


Comme l'enchanteur Merlin (!) donnons donc de la puissance au MS 406 : En profite-t-il  vraiment ?


Rappel - La formule donnant la puissance P d'un avion pour obtenir une certaine vitesse V horizontale est :
         
                                              P =  k V3


k  est un coefficient numérique égal à la moitié du produit du coefficient de viscosité cinématique rhô par le coefficient de traînée Cx lui-même multiplié par la surface de section de l'avion au maître couple S ; c'est donc une constante.

Il s'en suit que V3  P / k

Mais, par définition, k est quasi identique d'un avion à l'autre pour de faibles variations de puissance d'un même type de moteur.

Comme les motoristes ont besoin de justice, autant que tous les autres êtres humains, voici quelques vitesses de pointe calculées que le Morane 406 aurait soit-disant pu "démontreren fonction de puissances motrices plus élevées, s'il avait été construit ailleurs qu'en France (?).

Il va de soi que la vitesse de référence dont je me sers pour cet avion n'est pas celle de 486 km/h que l'on trouve dans les publications d'après-guerre et qui ne peut avoir été obtenue que par quelque artifice déloyal :
  • moteur "gonflé", 
  • avion allégé de ses armes et équipements divers,
  • vol dans un ciel de traîne avec de fortes ascendances qui font que l'avion vole à l'horizontale pour le barographe ou l'altimètre mais que, en réalité, il vole en piqué (ce qui est la base des vols record en planeur). 


J'ai repris la vitesse de 460 km/h calculée à partir des données annoncées pour le prototype n°12 équipé du moteur 12Y45 à compresseur S39 H3, qui atteignait 493 km/h à 5500 m (voir mon post sur le MS 406). 

Cette vitesse reste supérieure de 2% à la meilleure vitesse mesurée par les pilotes Finlandais en 1942 sur des avions réellement opérationnels. Ceci pour dire que je ne suis pas "méchant" avec cet avion.

Cette vitesse a le mérite d'être entièrement cohérente avec les récits des pilotes Français de 1939-1940.

Il va de soi également que je parle de l’avion réel, sans aucune retouche de son "aérodynamisme", ne serait-ce que parce que ce prototype devait être déjà particulièrement bien fini.



Morane 406, sur ce site Tchèque

A partir de la donnée initiale :

-         860 Cv rétablis jusqu’à 3250 m en laboratoire  à      460 km/h à 4500 m

On obtient donc les correspondances suivantes :

-        1000 Cv rétablis jusqu’à 3250 m en laboratoire à      484 km/h  à  4500 m
-        1030 Cv rétablis jusqu’à 3250 m en laboratoire à      489 km/h  à  4500 m

-        1100 Cv rétablis jusqu’à 3250 m en laboratoire à      500 km/h  à  4500 m
-        1200 Cv rétablis jusqu’à 3250 m en laboratoire à      514 km/h  à  4500 m
-        1300 Cv rétablis jusqu’à 3250 m en laboratoire à      528 km/h  à  4500 m

Je n'ai pas intégré ce qu'aurait donné le montage d'un échappement propulsif qui aurait apporté un avantage compris entre 10 et 15 km/h.

On voit d’ailleurs que le Morane 406, équipé d’un moteur de 1030 Cv "bénéficiait" d'une "qualité aérodynamique" quasi identique à celle du Hawker Hurricane Mk I. 

Vous savez donc maintenant - car je pense que personne ne vous l'avait clairement dit jusqu'ici - que l'étude aérodynamique du Hurricane était très imparfaite.

Voilà qui explique pourquoi Hawker s'est ensuite lancé frénétiquement dans la conception du Tornado, du Typhoon - rapide mais très dangereux en piqué - puis du Tempest, qui, lui, fut une première vraie réussite sur le plan aérodynamique avant le superbe Fury ! }


En effet, si le prototype du Hurricane volait, officiellement, à 510 km/h, avec 1030 Cv, à une masse inférieure de plus de 300 kg à sa masse opérationnelle réelle, sans armement et équipé d'échappements propulsifs (dans les années 50 - W. Green, Fighters of the WW II, vol II - on lui attribuait, mensongèrement, une vitesse de 520 km/h). 

De nos jours, on a ramené cette vitesse à 505 km/h, comme quoi il faut bien du temps pour connaître la vérité, y compris au Royaume Uni.

Dépourvu de ce système d'échappements, la vitesse du Hurricane aurait chuté de 10 mph, 16 km/h, donc il aurait volé à 494 km/h. 

Cette constatation montre que Morane 406 et Hurricane, issus exactement de la même technologie,ont été achetés avec cet important souci colonial de réparation facile avec des "bouts de ficelles".


Les moteurs de 1300 Cv tant vantés ne sont sortis, à l'étranger, qu'à la fin de 1941


La seconde constatation est que l’enfant chéri du CEMA ne pouvait en aucun cas atteindre les 560 km/h des Messerschmitt Bf 109 E et des Spitfire Mk I en 1939 ou 1940.

Pour se rapprocher de cette vitesse, il lui aurait fallu disposer d’un moteur de plus 1300 Cv qu’aucun motoriste au monde n’était alors en mesure de fournir (le Messerschmitt Bf 109 F3 à moteur DB 601 E de 1300 Cv n'est même sorti qu'en 1942). 

Il aurait alors pu voler à un peu plus de 540 km/h, si, du moins, on lui avait enfin monté des échappement propulsifs.

(Le seul moteur en ligne donnant une puissance de cet ordre était le Mikoulin M 35 Soviétique de 46 litres de cylindrée, produit uniquement à partir de 1940, et dont la masse à sec était déjà supérieure de 360 Kg à celle de l'Hispano-Suiza 12Y).

Pire encore, il y a quelques objections que j’ai fait semblant d’oublier :
  •  l’augmentation de 50% de la puissance de départ aurait imposé une augmentation considérable de la surface de radiateur nécessaire pour éliminer les calories excédentaires (déjà si mal gérées pour seulement 860 Cv). La traînée eut donc été augmentée de manière importante.
  • cette augmentation de puissance se serait accompagnée d’une forte augmentation de masse (essentiellement pour renforcer les parties mobiles du moteur), pour que le moteur reste suffisamment fiable.
  •  D’un autre côté, la consommation d’essence aurait grimpée elle aussi, réduisant fortement le rayon d’action - déjà moyen - ou obligeant à augmenter la taille du réservoir, donc la longueur de l’avion, donc sa masse.
  • Enfin, les augmentations de puissance et de vitesse auraient imposé des hélices nouvelles, plus résistantes et des réducteurs diminuant encore plus la vitesse aux extrémités des pales.

L’ensemble de ces modifications aurait augmenté la masse à vide du Morane d’environ 300 kg (au moins).

Vous trouvez peut-être que je fait bon marché des 535 km/h du DoFlug 3801, version Suisse du Morane 412, lui-même issu du MS 410 ?



MS 412 / DoFlug 3801 sur ce site, outre l'échappement propulsif, enfin un radiateur "normal" ! 


L’explication est facile : Ce chasseur, dont la masse était déjà augmentée de 250 kg, était équipé quand même d’un moteur de 1060 Cv, possédait un radiateur fixe efficace et, par ailleurs, il était doté d’un système d'échappements propulsifs sur son moteur Hispano-Suiza 12 Y 51 qui apportait un gain équivalent à environ 100 Cv (soit un total de 1160 Cv !).

C’est la confirmation de ce que j’avance en permanence, à savoir que l’aérodynamique prime toujours sur la puissance brute.


Il est probable que le Morane 450 avait été conçu dans le but de regagner sur la traînée, mais son abandon rapide, malgré son moteur Hispano 12 Y 51 et la commande de trois prototypes, montre clairement que l’avion avait déçu : Le D 520, le VG 33 et le CAO 200 étaient bien mieux conçus.


Le DoFlug 3802 - 630 km/h en 1943 - est annoncé partout comme un descendant du MS 450, ce qui est possible, mais je pense que les ingénieurs Suisses y avaient mis leur grain de sel pour améliorer l’engin qui partageait nettement certains côtés (voir par exemple le cockpit) avec le Messerschmitt 109 également construit en Suisse. 


Dessins de Waroff - En haut le MS 540, en bas le DoFlug 3802  - Commentaire de Sosthene : dessin des structures de fuselage avant. Sur le (supposé) MS 540, on retrouve encore les cadres du 406. Le cadre en "X" devant le pilote disparaîtra de la maquette lorsque l'habitacle sera avancé pour préfigurer le D-3802. Le cadre en "X" est remplacé par un cadre oblique en "oméga" raidi par une tôle, et reçoit à sa base les fixation des longerons arrières d'aile. Les longerons de fuselage ne sont plus en tube rond, mais en profilé "omega", sur lesquels se raccordent les longerons des flancs à revêtement travaillant.  Les ailes restent fondamentalement des ailes de MS 405/406, dont les seules modifications verront un revêtement sans couvre joint, et la présence de deux mitrailleuses par aile, ainsi que deux radiateurs aux intrados d'aile.


Voir à ce sujet le commentaire de Sosthene à la suite de ce post et qui en dit bien plus.



La fragilité supposée du moteur Hispano-Suiza 12Y31 : Un problème de radiateur... 


Le moteur 12 Y 31 fut regardé à l'époque comme un des moteurs les plus fiables au monde. Le 12 Y 45, sensiblement plus puissant, monté sur le Dewoitine 520 n'étant, lui, jamais mis en cause.

Mais vous trouvez des mises en cause de la fiabilité du HS 12 Y 31 chaque fois qu'il est associé au MS 406, en particulier pendant la Campagne de France. 

Cela signifie que le moteur n'était pas bien adapté à l'avion, ce qui était - entre 1938 et 1940 - de la seule responsabilité de l'avionneur. 

Nous savons, par les récits des pilotes, que le moteur du MS 406 chauffait rapidement. 

Jacques Lecarme (Histoire des essais en vol, Docavia 3.) expliquait parfaitement, à propos des capots moteurs destinés aux moteurs en étoiles, que leur dessin devait obliger l'air à passer à l'intérieur. 

Il faut aussi dire qu'il devait en sortir aussi vite que possible. 

Mais, si la forme de la petite entrée d'air du radiateur escamoté était simplement médiocre parce que complètement noyée dans la couche limite, la sortie de ce radiateur se faisait au petit bonheur la chance, l'air débouchant sur un ressaut brutal. 

L'efficacité n'était absolument pas au rendez-vous.

Si on pratiquait l'extension du radiateur, la partie la plus inférieure du radiateur était enfin débarrassée de la couche-limite, mais les parois latérales du radiateur, pour ainsi dire brutes de fonderie, comme les tôles qui essayaient de caréner le radiateur avant son extension, tout concourait à créer un écoulement très perturbé, donc à perdre de nombreux points de vitesse, certes, mais aussi à faire fonctionner le moteur à des températures toujours très élevées.

Comme les pilotes de chasse étaient, avant tout, des prédateurs, ils n'allaient en aucun cas laisser échapper un gibier en vue

Donc ils laissaient la température monter au delà du raisonnable. 

Le moteur tolérait ce genre de comportement un petit nombre de fois, mais, ensuite, ses performances tombaient. 

De combien ?  la réponse est donnée par les Finlandais : Elle tombait de 449 km/h à 399 km/h, donc de 50 km/h. Cela correspondait à une perte de 200 Cv !

A contrario, l'analyse minutieuse du refroidissement du Dewoitine 520 après les récriminations des pilotes du Groupe I/3 lui a permis de garder ses moteurs très longtemps et sans problème.



Pour avoir une idée de l'efficacité du Morane 406 au combat, cliquez ici.





8 commentaires:

  1. Si je comprends bien la tare du MS 406 était son radiateur ? ou d'autres éléments était en jeu ?

    Et donc sur une base MS 406 les suisses on sut tirer avec le temps un "bon" avion ?

    J'ai vu à la Ferte Allais il y a quelques année un MS-406 sans doute issu de ces "suisses" et j'ai trouvé qu'il volait bien (bien sûr à basse altitude et non en combat...) et le bruit du moteur était magnifique (à comparer au bruit de camion du Corsair). Mais ce ne sont que des appréciations "esthétiques".

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  2. Le Morane perdait 120 km/h sur le Bf 109. Le radiateur avait 2 tares : il marchait mal et il freinait l'avion très anormalement. S'il avait été "normal", l'avion aurait gagné entre 10 et 15 km/h, ce qui lui aurait permis de ratrapper les bombardiers, son travail de base. Mais pour la lutte contre le Bf 109, il aurait toujours été insuffisant au niveau de la structure (mixte entoilée), de la forme générale trop trapue et de l'état de surface qui manquait singulièrement de propreté aérodynamique.
    Le MS 406 de 1940 est identique au MS 405 de 1936. C'est incompréhensible.
    Regardez comment Dewoitine est passé du pauvre D 513 (435 km/h) au D 520 (gain de 100 km/h) !
    Le Bf 109 E a subi aussi un joli travail (capot moteur, entrée d'air compresseur, voilure, etc) pour passer au F plus rapide de 50 km/h !

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  3. Effectivement il n'y a aucune raison de croire que le MS 406 ait pu voler nettement plus vite que le 405... Peut-être le rendement d'hélice un peu amélioré ( le 12Ygrs était curieusement pourvu d'un réducteur 49/51 qui faisait tourner l'hélice à 2300 t/mn "avec un bruit de sirène" (disaient les gens du CEMA), et encore...

    De toutes façons, vos calculs sont tout à faits corroborés par l'autre branche de la famille, celle des "Mörkö Morane" finlandais, pourvus d'un radiateur fixe et d'un radiateur d'huile agrandi pour refroidir leur moteur Klimov MF 105-P (dérivé amélioré soviétique du 12Y).

    Avec les 1100 ch du Klimov, les Mörkö-Morane ne dépassaient pas 520 km/h à 4.000 m ! Avec 50 ch de moins, le Bf 109 E-3 filait 50 km/h plus vite...

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  4. Bonsoir,
    en ce qui concerne le D3802, il n'a de commun avec le Bf 109 que la cinématique d'ouverture de la verrière.
    Il serait plutôt issu du projet de MS 540, dont il reprendrait la structure classique de l'avant des fuselages MS, mais qui innove un fuselage arrière construit en trois parties longitudinales(deux flancs et une partie inférieur en structure+revêtement travaillant)
    Par rapport au projet initial MS 540, le D3802 voit son habitacle avancer de près d'un mètre et les fenêtres de custode remplacés par un carénage tranparent façon Bf 109.
    ci joint un dessin montrant l'évolution qu'aurait eu le projet de MS 540 (dont il y eu une maquette 1/1 d'aménagement, premier profil) pour évoluer en D-3802 J1 et J2 (3ème profil)
    Cordialement
    Sosthene

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  5. Bonjour Sosthene,

    Votre commentaire est tout à fait intéressant. Il a été malheureusement tronqué par Blogger qui a "mangé" votre dessin.

    D'après ce que j'ai vu sur le site de l'Aérophile, le MS 540 avait un air de ressemblance avec la toute première version du MS 470 Vanneau, celle qui avait le nez pointu. Le profilage avait progressé, enfin. Une influence Dewoitine est possible.
    Mais l'aile reste très "405" et la visibilité arrière reste problématique.

    Si les Suisses ont avancé le cockpit d'un mètre, cela représente une modification importante de la structure.

    J'imagine possible également qu'il aient introduit l'inclinaison du siège pilote de 17° qu'ils avaient vu sur leurs Bf 109 E, pour profiter aussi de l'amélioration de la tenu aux g du pilote.

    En tout cas, merci.

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  6. Bonsoir,
    dessin des structures de fuselage avant.
    Sur le (supposé) MS540, on retrouve encore les cadres du 406.
    Le cadre en "X" devant le pilote disparaitra de la maquette
    lorsque l'habitacle sera avancé pour préfigurer le D-3802.
    Le cadre en "X" est remplacé par un cadre oblique en "oméga" raidi par une tôle, et reçoit à sa base les fixation des longerons arrières d'aile.
    Les longerons de fuselage ne sont plus en tube rond, mais en profilé "omega", sur lesquels se raccordent les longerons des flancs à revêtement travaillant.
    [img]http://i32.servimg.com/u/f32/12/72/19/33/3quart10.jpg[/img]
    Les ailes restent fondamentalement des ailes de MS 405/406, dont les seules modifications verront un revêtement sans couvre joint, et la présence de deux mitrailleuses par aile, aisni que deux radiateurs aux intrados d'aile.
    Cordialement
    Sosthene

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  7. Merci pour ces deux dessins remarquables.

    Je n'ai pas compris l'intérêt, pour les concepteurs, d'avancer le pilote, ce qui lui réduit beaucoup la visibilité latérale inférieure "naturelle" (= sans incliner l'avion) et n'améliore que modestement la visibilité avant. Mais, et les 630 km/h le prouvent, le gain aérodynamique était patent : L'engin était exactement équivalent au Bf 109 F. C'est une vraie référence.

    Si c'est vous le dessinateur, acceptez-vous que j'introduise votre dessin dans ce post (avec les références que vous m'indiquerez) ?

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  8. Bonsoir,
    oui vous pouvez tout a fait publier le dessin, auteur : Waroff (c'est mon deuxième prénom)
    Cordialement

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