corps de Sears-Haack

Un corps de Sears-Haack est un profil de fuselage profilé conçu pour minimiser la traînée d'onde aux vitesses supersoniques. Il est défini mathématiquement par une distribution précise de la surface de sa section transversale le long de sa longueur, et pour une longueur et un volume totaux donnés, aucune autre forme ne produit moins de traînée d'onde en écoulement supersonique. Le profil est le plus large au milieu et s'amincit progressivement jusqu'à une pointe aux deux extrémités, bien que les applications pratiques arrondissent souvent légèrement le nez et coupent l'arrière en un tronc de cône plutôt qu'un véritable cône.

La forme a été dérivée indépendamment par Wilhelm Sears et Haack dans les années 1940 en utilisant la théorie des écoulements transsoniques et supersoniques. Leurs travaux ont montré que la traînée d'onde minimale se produit lorsque la surface de la section transversale augmente et diminue d'une manière très spécifique, suivant une forme décrite par des fonctions paraboliques. Cette découverte a été révolutionnaire car elle a fourni un idéal théorique par rapport auquel les conceptions d'aéronefs réels pouvaient être mesurées, et elle a expliqué pourquoi certains aéronefs expérimentaux ont atteint une traînée supersonique étonnamment faible.

En pratique, les ingénieurs doivent faire des compromis avec le profil idéal de Sears-Haack. Un corps mathématiquement parfait n'a pas de volume interne utilisable au nez et à la queue, ce qui le rend peu pratique pour les cellules réelles. Les concepteurs utilisent plutôt une version modifiée : le cône de nez peut être hémisphérique, ellipsoïdal ou ogive tangente ; le cône de queue est souvent plus court et plus émoussé que l'idéal mathématique ; et la section médiane est élargie pour accueillir le carburant, les moteurs, l'avionique et l'équipage. Le fuselage du F-104 Starfighter se rapproche de ce principe, tout comme l'avion de recherche X-15, bien que les deux sacrifient une certaine perfection théorique pour des exigences pratiques.

Application et limitations

Le corps de Sears-Haack ne s'applique qu'au vol de croisière supersonique à un seul nombre de Mach de conception. À mesure que la vitesse augmente au-delà du point de conception, le volume effectif change par rapport à la structure de l'onde de choc, et la forme n'est plus optimale. Les aéronefs transsoniques ne peuvent pas utiliser ce profil efficacement car les avantages aérodynamiques disparaissent ou s'inversent aux vitesses subsoniques et transsoniques où la séparation induite par choc et le buffet deviennent des facteurs déterminants. Les avions de combat modernes volant sur une large enveloppe de vitesse utilisent plutôt la règle des aires et des profils supercritiques, mélangeant plusieurs critères d'optimisation.

Le terme reste important dans la maintenance et la certification aérospatiales car les ingénieurs doivent comprendre pourquoi les aéronefs historiques ont leurs formes de fuselage particulières, comment les modifications structurelles affectent l'efficacité aérodynamique, et comment les dommages ou les réparations qui altèrent la distribution de la surface de la section transversale peuvent dégrader les performances supersoniques. Lorsqu'un technicien inspecte une fissure de revêtement, répare une bosse ou évalue des demandes de modification sur une cellule supersonique, la connaissance du profil aérodynamique prévu aide à prédire si le changement est significatif.