Quelques éléments sur le tir en combat aérien

Voici une petite synthèse simplifiée donnant des éléments sur le tir en combat aérien: un soupçon de théorie, un brin d'histoire, une larme de maths, et beaucoup de passion. J'espère que cela vous intéressera. Bien sûr, n'hésitez pas à me faire part de toute erreur (très possible)...

Quelques rappels



Imaginons une mitrailleuse tirant une balle à l’horizontale. La trajectoire du projectile ne sera pas horizontale. Pourquoi ? Tout simplement car il est soumis à différentes forces. Tout d’abord, il est soumis à la gravité (son poids) qui transforme son mouvement théoriquement horizontal en une parabole (ligne rouge). De plus, les molécules de l’air ambiant absorbent une partie de l’énergie du projectile (par friction : c’est la traînée), ce qui accentue encore davantage la courbe (ligne bleue). La ligne de visée est calculée pour se rapprocher le plus possible de cette parabole, et est également dépendante du la distance de la cible. Le moyen le plus efficace est de lever le canon de l’arme de quelques degrés pour que l’angle positif de départ du projectile compense en partie l’angle négatif qu’il va rapidement avoir tendance à prendre. Dans le cas d’armes montées dans les ailes, c’est assez pratique car l’angle d’attaque des ailes est positif.

Un autre élément est à prendre en compte: sur les chasseurs de la SGM, la ligne de visée (ligne imaginaire passant par l’œil du pilote et le centre de son viseur) pouvait être décalée cers le haut de quelques degrés par rapport à la ligne de vol, ceci car la visibilité vers l’avant et vers le bas était limitée par le moteur…

Un peu de balistique (très simplifiée)

Attention aux allergiques aux maths...

L’accélération vers le bas due à la gravité est la même pour tous les projectiles (souvenez-vous de l’histoire de la pomme et de la plume qui tombent à la même vitesse). La traînée est dépendante de la section et de la forme aérodynamique du projectile, mais indépendante du poids. La traînée est une force, donc la même valeur de traînée ralentira davantage un projectile moins lourd (celui-ci aura moins d’inertie, moins d’énergie cinétique qu’un projectile plus lourd volant –ou tombant- à la même vitesse). La masse est proportionnelle au volume, et donc au cube du calibre (si on considère que la munition est un cylindre) ; mais la section, et donc la traînée, est proportionnelle au carré du calibre. La traînée augmente donc moins vite que la masse (et donc que le volume, et donc que le calibre…). Ainsi, les projectiles de calibre important ralentissent moins vite et ont une plus longue portée.

Une alternative pour utiliser ces propriétés sans trop augmenter le calibre (et donc le poids de l’arme), est d’utiliser des munitions particulières, et notamment des obus allongés : la masse peut être importante mais la section est faible, donc la traînée aussi. On obtient donc des munitions à haute vitesse initiale et très puissante. Néanmoins, je crois que ce type de munitions (et là ça dépasse mes compétences) a été surtout utilisée pour des armes anti-blindages, et pas dans des rôles anti-aériens.

Evidemment, les projectiles de masses différentes mais avec la même traînée suivront des trajectoires différentes. Les concepteurs essaieront de créer les conditions (notamment de poids) qui permettront à différents types de munitions d’avoir la même trajectoire, mais c’est un but difficile à atteindre. Par exemple, les balles traçantes ont presque toujours une trajectoire différente des autres car elles sont plus légères et la combustion du traceur produit des gaz qui réduisent la traînée du projectile (on intercalait souvent des balles traçantes dans les bandes de munitions des chasseurs de nuit ou des mitrailleuses de défense des bombardiers opérant de nuit afin que le pilote se rende compte où il tire. C'était souvent 1 balle sur 4 ou 5. Du coup, un pilote voyant un ciel rempli de traceuses pouvait se dire qu'il y avait 3 fois plus d'acier dans l'air que ce qu'il voyait...)

Le problème est encore plus complexe lorsqu’on installe plusieurs types d’armes sur le même appareil, ce qui était fréquent pendant la SGM.
Mais avoir plusieurs armes embarquées, c’est bien. Mais encore faut-il les hrmoniser. C’est ce que nous allons voir maintenant.

Harmonisation



Si une arme est proche de la ligne de vol du chasseur (dans le nez par exemple), la trajectoire des munitions sera parallèle à la route de l’avion. Il n’y a alors pas de problème d’harmonisation (ligne rouge). Toutefois, sur un monomoteur, c’est souvent difficile par manque de place ou pour les contraintes qu’impose le tir à travers le disque de l’hélice (poids du système de synchronisation, perte de cadence de tir, etc…).

Si les armes sont dans les ailes, et donc hors du disque de l’hélice, on peut faire converger leur tir vers un point donné à la distance de tir usuelle du chasseur. Cela donnera une efficacité maximale en un point précis (lignes vertes à gauche) mais cela requiert une précision très importante dans l’évaluation de la distance et de la déflection. Une autre alternative est d’harmoniser les armes à une série de différentes distances (lignes vertes à droite), pour créer une zone de feu plus importante en sacrifiant la puissance de destruction contre l’augmentation de chances de toucher la cible.

Pour les avions à réaction, le problème s’élimine de lui-même car il n’y a pas d’hélices (hélas) et de la place dans le nez pour mettre les armes ! Par contre, il est très important que les gaz de combustion ne rentrent pas dans le réacteur : il faut donc faire très attention où l’on place ses armes.

Tir avec déflection



Si la cible coupe la route du chasseur, un élément est à prendre en compte : on doit viser l’endroit où la cible sera quand les projectiles arriveront. Le chasseur doit donc virer pendant sa visée. Evidemment, il n’y aurait pas de problèmes si les projectiles arrivaient instantanément. Bien sûr, ce n’est pas le cas, mais il est nécessaire de réduire le temps de parcours le plus possible en utilisant des armes à grande vitesse initiale. Par exemple, une balle d’une Browning .50 parcourt 450m en 0,62s. Un chasseur volant à 650 km/h parcourt 112m pendant ce temps !
Pendant la majeure partie de la SGM, la correction nécessaire était laissée au jugement du pilote, qui pouvait s’aider de son viseur de façon limitée. Typiquement, les viseurs à déflecteur permettaient d’estimer la distance de façon peu précise : des marques horizontales (contrôlées par le pilote) sur le viseur indiquaient l’envergure des avions ennemis à une certaine distance. La comparaison de ces marques et de l’envergure de l’avion ennemi dans le viseur permettaient au pilote d’avoir une idée de sa distance. De plus, le cercle sur le viseur donnait une indication (et seulement une indication !) de la déflection nécessaire. Néanmoins, la vitesse de la cible passant à travers la ligne de tir devait encore être estimée.

A la fin de la SGM, des viseurs gyroscopiques furent développés en Angleterre, et furent bientôt utilisée sur les appareils US et anglais. Les Allemands développèrent aussi ce type de viseur, mais ils n’arrivèrent pas à un résultat suffisamment fiable. En utilisant ce viseur, le pilote devait estimer la distance de la même manière. Dans le même temps, il devait faire virer son avion (comme vu plus haut) pour garder la cible en vue. Le viseur pouvait alors prévoir où les projectiles arriveraient en fonction de la distance et marquait cet endroit par un point. Ceci était fait grâce à un gyroscope mesurant les accélérations correspondant au taux de virage. Le pilote n’avait alors « plus qu’à » faire coïncider le point avec l’appareil ennemi.

PS: Je ne suis pas certain que ce post soir dans la bonne catégorie. N'hésitez pas à le déplacer si nécessaire.

Pour simplifier encore, je precise que, en plus non seulement les differents calibres mais aussi les different types d'obus dans un meme calibre n'ont pas la meme balistique...

merci beaucoup pour ce jolie post, cela m'a permit de comprendre un certaines choses qui étaient resté à l'état de question ( notament le truc de l'harmonisation)

charlemagne47 a écrit:merci beaucoup pour ce jolie post, cela m'a permit de comprendre un certaines choses qui étaient resté à l'état de question ( notament le truc de l'harmonisation)

De rien, je suis vraiment content que cela ait pu t'être utile!

Pour simplifier encore, je precise que, en plus non seulement les differents calibres mais aussi les different types d'obus dans un meme calibre n'ont pas la meme balistique...

C'est ce que je voulais dire en parlant des balles traçantes...