Portrait d'avion de légende: Boeing Stearman Modèle 75

07 Apr 2025, 15:17
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Portrait d'avion de légende: Boeing Stearman Modèle 75

Un avion d'entraînement biplan robuste équipé d'un moteur radial de 220 chevaux, d'une envergure de 9,80 mètres, d'une longueur de 7,55 mètres, d'une vitesse maximale de 217 km/h et d'un rayon d'action de 813 kilomètres.

Le Boeing-Stearman Model 75 est un avion d'entraînement biplan biplace développé dans les années 1930. Il se compose d'un fuselage en tube d'acier soudé recouvert de tissu et d'ailes en bois. Propulsé par un moteur radial de 220 chevaux, il a une envergure de 32 pieds 2 pouces (9,8 mètres) et une longueur de 24 pieds 9 pouces (7,5 mètres). L'avion atteint une vitesse maximale de 135 mph (217 km/h) et une autonomie de 505 miles (813 km). Son plafond de service atteint 4 023 mètres (13 200 pieds). Largement utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale par l'armée de l'air et la marine américaines, ainsi que par les nations alliées, le modèle 75 a joué un rôle essentiel dans la formation des pilotes. Après la guerre, de nombreux modèles ont été adaptés à des utilisations civiles telles que le dépoussiérage des cultures et la voltige aérienne.

Le Boeing-Stearman Model 75, communément appelé Stearman, est un biplan qui est devenu une pierre angulaire de la formation des pilotes dans les années 1930 et 1940. Réputé pour sa construction robuste et ses performances fiables, il a principalement servi d'avion d'entraînement militaire pour les États-Unis et les forces alliées. Au-delà de son service militaire, le Stearman a trouvé une seconde vie dans diverses fonctions civiles, consolidant ainsi son héritage dans l'histoire de l'aviation.

Histoire du développement du Boeing Stearman

Au début des années 1930, le paysage aéronautique mondial évolue rapidement. Les conséquences de la Première Guerre mondiale avaient démontré l'importance stratégique de la puissance aérienne, incitant les nations à investir massivement dans le développement de leurs forces aériennes. Les États-Unis reconnaissent la nécessité de disposer d'un avion d'entraînement moderne et fiable pour préparer les pilotes aux complexités des opérations et des combats aériens contemporains.

La Stearman Aircraft Company, fondée par Lloyd Stearman en 1926, avait déjà acquis la réputation de produire des avions robustes et fiables. En réponse à la demande de l'U.S. Army Air Corps, qui souhaitait un nouvel avion d'entraînement primaire pour remplacer les modèles obsolètes, Stearman a lancé le développement d'un nouveau biplan. Cette initiative visait à créer un avion non seulement durable et facile à entretenir, mais aussi suffisamment tolérant pour les pilotes novices.

Le programme est lancé en 1933 sous la désignation Model 70. Le prototype présentait une configuration biplan conventionnelle avec des cockpits ouverts en tandem, un train d'atterrissage fixe et un moteur radial. Le premier vol a eu lieu plus tard dans l'année et a montré des performances et une maniabilité prometteuses. L'U.S. Navy s'intéresse à la conception de l'appareil et commande une variante appelée NS-1. L'U.S. Army Air Corps évalue ensuite l'appareil et, après quelques modifications, passe commande de ce qui deviendra la série PT-13.

En 1934, la Stearman Aircraft Company devient une filiale de Boeing, ce qui fait que l'avion est communément appelé Boeing-Stearman. Le modèle 75, tel qu'il est officiellement désigné, entre en production de masse pour répondre à la demande croissante d'avions d'entraînement des pilotes. Sa construction robuste et sa conception simple en font une plate-forme idéale pour l'entraînement. Tout au long de son cycle de production, plusieurs variantes ont été développées, chacune incorporant des moteurs différents et des modifications mineures pour répondre à des besoins d'entraînement spécifiques.

Conception du Boeing Stearman

La conception du Boeing-Stearman Model 75 reflète les priorités de l'ingénierie des années 1930, en mettant l'accent sur la durabilité, la simplicité et la facilité d'entretien. Sa configuration biplan se caractérise par des ailes d'égale envergure légèrement décalées, reliées par des entretoises de type N et des fils de contreventement, ce qui assure l'intégrité structurelle et l'efficacité aérodynamique.

Le fuselage est construit à partir de tubes d'acier soudés, formant un cadre robuste recouvert de tissu. Cette méthode offre un équilibre entre la résistance et le poids, ce qui facilite les réparations, un facteur crucial pour les avions d'entraînement soumis à de fréquents atterrissages durs. Les ailes sont constituées de longerons et de nervures en bois, également recouverts de tissu, ce qui contribue à la légèreté de la structure de l'appareil.

Le train d'atterrissage est fixe et non rétractable, avec une configuration de roulette de queue. Les roues principales sont fixées au fuselage par de solides jambes de force et sont équipées d'amortisseurs simples pour résister aux rigueurs des atterrissages des apprentis pilotes. La roue arrière améliore la maniabilité au sol, mais nécessite une manipulation soigneuse au décollage et à l'atterrissage afin d'éviter les boucles au sol.

Les cockpits ouverts sont disposés en tandem, l'élève pilote occupant le siège avant et l'instructeur le siège arrière. Les deux cockpits sont équipés de commandes de vol complètes, ce qui permet à l'instructeur de prendre les commandes si nécessaire. L'instrumentation est basique et se concentre sur les paramètres de vol essentiels, ce qui encourage les pilotes à développer des compétences de pilotage fondamentales sans dépendre d'une avionique avancée.

Les options de motorisation varient d'une variante à l'autre. Le modèle PT-13 utilisait le moteur radial Lycoming R-680, tandis que le PT-17 était équipé du moteur Continental R-670, tous deux développant une puissance d'environ 220 chevaux. Ces moteurs radiaux sept cylindres, refroidis par air, ont été choisis pour leur fiabilité et leur facilité d'entretien. Le moteur est monté sur le nez, entraînant une hélice bipale, et est entouré d'un simple capot qui offre un certain raffinement aérodynamique tout en permettant un refroidissement adéquat.

Le carburant est stocké dans un réservoir unique situé dans la partie centrale de l'aile supérieure, d'une capacité d'environ 46 gallons (174 litres). Cet emplacement contribue à la prise en compte du centre de gravité de l'avion et simplifie l'alimentation en carburant du moteur par gravité, éliminant ainsi le besoin de pompes à carburant.

Les gouvernes, à savoir les ailerons, les gouvernes de profondeur et la gouverne de direction, sont actionnées par un système de câbles et de poulies, ce qui permet d'obtenir un retour d'information direct et réactif sur les commandes. L'absence de systèmes hydrauliques réduit la complexité et les besoins de maintenance, mais nécessite un effort physique de la part du pilote, en particulier lors des manœuvres de voltige. La simplicité du système de commande est intentionnelle, car elle renforce la formation des pilotes sur les principes fondamentaux du maniement de l'avion sans automatisation ni assistance électrique.

La stabilité de vol est une caractéristique essentielle du Stearman. La configuration biplan offre une portance accrue à faible vitesse, ce qui est avantageux lors des phases d'entraînement telles que le décollage, la sortie de décrochage et l'atterrissage. La grande dérive et la gouverne de direction assurent une bonne stabilité en lacet, ce qui facilite l'apprentissage du vol coordonné et des virages. Cependant, l'absence de volets limite les profils de descente abrupts et rend les atterrissages sur terrain court plus difficiles.

L'hélice est une hélice bipale en bois ou en métal à pas fixe, selon la variante et la modification, d'un diamètre d'environ 2,6 mètres (8 pieds 6 pouces). L'absence de mécanisme de pas variable réduit la complexité mais limite également l'optimisation des performances dans les différents régimes de vol.

Le poids à vide est d'environ 878 kg et le poids brut d'environ 1 232 kg, ce qui donne une charge alaire d'environ 37,6 kg/m². Cela contribue à ses caractéristiques de vol douces, mais limite également sa capacité à voler à grande vitesse.

Le revêtement en tissu utilisait du coton dopé ou du lin tendu sur les surfaces de la cellule. Bien qu'économique et facile à réparer, ce revêtement nécessite une inspection et une maintenance régulières, en particulier dans les applications agricoles civiles où l'exposition aux produits chimiques est fréquente.

Les panneaux d'accès et la structure modulaire de l'avion facilitent l'entretien, le changement de moteur et le remplacement des pièces. Cette approche de la conception a permis de réduire considérablement les délais d'exécution pendant l'utilisation militaire et de prolonger la vie civile de l'appareil après la guerre.

En résumé, les choix de conception du Stearman privilégient la durabilité, la simplicité et un comportement en vol tolérant, ce qui le rend parfaitement adapté à son rôle premier de plate-forme d'entraînement militaire. Sa construction simple et sa conception modulaire ont permis d'étendre sa pertinence opérationnelle bien au-delà de son contexte d'origine.

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Boeing Stearman

Les performances du Boeing Stearman

Les performances du Boeing-Stearman Model 75 dépendent largement de la variante de moteur installée. Les configurations les plus courantes étaient le PT-13, le PT-17 et le PT-18, chacun utilisant des moteurs radiaux différents avec des puissances similaires. Dans l'ensemble, l'avion a été conçu pour sa fiabilité et ses caractéristiques de vol sûres plutôt que pour sa vitesse ou son altitude.

Les moteurs

- PT-13 : moteur radial Lycoming R-680-17, 220 chevaux à 2 125 tr/min
- PT-17 : Moteur radial Continental R-670-5, 220 chevaux à 2 175 tr/min
- PT-18 : Moteur radial Jacobs R-755-7, 225 chevaux à 2 200 tr/min

Ces trois moteurs sont des moteurs radiaux à pistons à 7 cylindres, refroidis par air, largement utilisés dans les années 1930-1940. Ces moteurs offrent de bonnes caractéristiques de couple et une grande simplicité mécanique. Les changements de moteur entre les versions ont souvent été dictés par la disponibilité de l'approvisionnement plutôt que par les performances.

Système de propulsion

L'avion utilisait une hélice en bois ou en métal à pas fixe et à deux pales, d'un diamètre de 2,59 mètres. La simplicité de ce système permettait de minimiser les erreurs opérationnelles lors de l'entraînement.

Vitesse et altitude

- Vitesse maximale : 135 mph (217 km/h)
- Vitesse de croisière : 96 mph (154 km/h)
- Vitesse de décrochage : 80 km/h (50 mph)
- Plafond de service : 13 200 pieds (4 023 mètres)
- Taux de montée : 700 pieds par minute (3,56 m/s)

Ces chiffres reflètent le rôle de l'avion en tant qu'entraîneur, en mettant l'accent sur un comportement prévisible à basse vitesse, une faible vitesse de décrochage et un taux de montée suffisant pour l'entraînement aux manœuvres de base et à la récupération.

Rayon d'action et endurance

- Rayon d'action : 813 kilomètres (505 miles)
- Capacité de carburant : 46 gallons US (174 litres)
- Endurance : ~4,5 heures à la puissance de croisière

Le rayon d'action de l'avion est suffisant pour les sorties d'entraînement régionales et les vols de convoyage entre les bases. Son endurance permet des journées d'entraînement de plusieurs sessions sans ravitaillement, ce qui a amélioré le débit d'entraînement en temps de guerre.

Performances au décollage et à l'atterrissage

- Distance de décollage à 50 pieds : ~800 pieds (244 mètres)
- Course à l'atterrissage : Distance d'atterrissage : ~600 pieds (183 mètres)

La grande surface alaire et la faible charge alaire du Stearman lui confèrent une capacité d'atterrissage sur terrain court, particulièrement utile sur les pistes d'atterrissage non préparées ou les terrains en herbe couramment utilisés lors des opérations d'entraînement.

Manœuvrabilité et tenue de route

Grâce à ses grandes surfaces de contrôle et à ses caractéristiques de portance biplan, le Stearman peut effectuer des acrobaties aériennes de base telles que des boucles, des tonneaux et des vrilles. Ces caractéristiques étaient essentielles pour l'entraînement à la voltige.

Cependant, le pilotage au sol nécessite de la prudence, en particulier par vent de travers. La roulette de queue et l'étroitesse du train d'atterrissage augmentent le risque de boucles au sol si le pilote ne tient pas correctement le gouvernail au décollage ou à l'atterrissage.

Rapport puissance/poids

Avec un poids brut de 1 232 kg et une puissance moteur de 220 ch, le rapport poids/puissance est de 0,081 ch/lb (133 W/kg). Par rapport à ses contemporains comme le Fairchild PT-19 (175 ch) ou le de Havilland Tiger Moth (130 ch), le Stearman était plus puissant et de construction plus lourde, ce qui lui conférait une meilleure capacité de montée et de voltige.

Durée de vie et fiabilité

Les moteurs radiaux utilisés sur le Stearman ont des intervalles TBO (time between overhaul) d'environ 500-600 heures de vol, typiques de l'époque. L'entretien régulier était relativement facile grâce à la conception ouverte du moteur et à la grande disponibilité des pièces.

Performances par temps froid et dans l'environnement

Le Stearman a été utilisé dans divers environnements en Amérique du Nord. Son cockpit ouvert et l'absence de chauffage dans la cabine nécessitaient que le pilote porte un équipement de protection contre le froid dans les régions septentrionales. Cependant, la fiabilité de son moteur radial et ses systèmes manuels permettaient des performances efficaces même par des températures inférieures à zéro.

En termes de comparaison, le Boeing-Stearman Model 75 offrait une fiabilité, une puissance et une portance supérieures à celles de la plupart de ses concurrents en matière d'entraînement. Bien qu'il ne soit ni rapide ni armé, sa résistance structurelle supérieure et ses caractéristiques de maniabilité en font une plate-forme plus sûre pour la formation d'aviateurs militaires en grand nombre.

Variantes du Boeing Stearman

Le Boeing-Stearman Model 75 a été produit en plusieurs variantes pour répondre à des types de moteurs spécifiques et à des rôles d'entraînement dans différentes branches de l'armée américaine. Bien que la structure de la cellule soit restée largement la même, des changements de motorisation et de désignation ont marqué chaque variante.

PT-13 : Cette version utilise le moteur Lycoming R-680-17, un 7 cylindres radial de 220 ch. Il s'agit du premier avion d'entraînement Stearman produit à grande échelle pour l'U.S. Army Air Corps et il a établi la configuration standard.

PT-17 : Propulsé par le moteur radial Continental R-670-5, développant également 220 ch, il est devenu la variante la plus nombreuse avec plus de 3 500 unités construites. Ses performances étaient similaires à celles du PT-13, avec des pièces interchangeables.

PT-18 : Introduit avec le moteur Jacobs R-755-7 (225 ch). Bien que produit en moins grand nombre, il offrait de meilleures performances en haute altitude grâce aux caractéristiques de couple du moteur.

N2S-1 à N2S-5 : Il s'agit des versions de la marine américaine des séries PT-17 et PT-13, désignées en fonction des différences de moteur et de configuration. Par exemple, le N2S-3 était équivalent au PT-17. Plus de 1 800 unités ont été livrées à la marine.

PT-27 : Adaptation canadienne du PT-17, adapté aux conditions météorologiques difficiles, utilisé par l'Aviation royale du Canada dans le cadre du Plan d'entraînement aérien du Commonwealth britannique.

Stearman E75/L75 : Désignations civiles d'après-guerre, où « E » désigne les moteurs comme Lycoming et « L » ceux qui utilisent des moteurs Continental. Ces appareils étaient souvent utilisés pour l'épandage agricole, le dépoussiérage des cultures et la voltige aérienne.

Les principales différences entre ces variantes portaient sur le type de moteur, la conception du capot et l'instrumentation. Malgré des moteurs différents, tous les modèles conservaient la même cellule et les mêmes dimensions de base, ce qui facilitait la formation des pilotes et la compatibilité de la maintenance entre les différentes variantes.

Utilisation militaire et combat du Boeing Stearman

Le Boeing-Stearman Model 75 n'a pas été conçu pour le combat. Il a été strictement développé en tant qu'entraîneur principal pour les pilotes novices passant de l'école au sol à l'instruction en vol. En tant que tel, l'avion n'était pas équipé de systèmes d'armes dans ses configurations standard. Toutefois, sa contribution à l'aviation militaire réside dans la production massive de pilotes entraînés au cours d'une période critique de l'histoire militaire mondiale.

Entre 1936 et 1945, plus de 10 620 avions d'entraînement Stearman ont été produits pour l'U.S. Army Air Corps, l'U.S. Navy et les forces alliées. Sa mission première était d'enseigner les techniques de vol de base, la sortie de décrochage et de vrille, les décollages et les atterrissages, les acrobaties aériennes simples et la navigation. Il a été le premier avion motorisé que de nombreux pilotes de la Seconde Guerre mondiale ont piloté.

L'armement

Bien qu'ils n'aient pas été conçus pour le combat, certains Stearman ont été modifiés pour l'entraînement au tir avec des affûts de canon factices ou des canons à caméra afin de simuler un combat aérien à des fins d'entraînement. Quelques modèles expérimentaux ont également été équipés de mitrailleuses légères de calibre 30 pour des essais d'attaque au sol, mais aucun n'est entré en service dans cette configuration.

Les opérations d'entraînement

Les pilotes s'entraînaient sur le Stearman sur des aérodromes situés sur le territoire continental des États-Unis, sous l'égide du Army Air Forces Training Command et du Naval Air Primary Training Command. Les bases comprenaient Randolph Field (TX), Moffett Field (CA) et Pensacola Naval Air Station (FL).

Le programme d'entraînement comprenait 60 à 70 heures de vol sur une période d'environ 10 semaines, et se terminait par des vols d'évaluation avant que les pilotes ne passent à des avions d'entraînement plus perfectionnés, comme le North American T-6 Texan. La maniabilité, la stabilité et la robustesse du Stearman en font un appareil adapté aux sorties répétées et aux erreurs des novices.

Utilité de combat et opérations spéciales

Bien qu'il n'ait pas été conçu pour le combat, le Stearman a trouvé des applications indirectes en temps de guerre. En Amérique du Sud et en Amérique centrale, des avions ont été exportés dans le cadre de programmes de prêt-bail vers des pays tels que le Brésil, l'Argentine, le Mexique et la Colombie. Ces pays les utilisent pour des patrouilles côtières, des missions de liaison et des entraînements à la défense aérienne.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, le Stearman a également été utilisé dans le cadre de programmes de formation de pilotes civils et par la Civilian Aeronautics Authority (CAA) afin de former des pilotes pour des missions de transport et de logistique.

Certains étaient équipés de radios de base et de réservoirs largables, ce qui permettait d'effectuer des missions de convoyage sur de plus longues distances. Cependant, aucun Stearman n'a participé à des opérations de combat directes. Comparé aux avions militaires opérationnels de l'époque tels que le Curtiss P-40 Warhawk, le Supermarine Spitfire ou le Messerschmitt Bf 109, le manque de vitesse, de protection et d'armement du Stearman l'excluait de tout rôle de combat viable.

Utilisation militaire après la guerre

Après la Seconde Guerre mondiale, l'armée américaine a rapidement abandonné le Stearman au profit d'avions d'entraînement plus perfectionnés comme le Beechcraft T-34 Mentor et le North American T-28 Trojan, qui offraient un train d'atterrissage rétractable, des cockpits fermés et des vitesses plus élevées.

L'avion a été vendu comme surplus militaire. Des milliers d'entre eux ont été acquis par des civils pour l'aviation agricole, où leur structure était idéale pour être modifiée en épandeurs aériens (crop dusters). D'autres ont été utilisés dans des meetings aériens, pour le remorquage de bannières, ou conservés dans des musées et des collections d'oiseaux de guerre.

Retrait progressif

Le Stearman a été officiellement retiré du service militaire américain en 1950. Au Canada, le PT-27 a été retiré du service peu après la fin de la Seconde Guerre mondiale. Dans les années 1950, la quasi-totalité des appareils encore en état de vol sont passés à un usage civil.

Préservation

Aujourd'hui, des centaines d'avions Boeing-Stearman sont encore en état de vol. Des exemples restaurés se trouvent dans des musées tels que le Smithsonian National Air and Space Museum et l'EAA Museum d'Oshkosh. Des passionnés d'aviation continuent de les utiliser pour des démonstrations de voltige aérienne.