La conception du nez de l'avion, comme toute autre pièce, est le résultat d'une optimisation en réponse à un certain nombre de facteurs. Le Mikoyan-Gurevich MiG-21 'Fishbed' est un chasseur / intercepteur soviétique supersonique de deuxième / troisième génération.

Le premier avion à réaction à entrer en service pendant la Seconde Guerre mondiale, le Messerschmitt Me 262 'Schwalbe ' et Gloster Meteor avaient deux moteurs dans leurs ailes. Dans ces cas, le nez était conçu pour transporter les canons, qui constituaient l'armement principal à l'époque.

^{" Messerschmitt Me 262A au National Museum of the USAF "par le musée de l'USAF - http://www.nationalmuseum.af.mil/shared/media/photodb/photos/040820-F-1234P-081.jpg. Sous licence du domaine public via Commons.}

Les chasseurs à réaction de première génération, comme le F-86 et le Mig-15 étaient subsoniques et avaient des moteurs enterrés dans le fuselage pour réduire la traînée. Le nez portait à nouveau les canons (dans le cas du Mig-25, dans le bas du fuselage).

^{" F86Sabre "de Kowloonese sur Wikipédia en anglais est autorisé sous CC BY-SA 3.0}

Cependant, les avions à réaction de deuxième génération ont été les premiers jets opérationnels à aller supersonique. Le Mig-21 a été conçu en réponse à une spécification du Kremlin, qui exigeait une vitesse de niveau Mach 2 (en altitude), tout en portant un radar simple et une option pour les futurs missiles air-air.

Comme le les moteurs à réaction nécessitent un flux d'air subsonique à l'entrée, le flux doit être décéléré avant d'atteindre le moteur. Au début de la conception (à partir de Ye-50-3), Mig a décidé d'utiliser un corps central conique à cette fin, car il a été décidé que l'avion serait monomoteur avec moteur dans le fuselage (le moteur était censé être le Mikulin AM-9B, cependant, l'avion a fini par utiliser Tumansky R-11).

Cette conception de nez a ralenti le débit à l'aide de deux chocs obliques et d'un amortisseur normal, améliorant la récupération de la pression à des nombres de Mach supersoniques élevés. Le corps central (cône) se déplaçait axialement selon le nombre de Mach. En outre, le corps central abritait le radar et l'équipement associé.

Les Mig 21 de première génération n'avaient qu'un télémètre et le diamètre d'admission avait un cône plus petit.

" Mig21F13web" par Newresid stephanelhernault@yahoo.fr - Travail personnel vecteur de travail drawig travail personnel dessinn vectoriel. Sous licence CC BY-SA 3.0 via Commons. (Image recadrée)

L'image suivante montre le télémètre utilisé dans les premiers modèles de Mig 21.

" MiG-21F-13 radar Keski-Suomen ilmailumuseo" par MKFI - Travail personnel. Sous licence du domaine public via Wikimedia Commons.

La photo que vous avez montrée provient des versions ultérieures (Mig-21 bis de l'IAF), qui avaient les radars du Famille "Sapphire". Pour insérer l'antenne radar dans le cône, le cône a dû être agrandi, par conséquent, tout le fuselage avant a dû être repensé, le diamètre de l'admission a augmenté de plus de 200 mm et le cône lui-même s'est allongé, plus large et s'est déplacé vers l'avant.

" Mig21fishbedHfamilyweb" par Newresid stephanelhernault@yahoo.fr - Travail personnel dessin vectoriel travail personnel dessin vectoriel. Sous licence CC BY-SA 3.0 via Commons. (Image recadrée)

La figure suivante montre la section du cône avant agrandie abritant le radar. Fait intéressant, le cône du nez semble être en bois (à pointe métallique) pour éviter les interférences.

Source: toad-design. com

Un certain nombre d'avions de cette époque avaient des entrées de corps coniques, comme le British Electric Lightning.

" Lightning.inflight.arp.750pix" par Arpingstone - Travail personnel. Sous licence du domaine public via Commons.

Le F-16, quant à lui, dispose d'un simple diffuseur de choc normal. À l'époque du F-16, les radars étaient devenus plus gros et plus importants (les AAM sont devenus l'arme de combat principale, remplaçant les armes à feu), et avaient besoin de plus d'espace dans le nez. En conséquence, les entrées de la plupart des avions s'étaient déplacées sur les côtés / vers le bas. La figure suivante montre le radar AN / APG-68 du F-16.

Source: defenseindustrydaily.com

De nombreux premiers avions à réaction avaient l'admission dans le nez. Voici quelques exemples supplémentaires:

Le cône à l'avant est obligatoire car le Mig-21 est un avion supersonique. Le cône rompt l'onde de choc de sorte que l'air d'admission est subsonique. Le SR-71 est un type d'avion très différent mais vous pouvez voir que ses moteurs ont un style d'entrée très similaire:

La philosophie de conception qui a conduit à la prise de nez était d'installer un radar puissant sur l'avion, ce qui était à son tour une conséquence du passage des canons aux missiles air-air en tant qu'armement principal des avions de combat.

La plupart des conceptions de la fin des années 40 et du début des années 50 ne considéraient pas les radars puissants dans les avions individuels, mais étaient basées sur des radars au sol et des communications radio pour diriger les avions vers leurs adversaires. Une grande partie de cette stratégie était une extrapolation de la Seconde Guerre mondiale, où de grands groupes de bombardiers devaient être interceptés.

Dans les années 50, les progrès de l'électronique et de la propulsion des fusées ont rendu possibles les missiles air-air, et peu à peu, les chasseurs se sont retrouvés dans le rôle de stations au sol, scrutant un vaste espace en profondeur et dirigeant leurs missiles vers des cibles individuelles, tout comme les radars au sol l'avaient fait avec les chasseurs dans les dernières années de la Seconde Guerre mondiale. La portée et les performances du radar nécessitaient une grande parabole dans le nez de l'avion, et l'admission devait se déplacer sur les côtés. En parallèle, l'augmentation de la charge de travail pour les aéronefs individuels a abouti à des conceptions à deux places, où le système radar était exploité par un siège arrière dédié.

Notez que le MiG-21 ou le BAC Lightning avait un radar dans le cône de nez, mais c'était un très petit radar pour l'orientation locale et ne convenait pas à la détection de cibles plus à plus de 100 km et diriger des armes guidées.

Pour savoir pourquoi la prise a été formée telle quelle, veuillez lire cette réponse ici sur Stack Exchange sur la conception de supersonic prises.

F-100 Super Sabre nord-américain (image source). Tout comme le MiG-21, il a été conçu pour être dirigé depuis le sol et engager l'ennemi dans des conditions visuelles.

Convair F-106 Delta Dart (image source). C'était le premier chasseur conçu pour utiliser des missiles comme arme principale. Son système radar était extrêmement complexe, combinant des moyens embarqués et terrestres, pour des opérations tous temps utilisant des missiles à longue distance, y compris une version à pointe nucléaire pour une utilisation contre de grandes formations de bombardiers.

Pour ne pas penser que Mikoyan n'essaierait pas d'intégrer de plus gros radars (image source): Le Ye-8 Un prototype a changé l'admission en une prise abdominale de style F-16 pour faire de la place dans le nez pour un radar Sapfir 21, ce qui a permis au MiG-21 d'engager des cibles dans toutes les conditions météorologiques et de nuit. Le premier vol a eu lieu en avril 1962, mais aucune production n'a suivi.

McDonnell-Douglas F-4 Phantom II (image source). À peine une décennie après le F-100, le nez a été conçu autour d'une parabole radar de 81 cm et l'avion a gagné un opérateur radar dédié pour engager des avions ennemis sans appui au sol et dans toutes les conditions météorologiques. Maintenant, on peut affirmer que ses prises latérales étaient une conséquence de l'utilisation de deux moteurs, mais le F-106 utilisait un seul moteur et avait toujours des prises latérales similaires.

Radar du Phantom II (image source)

Les progrès du contrôle informatique réduisent la charge de travail et la taille de l'avion, donc le F-16 peut être utilisé par une seule personne et possède toujours un radar suffisamment puissant pour un fonctionnement indépendant par tous les temps.

C'est l'admission du moteur à réaction qui lui donne cette forme, bon nombre d'avions de chasse à réaction antérieurs avaient cette configuration. La partie pointue est le cône de choc lorsque l'avion vole en supersonique afin que le choc ne perturbe pas l'aérodynamique de l'avion, en particulier à l'intérieur du moteur.

Image de USAF

Beaucoup d’avions supersoniques de l’époque avaient le même type d’admission, l’anglais Electic Lightning qui me venait à la tête:
^{EE Lightning F6 'XS904 / BQ' par Alan Wilson est autorisé sous CC BY-SA 2.0}
Le cône est de ralentir le flux d'air supersonique, de sorte que l'air est relativement calme lorsqu'il entre dans la turbine, ce qui assure une combustion douce. C'est dans le nez pour que le conduit d'air soit droit, car, sans modélisation informatique, il a fallu beaucoup d'essais et d'erreurs pour concevoir des prises d'air courbes (par exemple dans les ailes).

Pour être extrêmement simple sans trop entrer dans la conception technique du jeu.

Il permet au moteur de respirer à des vitesses élevées.

Vous remarquerez que devant une vitesse élevée ventilateur ou une glacière, il vous sera extrêmement difficile de respirer, essayez de sortir la tête de la voiture et de respirer lorsque vous voyagez à 60 mph, il sera beaucoup plus difficile de respirer que de faire la même chose en voyageant à 20 mph.

C'est le même principe, puisque vous ne pouvez pas réduire la vitesse de l'avion pour lui permettre de respirer, le cône agit comme une main devant votre nez à 60 mph ce qui vous permettra de respirer et de maintenir la vitesse.

Cela perturbe le flux direct de l'air dans le moteur et réduit la vitesse de l'air à des niveaux sous-soniques que le moteur peut traiter.

Fait amusant: le design est déjà présent dans la nature et a été soulevé du faucon pèlerin.

[Balle dans la tête de Keven Law protégée sous CC BY-SA 2.0]

Je ne suis pas un concepteur d'avions, mais je suis presque sûr d'avoir compris la philosophie de conception qui a conduit à ce nez. L'avion a un moteur, qui est positionné le long de l'axe central de l'aéronef. Puisqu'il s'agit d'un moteur à réaction, il a besoin d'une admission. La conception d'admission la plus simple est un tube droit. En raison du positionnement du moteur, cela place l'entrée de l'admission juste au nez. Comme d'autres l'ont mentionné, le cône au centre de l'entrée est présent dans le MiG-21 mais pas, par exemple, le F-86 Sabre, car le MiG-21 est un avion supersonique, et le F-86 ne l'est pas. .

Le Super 7, un J-7 mis à jour, le chinois MiG-21, avait un nouveau nez et des prises. En gros, un F-20 Tigershark greffé sur le fuselage d'un J-7 (Grumman étaient consultants sur le projet). En tant que tel, vous pouvez, en effet, voir un MiG-21 avec un nez plus moderne.

La création du radar orienté vers l'avant a créé un besoin pour un nez sur les avions qui avaient déjà une entrée centrée. À mesure que la taille et la complexité du radar évoluaient, l'exigence d'un cône de nez intégré a évolué. Cela a également permis de concevoir les entrées simples ou séparées.

Comme mentionné ci-dessus, c'est une solution de conception efficace pour le placement d'une antenne pour un radar de contrôle de tir et un diffuseur supersonique pour une prise de jet tout en un seul ensemble qui minimise la section transversale frontale de l'avion, réduisant la traînée. Comme les missiles BVR SARH et TARH sont devenus plus omniprésents en tant qu'armes air-air, cela a nécessité une antenne de plus en plus grande pour le radar de contrôle de tir afin d'augmenter la portée dans laquelle le radar pouvait acquérir et suivre des cibles, forçant le placement des prises de moteur ailleurs en l'avion pour maximiser l'espace disponible sur le nez de l'avion pour ces FCR.

Le cône ou pointe de nez est conçu pour prendre de l'air supersonique et le ralentir jusqu'à subsonique afin que le moteur à réaction puisse l'ingérer. Le pic mig-21 se déplace vers l'avant et vers l'arrière en fonction de la vitesse un peu comme le SR-71, sauf qu'ils fonctionnent en face. La pointe SR-71 commence vers l'avant et se déplace vers l'arrière à mesure que l'avion va plus vite pour amener l'onde de choc à l'intérieur de l'entrée. La pointe mig-21 commence vers l'arrière et se déplace vers l'avant pour maintenir l'onde de choc à l'extérieur de l'entrée lorsque le plan va plus vite car il s'agit d'une entrée de compression externe. Le Convair B-58 Hustler était de la même manière. La plupart des avions supersoniques, y compris le Concorde, ont des entrées de compression externes qui limitent leur vitesse à Mach 2. Ils ont la capacité d'aller plus vite mais au-dessus de Mach 2, cela consomme beaucoup trop de carburant pour être efficace.

Un point non mentionné ici, mais crucial pour cette discussion, est le fait inéluctable que, tous les autres facteurs, c'est-à-dire la sophistication de la technologie, la «loi de Moore», etc., étant pris en compte, l'efficacité d'un radar, un peu comme la lentille d'une caméra, est déterminée par la taille physique de l'antenne, avec des performances augmentant de façon EXPONENTIELLE (!!!), plus le diamètre est grand. C'est pourquoi les séries MiG-29 et Sukhoi Su-27/35 ont toutes des nez si gros et bulbeux, pour mieux compenser une carence dans la conception de la puce, et donc les performances et les capacités électroniques générales. Inutile de dire, étant une loi des plus fondamentales de la physique, que deux objets ne peuvent pas occuper le même espace en même temps, plus l'antenne est grande et son radôme qui l'accompagne, moins il y a d'espace disponible, circonfirentiellement parlant, pour le moteur, dont les besoins à cet égard ne peuvent être compromis. En conséquence, et avec les DEUX (!!) exigences croissantes, quelqu'un a dû se déplacer, et, avec l'antenne radar ayant, pour des raisons évidentes, des "premiers points" sur le nez de l'avion, les entrées ont dû "repositionner" pour aux flancs. ala, F-102, F-104, F-105, F-106, et F-4, F-111, F-114, F-15, etc., sans parler des Migs "23" à "31"! Je pourrais dire "Lightning" remplacé par "Typhoon", ou "Mirage" par "Rafale", mais vous comprenez.