COMPORTEMENT des missiles AIR-AIR

COMPORTEMENT
des missiles AIR-AIR
- 1/17 -
INDEX
1- Enveloppe de tir, influence de l'aspect sur la portée.................3
2- Algorithmes de guidage .........................................................8
3- Portée aérodynamique, influence de l'altitude sur la portée.....10
Le but de cette doc est de couvrir de la manière la plus exhaustive
possible la « philosophie » des missiles : leur façon de se guider, la
manière d'optimiser leur efficacité et leurs chances d'impacter, etc.
La physique de vol des missiles échappe à notre « sens physique »
dans la mesure où nous avons beaucoup de mal à nous représenter
d'après notre propre expérience les forces qui agissent sur des
objets d'une centaine de kilos lancés à trois fois la vitesse du son.
Cette doc vous permettra de mieux cerner les principes qui
régissent le comportement de notre armement, et donc d'optimiser
l'efficacité de vos missiles dans un combat BVR.
- 2/17 -
1- ENVELOPPE DE TIR
L'enveloppe de tir représente la zone à l'intérieur de laquelle un
missile tiré ira jusqu'à l'impact ; on part du principe que la cible ne
manoeuvre pas. En dehors de cette enveloppe, le missile n'aura
pas suffisament d'énergie pour atteindre sa cible.
Pour le côté visuel, voici à
quoi ressemble l'enveloppe de
tir d'un missile quelconque. La
cible est placée au centre du
diagramme.
Le Rmax (pour Maximum
Range)
est
la
limite
supérieure de l'enveloppe de
tir. Au delà de cette limite, la
cible ne pourra pas être
atteinte par un tir, car le
missile n'a pas suffisament
d'énergie pour la rejoindre.
Le Rmin (pour Minimum Range) est la portée en dessous de
laquelle un missile n'a pas le temps d'armer sa charge avant de
toucher la cible. Cette limite se situe entre 500 et 1000 mètres
selon le type de missile utilisé.
- 3/17 -
Lorsqu'un missile arrive dans la zone grise nommée « beam », il
est nécessaire que la cible se trouve à une altitude supérieure à
celle du tireur (dans le cas d'un tir de fox 1) ou supérieure à celle
du missile (dans le cas d'un tir de fox 3) pour être atteinte. Le
beam est détaillé dans la documentation sur les radars.
Les informations de Rmax et de Rmin sont
disponibles sur la gauche de la VTH,
lorsque vous poursuivez une cible par
radar ou par EOS (voir ci-contre)
Vous constaterez que la Rmax s'ajuste
constament lorsqu'une cible manoeuvre
et que son aspect change.
Lorsque la cible fuit par rapport à votre appareil, le Rmax devient
minimal et correspond alors à la No Espace Zone. A ce moment la
cible reste à l'intérieur de l'enveloppe de tir peu importe son aspect,
mais c'est aussi dans ce cas que votre portée est la plus limitée.
La portée est donc très limitée lorsque vous engagez une cible
fuyante (aspect froid), alors que la portée est très étendue
lorsque vous engagez une cible pointée vers vous (aspect chaud).
- 4/17 -
Cela s'explique tout simplement car la cible n'est jamais fixe : elle
avance toujours dans une direction à une vitesse donnée.
Pour mettre cette idée en image, un exemple simple :
- on fixe la vitesse moyenne du missile à 1800 km/h, soit 500m/s
- la cible vole à 900 km/h, soit 250 m/s
- la vitesse du tireur n'a pas d'influence sur le résultat final
Dans le cas d'une cible hot, voilà à quoi ressemble l'engagement :
Le missile évoluant deux fois plus vite que la cible, la cible parcourt
donc 1/3 de la distance nécessaire à rejoindre le point
d'impact, et le missile parcourt 2/3 de cette même distance.
Autrement dit, si le missile est capable de parcourir 40km avant de
tomber à court d'énergie, et si la cible évolue à la moitié de la
vitesse du missile, la cible parcourt 20km vers votre appareil, et
votre portée effective (Rmax) est de 60km.
- 5/17 -
Cas inverse, les vitesses sont les mêmes, mais la cible fuit :
Le missile parcourt toujours la même distance (40km), mais cette
fois la cible parcourt ses 20km à l'opposé de votre appareil. Votre
portée effective (Rmax) est donc de 20km.
Entre ces deux cas, la portée effective a été réduite de deux tiers !
Vous remarquerez sur la vue de la VTH présente un peu plus haut
que la limite de la No Escape Zone se trouve à un tiers du Rmax.
Bien évidemment les vitesses respectives de la cible et du missile
ont une importance capitale sur l'enveloppe de tir :
- Dans le cas d'une cible beaucoup plus lente que le missile,
l'enveloppe de tir coté froid augmente énormément, alors que
l'enveloppe de tir coté chaud se réduit.
- A l'inverse, l'enveloppe de tir sur une cible très rapide aura un
coté chaud très étendu, et un coté froid réduit à l'extrême.
Dans le cas extrême et rare où la vitesse de la cible est supérieure
à la vitesse du missile avec un aspect froid, la cible est totalement
intouchable en secteur arrière ; autrement dit, le Rmax se trouve
en avant de la cible sur le diagramme de l'enveloppe de tir.
- 6/17 -
Il est bon de savoir que l'enveloppe de tir affichée dans la VTH
(qu'on appelle aussi DLZ – Dynamic Launch Zone) ne tient
absolument pas compte de la vitesse de la cible dans son calcul.
C'est donc au final à vous d'affiner au mieux les informations de la
DLZ pour déterminer si vous vous trouvez dans l'enveloppe ou non,
en particulier pour les tirs en secteur arrière (côté froid).
Enfin, les manoeuvres de la cible compliquent énormément la
tâche du tireur. Par exemple, il est tout à fait possible lors d'un tir
effectué coté chaud et bien à l'intérieur de l'enveloppe de tir,
qu'une manoeuvre de la cible pour réduire son aspect donne
finalement une nouvelle enveloppe de tir selon laquelle le missile a
été tiré au delà du Rmax et est donc hors de portée de la cible.
Il faut donc retenir que
l'enveloppe de tir n'est
valable qu'au moment du tir ;
le
changement
des
paramètres de l'enveloppe
(changement d'aspect de la
cible,
ralentissement
ou
accélération de la cible)
doivent être anticipés au
maximum.
Le plus simple pour cela est de ne pas tirer systématiquement au
Rmax, mais d'attendre pour se trouver le plus loin possible dans
l'enveloppe de tir et ainsi maximiser ses chances d'impact.
- 7/17 -
2- Algorithmes de guidage
L'algorithme de guidage d'un missile détermine de quelle façon ce
missile va se guider jusqu'à l'impact sur sa cible. Par exemple, le
missile va-t-il aller droit vers sa cible, ou tenter de lui couper la
route pour minimiser la longueur de son trajet ?
Il existe 3 trajectoires principales :
- la poursuite pure (pure pursuit)
- l'interception (lead collision)
- la poursuite proportionelle (proportional navigation)
Visuellement,
voici
une
comparaison
de
ces
trois
trajectoires de poursuite lors du
guidage d'un missile quelconque.
Le premier point sur chaque
courbe représente le moment de
l'extinction du moteur a poudre,
qui a lieu au même moment dans
les 3 cas. Le deuxième point
représente le point d'impact.
Chaque type de poursuite a ses défauts et ses avantages ...
L'interception est la plus efficace, c'est à dire que c'est suivant
cette trajectoire que le missile parcourt le moins de distance et
impacte le plus vite. Mais une interception parfaite est impossible
à réaliser à partir du moment où la cible est manoeuvrante.
- 8/17 -
La poursuite pure est la plus simple car elle ne nécessite aucun
calcul complexe. Le missile se contente d'aller droit sur la cible,
ce qui se traduit par une trajectoire très courbée. C'est le type de
poursuite le moins efficace en terme de portée.
La poursuite proportionelle quant à elle consiste à rendre nulle la
variation de la ligne de vue du missile sur sa cible. Par exemple,
lorsque la cible dérive sur la gauche du capteur du missile, le
missile corrige vers la gauche. Et lorsque le missile voit sa cible aller
vers sa droite, il corrige vers la droite.
C'est le type de poursuite qui se rapproche le plus de l'interception
en terme d'efficacité tout en étant applicable à des cas
opérationnels où la cible manoeuvre. Le gros intérêt de ce type de
poursuite est que le missile n'a pas besoin de connaître la distance
de sa cible pour suivre une poursuite proportionelle efficace.
Le gros défaut de la
poursuite proportionelle est
qu'il est facile d'épuiser le
missile
en
changeant
constament de trajectoire, du
fait que le missile vise
toujours un point en avance
de la position de la cible.
La forme étrange de la trajectoire s'explique par la variation de la
vitesse du missile : lors de son accélération, le missile revient
progressivement vers la cible, et il tend à viser de plus en plus à
l'avant de la cible lorsque sa poudre est consommée et que sa
vitesse décroit.
Dans Lock On, tous les missiles sont guidés suivant un algorithme
de poursuite proportionelle.
- 9/17 -
3- PORTEE AERODYNAMIQUE
Comme nous l'avons vu au chapitre 1, la portée aérodynamique
d'un missile (i.e, la distance qu'il parcourt avant de tomber à court
d'énergie) n'est pas influencée par l'aspect de la cible : que votre
cible s'approche ou s'éloigne, le missile va pouvoir parcourir une
distance identique.
C'est la portée efficace qui tient compte de l'aspect de la cible, de
la vitesse de la cible, de l'angle du tireur et de la portée
aérodynamique du missile employé.
La portée aérodynamique est liée à plusieurs facteurs : altitude
de la cible, altitude du tireur, vitesse du tireur, taille du booster du
missile, durée de combustion de la poudre, profilage du missile, etc.
La plupart de ces facteurs sont dynamiques : ils évoluent
constament, et il est impossible de dire « un missile peut parcourir
telle distance » si les facteurs ne sont pas connus.
Le seul chiffre connu est la portée aérodynamique maximum, qui
est atteinte lorsque tous les facteurs sont à leur valeur la plus
favorable. Cette portée maximum est de 75km pour un R-27ER,
50km pour un AIM-120, 20km pour un R-73 etc.
- 10/17 -
Il est évident que la portée
aérodynamique maximum est
très rarement atteinte dans
une situation normale : dans le
cas où la cible avance vers
vous à la moitié de la vitesse
du missile, cela donnerait une
portée efficace de 110km
pour un R-27ER !
Dans les faits, la portée efficace sur un engagement face à face se
situe plutot aux environs de 40-50km pour un R-27ER.
Parmi les facteurs qui entrent en jeu, certains ont plus d'influence
que d'autres. La vitesse du tireur par exemple, dans la modélisation
adoptée par Lock On, n'a que très peu d'influence sur la portée
aérodynamique du missile. Le missile accélère jusqu'à une vitesse
maximum fixée pour une altitude donnée.
Tirer un missile depuis un avion plus rapide va raccourcir le temps
que met le missile à atteindre cette vitesse « limite », mais la
différence est inférieure à une seconde entre un tir « lent » et
un tir « rapide ». Il est donc plus intéressant de rester relativement
lent pour réduire autant que possible le Rmax de l'adversaire ;)
Le profil de la tête du missile a déjà plus d'influence. Cette
différence est visible entre le Rmax d'un R-27ER et le Rmax d'un
R-27ET dans des conditions identiques. Cette différence de l'ordre
de 15% à 20% s'explique apparemment par la tête arrondie du R27ET, peu optimisée pour le vol à très haute vitesse, comparée à la
tête en forme d'ogive du R-27ER.
- 11/17 -
La quantité de poudre disponible pour l'accélération du missile est
bien évidemment un facteur important, fixe pour chaque type de
missile. Le booster d'un R-27ER/ET par exemple fonctionne pendant
12 secondes, le missile terminant le reste de sa course en inertie,
utilisant l'énergie accumulée pendant l'accélération.
Les deux derniers facteurs, à savoir l'altitude du tireur et
l'altitude de la cible, sont de loin les plus importants. Ils
peuvent être regroupés comme un seul facteur, qui est la densité
de l'air que rencontre le missile pendant sa course. Plus le missile
vole haut, moins l'air offre de résistance.
Ce facteur est si important qu'il est plus intéressant de tirer un
missile sur une cible plus haute que vous plutôt que sur une cible
à la même altitude. L'énergie dépensée par le missile pour
atteindre une cible en altitude est compensée plusieurs fois par
l'énergie économisée avec la réduction du frottement de l'air.
Cette idée peut sembler assez étrange au premier abord et c'est
tout à fait normal : notre « sens physique » nous pousse à croire
qu'il est plus facile d'avancer à l'horizontale que de monter (les
cyclistes en savent quelque chose). Mais notre « sens physique » a
surtout beaucoup de mal à considérer la force du frottement de l'air
exercée sur un objet se déplaçant à plus de mach 3 ;)
- 12/17 -
Pour illustrer cette idée, rien de mieux qu'un graphique issu de
tests réalisés sous Lock On. Ces tests mettent en évidence la
modélisation adoptée par les concepteurs du simulateur.
Indiquer des portées en km n'aurait pas beaucoup de sens puisque
la cible utilisée lors des tests manoeuvre et modifie ainsi la
distance parcourue par le missile avant l'impact. L'indice de
portée retenu ici est donc le temps écoulé entre le tir du missile et
le moment où le missile passe sous la barre des 1500 km/h. Les
résultats sont les mêmes si l'on mesure la portée du missile en km.
- 13/17 -
Il est important de se rappeller que la DLZ ne tient pas compte de
l'altitude de la cible. L'influence de ce paramètre sur la portée de
votre missile doit donc être interprêtée par vos soins.
On observe ceci :
- Entre un tir à 1 000 mètres et un tir à 10 000 mètres, la portée du
missile est multipliée par deux. Pour un R-27ER, on passe grosso
modo de 30km à 60km de portée aérodynamique,
- L'altitude de la cible influe nettement, mais beaucoup moins que
l'altitude du tireur. Lorsque la cible passe de 1 000 à 8 000 mètres,
la portée efficace augmente de 30% en moyenne,
- Un tir de 1 000 mètres vers 8 000 mètres est presque aussi
intéressant qu'un tir de 8 000 mètres vers 1 000 mètres : la
différence n'est que de 20%.
Cette légère différence en faveur du tir de haut en bas s'explique
par l'aide de la gravité pour économiser l'énergie lorsque le missile
descend (prendre de l'altitude par inertie est très, très coûteux en
énergie), et par le fait que la trajectoire en cloche du missile lors
d'un tir en haute altitude lui fait atteindre une altitude maximum
beaucoup plus élevée, et donc une densité de l'air beaucoup plus
faible au moment où sa poudre est consommée, alors qu'un missile
tiré de bas en haut n'ira jamais plus haut que sa cible.
- 14/17 -
La même chose, en image :
Les courbes représentent la trajectoire d'un missile tiré dans les
différents cas. Bien évidemment l'échelle horizontale est très
réduite, car au ratio réel le schéma serait plusieurs fois plus large
que la page ;)
Si l'on reprend les résultats obtenus précédemment, en prenant
comme référence le tir de 1000 mètres vers 1000 mètres, les
performances chiffrées sont les suivantes :
Cas de test
Portée
aerodynamique
1000 -> 1000 1000 -> 8000 8000 -> 1000 8000 -> 8000
100 %
145 %
- 15/17 -
180 %
255 %
On peut donc conclure que la portée d'un missile va être très
largement déterminée par l'altitude à laquelle ce missile va
voler pour rejoindre sa cible. Mais paradoxalement, plus vous volez
haut, et plus votre radar aura de difficulté à maintenir un
verrouillage stable sur sa cible (ce problème étant lié aux effets du
look-down).
Le profil de tir idéal d'un missile longue portée sera donc celui qui
vous permet d'acquérir votre cible en look-up pour une portée de
détection et de verrouillage maximale, puis de donner au missile un
maximum d'altitude pour maximiser sa portée, avant de vous
replacer plus bas que la cible pour bénéficier des avantages du
look-up lorsque vous maintenez votre verrouillage.
Cela suppose évidemment d'avoir un appareil suffisament
puissant, capable de prendre de l'altitude très rapidement. Si c'est
le cas du F-15 et du MiG-29 qui développent des taux de montée
assez hallucinants, vous devrez prendre un peu d'élan en palier
pour atteindre ce même profil de tir avec un Su-27 ou un Su-33 ;)
- 16/17 -
Références :
- le manuel de Lock On,
- Robert L. Shaw - Fighter Combat-Tactics and Maneuvering : la bible du combat aérien
dispo ici http://www.amazon.co.uk/gp/product/0870210599/202-34106261724635?v=glance&n=266239
- les touillettes en bois du Starbucks Cafe de la Défense,
- les forums Check-Six,
- les relectures minitieuses et éclairées de Romaniak, Psycho, Azrayen' et HubMan
- d'inombrables tests in-game. Y'a que ça de vrai ;)
- les analyses fines des tests sus-cités, rendues possibles grace à TacView :
http://lomac.strasoftware.com/tacview-fr.php
-- Document réalisé par Gilles « Major Bug » Denoueix dans le cadre de l'EVAC -© 2007
- 17/17 -