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Le Grumman F-14 prit le rôle qu'au milieu des années 60 aurait normalement du être assurée par la version navale de l'avion de frappe nucléaire à géométrie variable, le General Dynamics F-111. Avant que le programme du F-111B ait été annulé en été 1968, Grumman, aussi responsable du développement de la version F-111B, avait déjà acquit une bonne expérience dans la conception de chasseurs embarqués à géométrie variable en répondant à un appel d'offre précédent de l'US Navy. Parmi quatre compétiteurs, la Navy avait retenu la proposition de Grumman, le G-303 en janvier 1969. Après inspection de la maquette par la Navy quatre mois plus tard, un contrat initial portant sur 12 machines de développement fut signé. La première de celles-ci effectua son premier vol le 21 décembre 1970, mais fut perdue neuf jours plus tard à cause d'une panne hydraulique totale. En dépit de ces déboires, le programme de développement fut maintenu et le deuxième avion effectua son premier vol le 24 mai 1971.
Issu d'une technologie postérieure à celle du F-111, le F-14A fut pensé dès le début pour être opéré à partir des porte-avions de l'US Navy. Il était unique de par l'utilisation de plans mobiles compensant les déplacements de centre de poussée aux vitesses supersoniques. Pendant que les ailes principales pivotaient vers l'arrière, ces plans étaient déployés automatiquement pour maintenir le contrôle en tangage. Grâce à la géométrie variable, le Tomcat pouvait adapter sa configuration à toutes les conditions de vol, que ce soit lors des phases de décollage et d'atterrissage sur porte-avion, lors de combats aériens ou lors de missions d'attaque à basse altitude. La flèche de l'aile était maintenue optimale à l'aide d'un programmeur de mach relevant le pilote de cette tâche et lui permettant de se concentrer entièrement sur sa mission. Les dispositifs additionnels incluaient des volets de bord de fuite s'étendant sur toute la longueur de l'aile, des spo ilère, des volets de bord d'attaque et un empennage horizontal monobloc participant au contrôle en roulis. La structure du Tomcat était renforcée de par l'utilisation de composants en titane, boronépoxy et autres composites.
Le rôle primaire du Tomcat fut d'assurer la défense aérienne à longue distance de la flotte US. L'armement inclut des missiles air-air tels que le ''Sparrow'', des AIM-9 Sidewinders à moyenne portée ainsi qu'un canon de type Gatling. L'armement primaire se composait de six missiles air-air Hughes Phoenix ayant une portée de plus de 200 kilomètres. L'utilisation d'un radar très performant AWG-9 de chez Hughes permettait au Tomcat de détecter une cible volant à plus de 160 kilomètres. Le F-14A pouvait également être utilisé pour l'attaque à basse altitude, les missiles air-air étant alors remplacés par plus de 6.500 kg de bombes montées sur pylônes externes.
La version initiale du Tomcat, le F-14A, entra en service dans la marine des USA en octobre 1972 lorsque les premières livraisons furent effectuées aux escadrons VF-1 et VF-2. En 1979, l'Air Naval Test Center de Patuxent entame le développement d'un système tactique de nacelle de reconnaissance (TARPS). Environ 50 F14A furent équipés de ce système, augmentant les capacités de reconnaissance tactique de la machine.
Au moment où la production prit fin en mars 1987, 554 F14A avaient été construits, y compris les 12 avions de développement. Trente deux machines furent subséquemment modifiées à la norme F-14A(plus), 18 en F-14D(r) et 79 autres furent vendus à l'Armée de l'Air iranienne au milieu des années 70. L'escalade des coûts devait sensiblement ralentir le développement des F-14B et F-14C. Deux prototypes de F-14B furent produits en installant des réacteurs Pratt & Whitney F401-P-400 de 12.740 kg de poussés. Le premier vol eu lieu le 12 septembre 1973, mais la seconde machine ne fut jamais terminée. Le développement du F-14C à moteurs TF30P-414A et à l'avionique avancée fut également arrêté.
En 1984 commença le développement d'une version améliorée du Tomcat, le F-14A(plus). Re-motorisé avec les réacteurs General Electric F110-GE-400 de 12.250 kg de poussée, le premier de 32 conversions vola le 29 septembre 1986, suivi par le premier avion de production le 14 novembre 1987. Les livraisons furent effectuées d'avril 1988 à mai 1990 et c'est en 1991 que le F-14A(plus) fut renommé F-14B.
En 1981, Grumman accompli un court programme d'essai d'un Tomcat équipé de deux réacteurs GE F101-DFE ("Derivative Fighter Engines") Bien qu'il n'y eu aucun plan pour utiliser ce moteur dans le F-14 (il fut plus tard utilisé pour le F-16), ceci permit à Grumman d'acquérir les connaissances nécessaires au développement de leur technologie de "Super Tomcat".
Au milieu des années 80, des fonds furent allégués pour le développement d'un Tomcat amélioré, le F-14D. Avec un radar AN/APG-71 et un nouveau système de siège éjectable (NACES). 37 machines hors d'une commande de 127 avaient étés terminés lorsque le programme fut décommandé en 1989, puis ressuscité en 1990, décommandé à nouveau en février 1991 et partiellement reconstitué en avril de la même année.
Le premier de trois conversions de développement devait voler le 24 novembre 1987 et la première livraison effectuée à l'escadron VX-4 en mai 1990. Le premier F-14D(r) fut livré à l'escadron d'entraînement VF-124 à partir de juin 1990.
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