Le J-20 embarqué est-il envisageable ?

Compte tenu du cycle relativement long, entre 7 et 12 ans minimum, du développement d’un avion de chasse, et le fait que l’arrivée du 3ème porte-avions chinois en version CATOBAR n’est plus un doux rêve mais une certitude, qui sera l’avion embarqué de demain pour la marine chinoise ?

Est-il réaliste de transformer le J-20, qui est en cours de livraison à l’armée de l’air chinoise, en version embarquée ?

Pour essayer de répondre à ces questions, il y a des paramètres spécifiques autour d’un groupe aéronaval et des données à prendre en compte. Mais ils sont si nombreux qu’il est simplement impossible d’être appréhendés par une personne ni de les considérer tous dans un article, et certaines données ne sont pas encore accessibles aujourd’hui.

Je vais donc donner quelques unes de mes idées en m’appuyant uniquement sur les points suivants, avec certains chiffres collectés de mes sources ou trouvés dans les documents universitaires chinois :

  • Les besoins de base à remplir par un avion embarqué
  • Les contraintes sommaires associées
  • La taille du porte-avions et de son hangar
  • Le prix et la capacité budgétaire
  • Le timing

Le MTOW et la taille de l’avion embarqué

Commençons par la masse maximale au décollage d’un avion qui donne une très bonne indication sur le temps que l’avion peut rester en vol.

Combien de temps un avion embarqué doit rester en vol en temps normal ?

Dans une étude réalisée par un docteur de l’Académie navale de la marine chinoise en Septembre 2013, les avions de chasse embarqués devraient patrouiller à au moins 200km du porte-avions. Une autre étude faite par un groupe de chercheurs militaires de la National University of Defense Technology considère que la couche extérieure de la défense antiaérienne devrait se situer entre 185km à 400km d’un groupe aéronaval.

La durée de chaque mission de patrouille en vol dans ces deux études est estimée à 2h, et les appareils volants à une vitesse variée entre 1 100km/h et 1 200km/h, soit une distance franchissable de 2 600km à 3 200km.

Si on estime qu’il faudrait 4kg de kérosène pour parcourir 1km, on aura donc besoin entre 10 400kg et 12 800kg de fuel (interne + externe), plus environ 2 000kg de réserve de sécurité.

La masse à vide d’un tel avion ne peut alors être inférieure à 16 000kg. Si on rajoute maintenant l’armement et les pylônes, les fluides nécessaires au vol et le (ou les) pilote…etc, le MTOW devrait compter au minimum dans les 30 000kg, sinon plus.

Le J-20 d’aujourd’hui, même sans la masse structurelle qui devrait être alourdie par les contraintes d’un avion embarqué – comme la structure et les trains renforcés, les matériaux spécifiques pour faire face aux conditions en mer, la crosse d’arrêt…etc – devrait déjà peser dans cette catégorie de poids.

Extrait d'une étude de conception de hangar (Harbin Engineering University)

Extrait d’une étude de conception du hangar (Harbin Engineering University)

A titre de comparaison, le MTOW des principaux avions de chasse embarqués de nos jours est de –

  • 21 400kg pour le Rafale M avec catapulte
  • 29 937kg pour le F/A-18E avec catapulte
  • 31 800kg pour le F-35C avec catapulte
  • 30 000kg pour le Su-33 (le porte-avions à 7kn, longueur de piste 195m)
  • 32 800kg pour le Su-33 (le porte-avions à 15kn, longueur de piste 195m)
  • 33 724kg pour le F-14A avec catapulte

Une masse de plus de 30t engendre systématiquement une taille plus conséquente de l’appareil.

Dans la conception de l’avion embarqué et du porte-avions, les dimensions du premier et la taille du hangar sont étroitement liées, les deux s’influencent mutuellement. La taille du hangar est elle-même limitée aussi par le déplacement du porte-avions.

Et tous ceux-ci font partie des paramètres qui impactent le SGR (Sortie Generation Rate) du porte-avions, donc l’efficacité d’un groupe aéronaval. Ce point peut faire l’objet d’un autre article plus tard.

A titre d’information, le hangar du porte-avions chinois 16 Liaoning mesure environ 26,4m de large pour un déplacement autour de 50 000t. Il peut emporter au total 36 appareils dont 24 avions de chasse J-15. Même s’il n’existe pas de relation linéaire entre le déplacement du porte-avions et la taille de son hangar, mais les deux restent liés naturellement.

Au niveau de la dimension, le Su-33 par exemple mesure 21,94m de long pour une envergure de 14,70m, ou 8,4m une fois les ailes repliées (le J-15 a le même chiffre, c’est normal vu qu’ils sont tous les deux issues des mêmes prototypes T-10K). L’envergue de F/A-18E est de 9,94m (ou 9,32m selon certaines sources) les ailes repliées.

Aucune donnée officielle sur ses dimensions n’est disponible aujourd’hui pour le J-20, mais d’après les mesures très approximatives qu’on peut réaliser dans Google Earth, sa longueur avoisine les 21m et son envergure dans les 13,7m.

Des J-7, J-10 et J-20 au CFTE, Yanliang.

La différence de taille entre les J-7, J-10 et J-20 – CFTE, Yanliang.

Pour un avion comme le J-20 qui serait plutôt conçu pour concilier la résistance transsonique et la résistance supersonique ainsi que la manœuvrabilité post-décrochage (过失速机动), donc avec une voilure optimisée pour ces effets, passer d’une envergure de 13,7m à 9m en y intégrant les mécanismes pour pouvoir plier les ailes, tout en devant tenir compte de la furtivité de l’ensemble, pourrait poser pas mal de difficultés techniques aux ingénieurs de l’Institut 611 à Chengdu.

On peut constater ceci sur cette photo en bas, en imaginant qu’il faudra pouvoir plier l’aile à l’endroit où il y a l’étoile rouge de l’insigne de l’armée de l’air, c’est-à-dire à environ 2,65m à partir du bout de l’aile, sachant que la voilure de J-20 est assez fine en épaisseur.

Dernier prototype de J-20 immatriculé 2017

Dernier prototype de J-20 immatriculé 2017

Il faudrait également améliorer sa performance à faible vitesse, primordiale pour un avion embarqué dont la vitesse d’appontage est très contrôlée, et la masse maximale à l’appontage en dépend fortement.

Mais d’un point de vue ingénierie, il est toujours plus facile d’essayer optimiser une grande plateforme, comme le J-20,  que de devoir agrandir et alourdir une petite, si on doit par exemple transformer le FC-31 d’aujourd’hui à un engin de plus de 30t.

Si on prend en compte le fait que le nombre de groupes aéronavals chinois devrait être inférieur à celui des Américains, et la marine chinoise a beaucoup moins d’expériences dans l’exploitation des forces aéronavales, alors des appareils plus lourds et donc plus autonome permettraient aussi de soulager la pression sur l’efficacité des opérations sur le pont d’envoi.

Le prix et le planning

On ne connait pas le prix exact de J-20 aujourd’hui, mais on sait par exemple que son revêtement coûte plus de 2 millions de Yuan (268 k€) par m², ou encore son radar à antenne AESA vaut plus de 100 millions de Yuan (~13 M€).

Certaines rumeurs parlent de pas moins de 800 millions de Yuan, soit plus de 107 millions d’euro, pour un J-20 clé en main. Même s’il ne s’agit que des rumeurs, mais le montant me paraît cohérent.

L’acquisition de l’arment est une équilibre entre « ce qu’on veut faire avec » et « ce qu’on peut se permettre financièrement ». Voyons maintenant combien coûtera à la marine chinoise si elle devait choisir le J-20 comme son futur avion embarqué.

J’ignore quelle est la proportion du prix d’achat d’un avion de chasse par rapport à son LCC (Lifecycle Cost). Mon expérience dans l’aviation civile me dit que l’acquisition initiale représente environ 25% de LCC, dans le cas d’un A320 pour une compagnie aérienne par exemple.

Si on extrapole ce ratio en y appliquant un taux d’inflation de 3% par an, il faudra rajouter 576 M€ de frais de services pour 25 ans de cycle de vie de l’engin, en plus des 107 M€ d’achat initial, soit environ 583 M€ au total pour un J-20 non navalisé.

En supposant que la Chine disposera de 3 porte-avions CATOBAR au final, et chacun aura au moins 40 avions de chasse (70 000t de déplacement), cela coûtera mathématiquement près de 70 Md€ si les 120 avions sont tous des J-20.

On va dire que c’est une paille vu la taille de la Chine et de son économie, mais si on voit que le LCC d’un J-20 sur 25 ans revient au même prix pour acheter un destroyer Type 055 de 12 000t, on aura probablement une autre vision des choses.

Mes sources en Chine aiment bien me dire que « Pour chaque Yuan de budget, on est obligé de le dépenser en 2 fois 50 centimes ». Une expression que j’ai mis du temps à comprendre – C’est tendu au niveau du budget pour la marine chinoise, même si le gouvernement chinois semble faire pencher un peu plus la balance budgétaire vers eux aujourd’hui.

C’est pour cette raison qu’il me paraît improbable d’avoir une flotte « tout J-20 » ou « tout avion furtif lourd », du moins pas dans un premier temps.

Avion emarqué J-15TSi le variant de J-20 est choisi comme l’avion embarqué de prochaine génération, il sera certainement accompagné d’un avion « low-end », moins cher à l’achat et à l’exploitation, mais de taille comparable – par exemple le J-15T (??) version catapulte qui est actuellement en développement.

Nous avons toujours un autre alternatif qui est le FC-31, mais aucune indication sur son prix n’est disponible aujourd’hui. Il est donc difficile de faire une quelconque comparaison, notamment si on part de l’hypothèse qu’il faudra l’agrandir pour répondre aux besoins de la marine.

Au niveau de timing, on sait que Chengdu prépare actuellement la livraison de ses premiers J-20 à l’armée de l’air chinoise, signe que le programme a atteint une certaine maturité et que le bureau d’études pourrait être libéré en partie.

Si Chengdu est choisi pour fournir le futur avion embarqué à la marine, il faudrait tout de même rajouter 5 à 7 ans, à mon avis, pour transformer puis livrer le premier J-20 modifiée donc il ne sera pas disponible avant 2021 au plus tôt. Date à laquelle que le premier porte-avions CATOBAR Type 002 pourrait être livré à la marine chinoise.

En revanche, si le FC-31 de Shenyang est choisi, il faudra très probablement 7 à 12 ans pour voir le produit abouti, car agrandir une telle plateforme revient à concevoir un nouvel avion.

Qui plus est, ni l’armée de l’air ni la marine chinoise n’avait été impliquée dans la définition et la spécification de FC-31 dès le début, donc il y a beaucoup de choses à reprendre entièrement.

Alors que dans le cas de J-20, la marine chinoise et les industriels du secteur naval avaient déjà initié les échanges avec l’Institut 611 de Chengdu depuis 2007, d’après l’une de mes sources.

D’ailleurs la lecture de certaines publications récentes laisse penser que Chengdu aurait déjà démarré la conception du variant embarqué de J-20.

Dans l’article paru le 9 Août dernier dans le journal China Aviation News du groupe AVIC par exemple, on apprend qu’une équipe de Chengdu est en train de travailler sur un pièce de structure qui doit répondre à l’exigence de « supporter une charge importante » et d’être « léger », et qui doit fonctionner dans « un espace confiné ».

Les travaux ont d’ailleurs nécessité une « collaboration trans-métiers et trans-spécialités ».

Je pense personnellement qu’il s’agit du développement de train d’atterrissage, qui doit être repensé et renforcé dans le cas de version embarquée. Cela reste à confirmer, bien entendu.

Objectivement, l’Institut 601 de Shenyang a plus d’expériences dans la conception des appareils aéronavals lourds. A part le J-15 et ses variants (biplace et guerre électronique), il est aussi le premier bureau d’études en Chine à avoir initié les pré-études associées dans les années 80′.

Mais si le produit qu’ils proposent dans la compétition de l’avion embarqué futur est un FC-31 agrandi, alors je douterai très fort qu’il puisse être réalisé dans les temps par rapport à l’exigence du pays et de la marine.

Avion emarqué J-15S

J-15S, la version embarquée biplace du J-15

L’Institut 611 de Chengdu n’a certes jamais conçu de l’avion embarqué, mais le J-20 est une plateforme plus mature et plus facile à transformer aujourd’hui que le FC-31. Et la « spécificité » embarquée pourrait être « transférée » par Shenyang – les deux instituts étant gérés par la même maison mère AVIC – moyennant peut-être une coproduction de l’avion par la suite pour équilibrer les intérêts de chacun.

Avec le début de la construction du 1er porte-avions CATOBAR chinois d’ici 2017, on ne devrait plus tarder de connaître le choix définitif du futur avion embarqué, sachant que la marine chinois avait déjà exprimé ce besoin depuis 2003, dans son dossier soumis au gouvernement.

Et vous, qu’en pensez-vous ?

Henri K.

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Et si la vision du monde est "biphasée" ? C'est ce que Henri a toujours cru, c'est également comme cela qu'il voit la Chine. Maladroit dans son écriture, souvent perdus dans ses pensées, pourtant ce responsable technique en aéronautique essaie chaque jour de partager avec vous les actualités sur l'Empire du Milieu, avec notamment les éléments à la source que vous ne verrez probablement jamais ailleurs en France.

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