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1. 2 MODULE 1 Dans ce module, vous apprendrez : - à classer les engins volants suivant leur ordre d apparition historique; - à classifier les aéronefs.

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2 2 MODULE 1 Dans ce module, vous apprendrez : - à classer les engins volants suivant leur ordre d apparition historique; - à classifier les aéronefs en fonction de leurs caractéristiques; - à connaître la terminologie de base qui caractérise les avions et leur environnement. Ce module a été conçu et réalisé par Bernard GUYON, Cdb 777 à Air France et instructeur à lAéro-club du Béarn, et Stéphane MAYJONADE, instructeur BIA et CAEA.

3 3 QU EST CE QU UN AÉRONEF ? LOACI (Organisation de lAviation Civile Internationale) a retenu pour définition du mot aéronef : « Appareil ou machine capable de sélever dans l'atmosphère, de sy maintenir, de sy déplacer et/ou deffectuer une descente contrôlée jusquau sol, et ce quel que soit son mode de sustentation et son mode de propulsion. » À partir de la définition ci-dessus, nommez les aéronefs qui vont vous être présentés maintenant par ordre dapparition historique et réfléchissez à la façon dont vous pourriez les classifier.

4 avant J.C

5 5 LE CERF - VOLANT est apparu simultanément en Asie et dans la Rome antique; est sous sa forme romaine lancêtre dun objet que lon trouve encore aujourdhui sur tous les aérodromes et aéroports du monde; À votre avis, quel est cet objet?

6 6 LA MANCHE À AIR : cest elle qui renseigne sur la direction et la force du vent.

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8 8 Le nombre de « ballons » figurant sur la photo précédente se monte à: - 10, réponse A; - 14, réponse B; - 19, réponse C; - 22, réponse D. Non, cétait pour rire (lol), mais comment se nomment néanmoins ces ballons?

9 9 LA MONTGOLFIÈRE Inventée en 1783 par les frères Montgolfier; A dabord été retenue au sol sous forme de ballon captif par un câble appelé élingue, avant de devenir ballon libre; A emmené des animaux de basse-cour avant demmener des êtres humains; Son premier vol « humain » a été effectué par Pilâtre de Rozier et le Marquis dArlandes.

10 10

11 11 LE PARACHUTE Inventé en 1797 par le français André Garnerin, il existe actuellement sous deux formes: - le parachute sphérique utilisé par les militaires ou de manière balistique; - le parachute rectangulaire utilisé par les civils, et quon appelle aussi « aile » ou « voile ».

12 12 Parachute balistique

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14 14 LE DIRIGEABLE Piloté pour la première fois en 1852 par Henry Giffard; Est lancêtre des Zeppelins, dont laccident tragique du « Hindenburg » en 1936 sonna le glas de ce mode de transport aérien. Revient à la mode à lheure actuelle, avec une vocation cette fois-ci publicitaire et/ou dobservation.

15 : LÉole de Clément Ader, qui inventa également le mot « avion ».

16 à 1897: Otto Lilienthal effectue plus de 1000 vols en planeur.

17 : le planeur des frères WRIGHT

18 18 Un planeur à lheure actuelle.

19 : lavion des frères WRIGHT: le « Flyer » Pour voir la vidéo, cliquer sur le Flyer

20 : naissance de lhélicoptère. 2006: Le Tigre en démonstration à Pau.

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22 22 LAUTOGIRE Est apparenté à lhélicoptère de par le fait quil utilise un rotor; Est apparenté à lavion de par le fait quil utilise une hélice, tout simplement parce quil est dans limpossibilité de décoller verticalement ou deffectuer du vol stationnaire.

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24 24 LE DELTAPLANE Inventé dans les années 50 à partir des cerfs-volants triangulaires de Francis ROGALLO; Conçu pour emmener une à deux personnes; A donné naissance aux premiers ULM pendulaires (Ultra Légers Motorisés).

25 25 Un ULM pendulaire.

26 26 Un ULM multiaxes: Le Skyranger

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28 28 LE PARAPENTE Inventé en 1978; A donné naissance quelques années plus tard au paramoteur, connu du grand public par lutilisation quen a fait Nicolas HULOT dans ses émissions « Ushuaïa »; Le paramoteur est classé dans la catégorie des ULM.

29 29 Un paramoteur

30 : lancement de la navette spatiale Columbia. Nous sommes dans lère des véhicules aérospatiaux

31 : Spaceship One est le premier engin suborbital conçu et réalisé par une société privée.

32 : Arrivée du « Lionceau » à laéro-club où vous effectuerez vos vols dinitiation. Il est classé dans la catégorie des VLA (Very Light Aircraft).

33 33 Laéromodélisme sest quant à lui pratiqué de tous temps. Vous pourrez le prendre en option pour lexamen du BIA.

34 34 À PARTIR DE QUELS CRITÈRES PENSEZ-VOUS POUVOIR CLASSIFIER LES AÉRONEFS VUS PRÉCÉDEMMENT? La classification officieuse peut se faire à partir des instances fédérales qui gèrent la pratique des différents sports aériens; on trouvera ainsi: - la FFPLUM qui gère les pratiquants dULM; - la FFVL (Vol Libre) qui soccupe des parachutistes; - la FFVV (Vol à Voile) qui sintéresse aux adeptes du planeur;

35 35 - la FFGiraviation qui regroupe les pratiquants dautogyre et dhélicoptère; - la FFAérostation qui soccupe des ballons; - la FFAM qui gère les adeptes daéromodélisme; - la FFA ou Fédération française aéronautique (ex FNA) qui concerne les pilotes davions. Au niveau international, la fédération qui regroupe tous les sports aériens sappelle la FAI ou Fédération Aéronautique Internationale.

36 36 La classification officielle se fait tout simplement à partir du mode de sustentation et/ou du mode de propulsion. Il existe deux modes de sustentation différents ainsi que deux modes de propulsion possibles. À votre avis, quels sont ces modes ? CLASSIFICATION DES AÉRONEFS

37 37 Les deux modes de sustentation possibles sont: Lutilisation dun gaz plus léger que lair ambiant. Les appareils utilisant ce procédé sont donc appelés « plus légers que lair » ou aérostats et leurs pilotes sont appelés aérostiers ou aéronautes. Lutilisation dune voilure pour créer une portance (force aérodynamique sopposant à la gravité). Les appareils utilisant ce procédé sont appelés « plus lourds que lair » ou aérodynes.

38 38 Dans le cas des « plus lourds que lair », cette voilure peut être: Souple (parachute, parapente, paramoteur); Rigide (deltaplane, ulm pendulaire); Fixe (planeur, avion, ulm multiaxes); Tournante (hélicoptère, autogire).

39 39 Les deux modes de propulsion possibles sont : Lutilisation de lénergie éolienne, cest-à- dire du vent (ex: le planeur); Lutilisation de lénergie thermique fournie par un moteur (ex: lavion). NB: Seul le mode de sustentation différencie les aérostats des aérodynes.

40 40 LES PLUS LÉGERS QUE L'AIR (aérostats) Le ballon : Une enveloppe en tissu contenant du gaz est reliée à la nacelle par des suspentes. On distingue : - les ballons à gaz : l'enveloppe contient un gaz plus léger que l'air (par ex: lhydrogène 14 fois plus léger que l'air ou lhélium); - les ballons à air chaud (Montgolfières) : l'air chaud, emprisonné dans l'enveloppe, peut être réchauffé par un brûleur. Le déplacement horizontal dun ballon s'effectue donc sous l'action du vent. L'aéronaute ne peut agir que dans le plan vertical en actionnant le brûleur ou en ouvrant une soupape d'échappement.

41 41 LES PLUS LÉGERS QUE L'AIR Le dirigeable : comme son nom lindique, il peut se diriger dans toutes les directions et nest donc plus tributaire uniquement de laction du vent. Son enveloppe de forme allongée (type cigare) est dotée de gouvernes et stabilisateurs; L'enveloppe à structure souple ou rigide contient de l'hélium (plus léger que l'air mais plus lourd que l'hydrogène avec la propriété non négligeable d'être ininflammable car inerte); La nacelle carénée, fixée à l'ossature comporte toutes les commandes de vol. La propulsion est assurée par des moteurs entraînant des hélices pouvant être carénées. Pour voir la vidéo du dernier vol dun dirigeable à hydrogène, cliquer sur limage animée.

42 42 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR La sustentation est assurée par le déplacement à grande vitesse d'une surface appelée voilure ou aile. Aérodyne motorisé à voilure fixe ou "avion" (depuis Clément ADER en 1890) : L'ensemble propulsif permet la mise en vitesse et le décollage. Que ce soit un avion léger type aéroclub ou un avion de ligne gros porteur, les principes aérodynamiques de base restent les mêmes. En fonction des caractéristiques requises, la forme et les dimensions vont changer.

43 43 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR Cas particulier des ULM ( <450 kg): Structure légère (tubes creux ou composite et toile) propulsée par un moteur à pistons de petite cylindrée entraînant une hélice. Multiaxes et tout à fait comparable à un avion. Certains ont une structure métallique ou composite. Leurs performances avoisinent celles d'un avion. Pendulaire caractérisé par une aile delta qui peut pivoter autour d'un axe reliant la voilure et la structure. Une barre reliée à un trapèze permet au pilote de déplacer le centre de gravité de l'ensemble, ce qui permet les évolutions Peuvent être multiaxes ou pendulaires.

44 44 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR Aérodyne non motorisé à voilure fixe ou planeur Nécessite un moyen annexe pour "l'amener" en l'air : - Treuil - Sandow - Avion remorqueur Le pilote doit ensuite rechercher en permanence les courants ascendants des masses d'air. Caractéristiques principales : - grand allongement des ailes - extrêmement fins Construits en matériaux composites (tissus de verre, de carbone ou kevlar), certains sont dotés d'un petit moteur auxiliaire permettant le décollage puis après arrêt en vol, pouvant parfois se rétracter afin de diminuer la traînée.

45 45 Un motoplaneur à hélice rétractable

46 46 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR Aérodyne à voilure tournante ou giravion (autogire) La sustentation est assurée par une hélice de grand diamètre. Le rotor incliné vers l'arrière est entraîné en rotation uniquement par le déplacement de l'appareil. Le déplacement étant lui-même réalisé par un ensemble moteur/hélice qui assure la propulsion. C'est en fait un avion dont les ailes sont remplacées par une voilure tournante libre qui assure la sustentation. Ne peut décoller verticalement, ni effectuer de vol stationnaire.

47 47 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR Aérodyne à voilure tournante ou hélicoptère capable de décoller à la verticale. Le rotor, entraîné mécaniquement par le moteur, assure à la fois la sustentation et la propulsion. Il peut décoller et atterrir verticalement et effectuer du vol stationnaire. La poutre profilée supporte un rotor anti-couple annexe, entraîné par le moteur, tournant dans le plan vertical et qui porte parfois le nom de « fenestron ».

48 48 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR Cas particulier daérodyne à voilure tournante : Capable de décoller à la verticale puis de se déplacer à de très grandes vitesses. Lors du décollage, la sustentation est réalisée par les moteurs qui basculent ensuite afin de procurer progressivement à l'appareil une vitesse horizontale qui permet de transférer la sustentation à l'aile fixe. Ce type d'appareil est technologiquement très compliqué. Seuls des appareils militaires ont été développés. LE CONVERTIBLE

49 49 LES PLUS LOURDS QUE L'AIR: LES AVIONS À partir de maintenant et pour la suite de votre formation au BIA, nous nous intéresserons exclusivement aux aérodynes appelés avions, dont nous allons commencer par découvrir les caractéristiques générales.

50 50 Les avions: caractéristiques générales Selon lemplacement et le nombre de voilures, on dira dun avion quil est: - triplan (ex: le Fokker de la 1ère guerre mondiale)

51 51 - biplan (ex: le Fokker D VII)

52 52 - monoplan (ex: le Robin DR 400)

53 53 Les avions: caractéristiques générales Un avion monoplan pourra être: - à ailes basses,comme le DR 400 précédent ou alors celui-ci:

54 54 - à ailes médianes (ex: le Bréguet Br 765 « Sahara » dit Bréguet deux ponts)

55 55 - à ailes hautes (ex: le Cessna Caravan)

56 56 Les avions: caractéristiques générales Selon le nombre de moteurs dont il est équipé, on dira dun avion quil est: - monomoteur (ex: le TB 20)

57 57 - bimoteur, ces derniers pouvant être écartés comme ici ou…

58 58 … alignés sur le même axe. Lavion sappelle alors un Push-Pull.

59 59 - lavion pourra également être trimoteur

60 60 - voire quadrimoteur (ex: le DC 4)

61 61 En règle générale, dès quun avion a 4 moteurs ou plus, on dira quil est multimoteur (ex: le B 52 est équipé de 8 moteurs). Si lavion est équipé de réacteurs,comme ci-dessus, on pourra également parler dun biréacteur,dun triréacteur, dun quadriréacteur ou dun multiréacteur. En voici dautres exemples ci-après:

62 62 Le biréacteur le plus fabriqué au monde: le B 737.

63 63 Le biréacteur le plus puissant du monde: le B 777

64 64 Un triréacteur toujours du fabricant Boeing: le B 727.

65 65 Le quadriréacteur A 340 du constructeur européen Airbus.

66 66 Les avions: caractéristiques générales Ce ou ces moteurs pourront être: - à pistons (GMP) - à turbopropulseur (GTP) Les GMP et les GTP entraînent une hélice qui pourra être bipale, tripale, quadripale … et on parlera alors de traction moteur. - à turboréacteur (GTR) - à statoréacteur (GSR) Dans les GxR, il ny a plus dhélice et on parlera alors de poussée moteur. - à pulsoréacteur (GPR)

67 67 Les avions: caractéristiques générales Un avion-fusée est quant à lui propulsé par un moteur utilisant comme carburant du propergol liquide (ex: le Bell X-15).

68 68 Les avions: caractéristiques générales Un turboréacteur pourra être à: - simple flux: Il est composé de: - une entrée dair - un compresseur - une chambre de combustion - une turbine - une tuyère déjection Le turboréacteur à simple flux pourra éventuellement être équipé dune réchauffe ou post-combustion (ex: le Concorde) permettant dobtenir une poussée plus importante dans certaines phases de vol.

69 69 - turboréacteur à double flux - turboréacteur à simple flux et post combustion Turboréacteur à double-flux du B 777 Les moteurs du Concorde sont à post-combustion

70 70 LE STATORÉACTEUR (ramjet) Réacteur sans turbine ni compresseur composé de: - une entrée dair où ce dernier est ralenti à vitesse subsonique et comprimé; - une chambre de combustion où le carburant est vaporisé avec lair et enflammé; - une tuyère déjection où les gaz chauds saccélèrent et se détendent. Le statoréacteur nécessite une vitesse minimale de fonctionnement, donc un autre système de propulsion ou un avion porteur. Idéal pour les vitesses allant de Mach 3 à Mach 6 (3600 à 7200 km/h) Le statoréacteur couplé à un turboréacteur se comporte comme une post-combustion

71 71 LE STATORÉACTEUR (ramjet) Le « Griffon » fut le premier avion français à statoréacteur capable de dépasser Mach 2 Sachez quil existe également des superstatoréacteurs (scramjet) pour lesquels la vitesse de lair à lentrée de la chambre de combustion est supersonique. Certains sont capables datteindre Mach 9 !

72 72 LE PULSORÉACTEUR Cest un statoréacteur muni de clapets automatiques situés à lentrée de la chambre de combustion. Lors de linflammation de lair avec le combustible, la force de lexplosion ferme les clapets, qui se rouvriront grâce à la pression de lair entrant, quand le mélange aura été éjecté. Cest donc un phénomène pulsatile, doù son nom. Pendant la seconde guerre mondiale, les allemands utilisèrent des pulsoréacteurs sur les premiers avions sans pilote, les V1. Les Spitfire anglais ne pouvaient les détruire quen les touchant du bout de laile, ce qui déstabilisait leurs gyroscopes.

73 73 Les avions sans pilote existent encore de nos jours, même si ce ne sont plus des « bombes volantes » équipées de pulsoréacteurs; on appelle désormais ces avions des drones ou UAV (Unmanned Air Vehicle). Ce drone est équipé dun système de propulsion à lénergie nucléaire, ce qui lui donne une autonomie presque illimitée. Dautres drones sont de taille microscopique ou fonctionnent à lénergie solaire.

74 74 LES DIFFÉRENTS TYPES DE PROPULSION AVION Tableau récapitulatif des éléments à retenir GMP (moteur à piston) Engendrent une TRACTION Entraînent une HÉLICE Principe du moteur à explosion (cf CGA module 3) GTP (turbopropulseur) Donnent des puissances supérieures à celles des GMP GTR (Turboréa cteur) Simple flux Engendrent une POUSSÉE (réaction) Une turbine entraîne un compresseur Les éléments le composant se présentent dans lordre suivant: Entrée dair, compresseur, chambre de combustion, turbine, tuyère. S. Flux + PC Double Flux GSR (Statoréacteur) Absence déléments mobiles Nécessitent une vitesse initiale importante afin de pouvoir fonctionner. GPR (Pulsoréacteur)

75 75 ADAPTATION DES PROPULSEURS À LA VITESSE GTP GTR Double Flux GTR Simple Flux à PC Statoréacteur (ramjet) Superstatoréacteur (scramjet) GMP SubsoniqueSupersoniqueHypersonique Transsonique Mach 1Mach 2.5Mach km/h700 km/h Les caractéristiques des propulseurs leur permettent dévoluer dans des plages de vitesses plus ou moins importantes

76 76 NOMBRE DE MACH On définit le nombre de Mach comme le rapport entre la vitesse air de lavion et la vitesse du son (a). M = V / a La vitesse du son est fonction de la température mais on peut retenir quà Mach 1 correspond une vitesse denviron 1200 km/h au niveau de la mer. Le passage du « mur du son » (Mach 1) provoque une onde de choc conique à lorigine du « bang » sonique. Le 1er vol à Mach 1 a été effectué en 1947 par Chuck Yaeger xur le Bell X1 (pour voir les vidéos, cliquer une seule fois sur chacune des photos).

77 77 Les avions: caractéristiques générales Un avion pourra décoller ou atterrir: - sur leau: lhydravion fréquente des hydrobases. Il peut être caréné en forme de coque de bateau ou être équipé de flotteurs.

78 78 Le Catalina est un hydravion caréné comme un bateau

79 79 Les avions: caractéristiques générales Un avion pourra décoller ou atterrir: -sur la neige: il est équipé de skis et peut se poser en hiver sur des altisurfaces, des glaciers,… Sa base est un altiport. NB: pour un hélicoptère, on parlera dhélisurface et dhéliport.

80 80 Un exemple dhélisurface

81 81 Les avions: caractéristiques générales Un avion pourra décoller ou atterrir: -sur lherbe ou le bitume: il est équipé dun train datterrissage et opère à partir daérodromes et/ou daéroports. Sil est à décollage et atterrissage verticaux, on dira de lui quil est VTOL (Vertical Take Off and Landing) comme par exemple le Hawker Harrier britannique.

82 82 Les avions: caractéristiques générales Sil est à décollage et atterrissage courts, on dira quil a la capacité STOL (Short Take Off and Landing) comme par exemple le Pilatus Porter.

83 83 Les avions: caractéristiques générales Le train datterrissage pourra être fixe ou rentrant et se divise en deux parties: - un train principal situé généralement au niveau des ailes; - une roulette située sous le nez ou sous la queue de lappareil et qui sert à guider lavion au sol. Un avion muni dune roulette de nez sera dit à train tricycle (par analogie au tricycle des enfants) alors quun avion muni dune roulette de queue sera dit à train classique, les premiers aéroplanes de lhistoire étant équipés ainsi.

84 84 Le Rafale, avion à train tricycle Le P51 Mustang, avion à train classique

85 85 Les avions: caractéristiques générales Selon le nombre de personnes quil pourra transporter, un avion sera dit : -monoplace sil ne peut emmener que le pilote (à ne pas confondre avec un avion certifié pour être monopilote, ce qui nimplique pas forcément la notion de monoplace);

86 86 - lavion sera dit biplace sil peut emmener deux personnes, soit en configuration côte à côte, soit en tandem; Le Piper J3 est un biplace en tandem, alors que le Cap10 est un biplace en côte à côte.

87 87 - triplace si un passager dispose dun siège à larrière; Le Lion, avion triplace, est le grand-frère du Lionceau biplace.

88 88 Il ne faut jamais emmener plus de personnes quil ny a de ceintures ou de harnais de sécurité à bord. Un enfant de moins de 2 ans peut quant à lui être tenu dans les bras dun adulte, mais à larrière seulement. - quadriplace sil est équipé dune banquette située derrière les sièges pilotes. Le Robin DR400 est un appareil quadriplace

89 89 Les avions: caractéristiques générales Un avion est certifié dans une ou plusieurs catégories dutilisation, ce qui détermine lusage que lon peut en faire ainsi que les limites à ne pas dépasser, qui varient dune catégorie à lautre. Les quatre catégories existantes sont: - la catégorie N (pour Normale): usage en école, en voyage. - la catégorie U (pour Utilitaire): usage en remorquage de planeurs ou de banderoles, en épandage, en lutte contre lincendie… - la catégorie A (pour Acrobatique): usage en voltige aérienne. Il ne faut pas confondre les catégories dutilisation avec les catégories dites de « navigabilité » (CNRA, CNSK…) - la catégorie T (pour Transport): usage commercial avec Pax. Vive le BIA !

90 90 Un avion dépandage agricole Pawnee, certifié en catégorie U.

91 91 Les avions bombardiers deau, comme ce Boeing 747 modifié ou ce Canadair, sont également certifiés en catégorie U. Ce module est maintenant terminé. Dans le prochain, vous découvrirez et apprendrez la terminologie relative aux éléments constitutifs de lavion, aussi bien extérieurs quintérieurs.


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