Aéronautique Cours N°3 Instruments de vol Cours Théorique ULM

Les instruments de Vol On distingue en général les instruments suivants: Anémomètre Altimètre Variomètre Compas Magnétique Machmètre Horizon Artificiel Directionnel Indicateur de virage Sonde d’incidence Compas Cours Théorique ULM

Anémomètre Objectifs de l’Anémomètre: Permet de connaîttre la vitesse Air de l’aéronef Cette vitesse Air est appelée VV (Vitesse Vraie) ou TAS (True Air Speed) Fonctionnement: Par calcul de la différence entre la Pression Totale (Pt) et la Pression Statique (Ps) La différence s’appelle la Pression Dynamique (q) Unité de mesure : Le Kt (nœuds), le MPH (Mile Per hour) pour le aviosn privés Le KM (Kilomètre/heure) pour les planeurs Cours Théorique ULM

Anémomètre Calcul de différence: La différence de Pt - Ps = q pression dynamique = VV vitesse vraie. Exemple de Pitot: Généralement une Résistance électrique de chauffage permet au Pitot de ne pas givrer . Si pitot givré  Perte de l’indication de la Vitesse avec risque d’atteindre soit la VNE soit la Vitesse de décrochage. Mesure imprécise car air considéré comme incompressible, variation température liée au réchaffauge  Pression, masse volumique de l’air dépend de l’Altitude Cours Théorique ULM

Altimètre Objectifs de l’Anémomètre: Permet de connaîttre l’Altitude Cette mesure est basée sur la décroisssance de la pression atmomsphérique lorsque l’Altitude augmente. L’Altimètre n’est donc en fait qu’un Baromètre gradué en altitudes. Unité de mesure : La centaine de de pieds (Feet) pour les avions privés et de transport Le mètre (m) ou Kilomètre (Km) pour les planeurs Cours Théorique ULM

Altimètre Fonctionnement: Par rotation de capsules anéroïdes en fonction de la pression Statique Ps La capsule est constituée De deux flasques d’un diamètre de 40 à 60 mm et d’une épaisseur de 1 à 2 dixième de mm, où règne un vide Poussé(capsule de VIDI) Pour éviter l’écrasement de la capsule sous l'action de la pression statique un ressort antagoniste est utilisé. Cours Théorique ULM

Altimètre Les différents types de calage: Calage QFE: Ce calage est utilisé pour les phases de décollage et atterrissage, il consiste à afficher dans la fenêtre de réglage la pression qui règne au niveau de l'aérodrome. Au sol avant le décollage en plaçant l'aiguille à zéro à l'aide du bouton de réglage, on peut lire le QFE dans la fenêtre En vol un altimètre réglé au QFE indique une hauteur (altitude/pression) par rapport à l'aérodrome concerné. Le QFE peut être soit communiqué par radio au pilote, soit calculé à partir du QNH local et de l'altitude de l'aérodrome. Dans le cas où le QFE est transmis par un service de la circulation aérienne le niveau de référence est l'altitude officielle de l'aérodrome. Avantages: Donne une connaissance de la hauteur de l'avion dans le volume limité autour de l'aérodrome. Permet d'avoir l'indication à zéro à l'atterrissage. Inconvénients: le QFE n'est pas utilisable pour certains altimètres sur des aérodromes à altitude élevée, dû à la limitation des possibilités d'affichage des pressions. Cours Théorique ULM

Altimètre Les différents types de calage: Calage QNH: Ce calage consiste à afficher dans la fenêtre de réglage la pression qui devrait régner au niveau de la mer, si la pression Ps du moment correspondait à l'atmosphère standard entre le niveau de la mer et l'altitude topographique de l'aérodrome. Au sol un altimètre réglé au QNH indique l'altitude topographique Zt de l'aérodrome concerné. En vol un altimètre réglé au QNH indique une altitude. A noter que le calage au QNH n'est valable que pour un secteur donné environ 100 à 150Km autour de la station qui a calculé ce QNH. Avantages: Donne dans un volume limité une valeur approchée de son altitude. Inconvénients: Il peut exister des différences importantes entre l'indication de l'altimètre et l'altitude vraie dues au principe même du mode de calcul du QNH . Le pilote devra donc prendre une marge de sécurité pour effectuer des franchissements d'obstacles comme le survol de montagnes par exemple Cours Théorique ULM

Altimètre Calage 1013.25 mn ou 29.92 Hg Ce calage consiste à afficher dans la fenêtre de réglage la pression qui régnerait au niveau de la mer si l'atmosphère réelle correspondait à l'atmosphère standard, c'est à dire 1013,25mb . Ce calage est utilisé pour la circulation aérienne, car il est indépendant de toute pression mesurée ou calculée. Il permet un espacement correct dans le plan vertical de tous les aéronefs volant dans l'espace aérien. Au sol un altimètre réglé à 1013,25mb indique une altitude pression de l'aérodrome, qui serait son altitude topographique si l'atmosphère réelle était identique à l'atmosphère standard. Cette altitude pression appelée QNE est utilisée pour les aérodromes à altitude élevée. En vol un altimètre réglé à 1013,25 indique une altitude pression Zp ou de vol. Cours Théorique ULM

Altimètre Exemple QNH a une valeur plus grande que 1013,25mb et le QFE a une valeur plus petite. Dans la réalité le QNH peut être inférieur à 1013,25mb et pour des aérodromes à faible altitude le QFE peut être supérieur à 1013,25mb . Cours Théorique ULM

Variomètre Objectifs de l’Anémomètre: Permet de connaîttre la Vitesse Verticale Vz, c’est-à-dire le gain ou la perte d’alittude par unité de temps. Permet au Pilote de déterminer une Vitesse ascentionnelle Vz > 0 ou un taux de descente Vz < 0 Permet aussi de controler le vol en palier Vz = 0 Unité de mesure : La centaine de pieds/minute (Ft/mn) pour les avions privés et de transport Le mètre par seconde (m/s) pour les planeurs Cours Théorique ULM

Variomètre Principe de mesure: La variation de la pression statique Ps avec l'altitude est donnée par la loi de Laplace: Or la vitesse verticale Vz de l'avion peut s'écrire: dz = différence d'altitude. dt = différence de temps. Soit le taux de variation d'altitude par rapport au temps écoulé. Nous aurons donc: La Vz sera donc proportionnelle au taux de variation de la pression statique Ps par rapport au temps t . Le variomètre est donc un manomètre différentiel qui mesure la grandeur Vz. Cours Théorique ULM

Variomètre Fonctionnement: Une prise de pression statique Ps sur la partie latérale du fuselage ( en général commune à l'altimètre) est reliée à une capsule manométrique située dans un boîtier étanche, qui est isolé thermiquement. Le variomètre n'indique la vitesse verticale qu'avec un certain retard et une précision médiocre. Plus rapide que l'altimètre pour déterminer un début de montée ou de descente, le variomètre ne doit pas cependant être considéré comme un instrument de pilotage, mais plutôt comme un instrument de tendance. Mais malgré ces inconvénients, il fournit une information suffisamment exploitable pour les calculs de pente, de temps de montée ou de descente. Cours Théorique ULM

Compas Magnétique Objectifs de l’ Horizon Artificiel: Indiquer en permanence la direction du nord magnétique quelque soit la route suivie par l'avion. Une graduation de 0 à 360 degrés tourne devant une ligne de foi figurant l'axe de l'aérodyne, ce qui permet au pilote de savoir le cap magnétique suivi. Types de Compas Magnétiques: Ci-dessous à gauche un compas magnétique classique à flotteur avec son tableau " de régulation ou de déviations résiduelles". A droite un compas de nouvelle génération à rose verticale ressemble à un directionnel. Cours Théorique ULM

Compas Magnétique Fonctionnement: Le compas est constitué d’un organe mobile aimanté par des barreaux, qui s’oriente suivant le champ magnétique résultant à l’intérieur de l’aéronef. Cet organe appelé également rose des caps est gradué de 0 à 360 degrés . Cette graduation tourne devant un index (ligne de foi) solidaire de l’aérodyne. Cette rose montée sur un pivot baigne dans un liquide amortisseur incongelable et non corrosif à base d'hydrocarbure (white-spirit, kérosène...), qui amortit les oscillations. Cours Théorique ULM

Machmètre Objectifs de l’Anémomètre: Permet de connaîttre la vitesse de l’Avion par rapport au Mach. Instrument réservé aux avions très rapides, donc inutile dans un ULM. Fournit une valeur instantannée du nombre de Mach en altitude (température très bassse) Fonctionnement: On mesure l’agitation moléculaire et donc la mesure ne dépend que de la température. Le nombre de Mach correspond au rapport de la vitesse V de l’avion avec la célérité C du son (environ 340 m/Sec ou 1224 km/h) dans l’air à 20°C. Unité de mesure : Le Mach M Cours Théorique ULM

Horizon Artificiel Objectifs de l’ Horizon Artificiel: L'horizon artificiel est un gyroscope à 2 degrés de liberté à axe vertical, suspendu par son centre de gravité qui détermine la verticale du lieu d'un avion donc qui fournit au pilote: - l'assiette longitudinale de l'avion - l'inclinaison de l'avion permettant le vol sans repère visuel extérieur, appelé couramment vol sans visibilité. Types d’horizons artificiels: Il existe plusieurs modèles d'horizon artificiel: - horizon artificiel à sphère mobile - horizon artificiel à cylindre mobile - horizon artificiel avec une bille intégrée au bas de la maquette. Cette bille se déplaçe librement dans un tube incurvé rempli de liquide (Voir Indicateur de virage). Cours Théorique ULM

Horizon Artificiel Lecture de l’Horizon artificiel: Cours Théorique ULM

Directionnel Objectifs du Directionnel: Le directionnel ou conservateur de cap est un gyroscope qui fournit une information de cap. Son inertie est suffisante pour ne pas subir les perturbations et accélérations parasites comme le compas magnétique. Cet insturment permet une tenue de cap suffisamment stable pour effectuer des changements de caps précis. Types de Directionnels: - le modèle ancien avec défilement du cap horizontal à gauche. - le modèle avec rose qui est utilisé actuellement à droite. Avantage meilleure lecture et évite les confusions de caps Cours Théorique ULM

Directionnel Principe de Fonctionnement: Alimentation pneumatique Comme pour l'horizon artificiel, le rotor du gyroscope est constitué d'une turbine à air. Les jets d'air peuvent provenir soit d'une pression en amont, soit d'une dépression en aval. En général on préfère la deuxième solution qui supprime en partie les remous et diminue les frottements. La vitesse de rotation du rotor du gyroscope est de l'ordre de 10 000tr/min à 15 000tr/min . Alimentation électrique Là aussi comme pour l'horizon artificiel le rotor du gyroscope est constitué par un moteur asynchrone triphasé en 26 volts/400 Hz ou en 115 volts/400 Hz. Cours Théorique ULM

Indicateur de Virage Objectifs de l’Indicateur de Virage: L'indicateur de virage, appelé Turn coordinator (en anglais) est généralement associé à un indicateur d'inclinaison à bille. - il mesure le taux et le sens du virage. - il contrôle la régularité du virage. On appelle taux de virage la vitesse de changement de cap de l'avion. C'est à dire le nombre de degrés divisé par le temps en secondes. Le virage est dit standard ou taux = 1 , si l'avion effectue 360° en 120 secondes soit 3° par seconde . Types d’Indicateurs de Virage : - une bille aiguille - une bille maquette Cours Théorique ULM

Indicateur de Virage Principe de Fonctionnement: En virage à vitesse uniforme la vitesse de rotation de l'avion sur sa trajectoire peut être représentée par un vecteur. A cette rotation obligée le gyroscope répondra par une rotation de H vers Ω. Ainsi lorsque l'avion commence son virage le moment cinétique H va tendre à s'aligner sur la vitesse Ω sous l'effet d'un couple gyroscopique: Ce couple gyroscopique sera équilibré par un couple de rappel créé par un ressort de raideur K proportionnel à l'angle dont tournera la vecteur H. Le cadre prendra alors une position en fonction de l'orientation du vecteur moment cinétique H. Pour augmenter la sensibilité de l'indicateur de virage, le moment cinétique du rotor est toujours dirigé vers la gauche de l'avion. Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Objectifs de l’Indicateur de Virage: L’incidence locale est mesurée par la sonde et correspond à la valeur de l’angle existant localement entre le vent relatif et l’axe de référence de la sonde. Le fuselage perturbant l’écoulement de l’air, ces mesures doivent être corrigées pour obtenir l’incidence avion. L’incidence avion (appelée également incidence vraie, réelle ou corrigée) est définie par l’angle entre le vent relatif à l’infini amont et l’axe longitudinal de l’avion. Elle est généralement notée α . On appellera donc incidence avion l’incidence déduite de l’incidence locale à partir de la configuration de becs et volets. L'angle de calage voilure/avion est supposé être égal à 0, d'où l'incidence avion est égal à l'incidence profil. Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Objectifs de la Sonde d’incidence: L'information d'incidence peut se présenter sous deux formes: - évaluation instantanée de la marge par rapport à une valeur limite = d'incidence - avertissement prévenant le pilote que la valeur limite est atteinte = Avertisseur de décrochage. Les capteurs ou sondes Ces sondes peuvent être soit du type à fentes, soit du type à palette ou girouette. Ci-dessous à gauche le type sonde à fentes et à droite le type sonde à girouette. Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Affichage des Informations: L'incidence est affichée sur le tableau de bord de différentes manières. Les indications peuvent être présentées sur des cadrans circulaires, horizontaux et verticaux. Leur position varie selon l'avionneur. Elles sont également disponibles sur PFD (Primary Flight Display) ou HUD (Head-Up Display) Indicateur à affichage circulaire - Carlquist 1960 Indicateur à affichage circulaire - Teledyne Avionique Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Affichage des Informations: Airbus propose en option un indicateur qui fournit à l'équipage une incidence entre -5 et +25 degrés. Les deux indicateurs (gauche et droit) sont alimentés directement depuis leur centrale aérodynamique respective. En cas de défaillance du système, le pointeur est positionné en butée basse et un drapeau ambre apparaît. Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Avertisseur de décrochage L'approche d'un décrochage se manifeste généralement par un buffeting" (vibrations) naturel. Malheureusement la marge entre l'apparition de ce buffeting naturel et le décrochage réel peut être très faible. Aussi pour remèdier à cet inconvénient un avertisseur de décrochage émet une alarme sonore et/ou visuel ou crée un buffeting artificiel avant l'apparition du buffeting naturel. Principe de Fonctionnement Avertisseur pour avion Léger: Il existe deux types de dispositifs d'alerte de décrochage couramment utilisés sur les avions légers. Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Principe de Fonctionnement Avertisseur pour avion Léger: Le premier type équipant de nombreux avions utilise une petite palette montée légèrement au-dessous et à l'arrière du bord d'attaque de l'aile, comme indiqué sur le dessin ci-dessous. A faibles incidences (angles d'attaque) par exemple de croisière, la ligne de stagnation (point d'impact) est au-dessus de la palette, de sorte que la palette est maintenue en position basse. Si l'angle d'incidence augmente, la ligne de stagnation recule en arrière sous l'aile. Lorsque la ligne de stagnation est suffisamment sous l'aile, la partie des filets d'air contournant l'aile vers l'extrados va soulever la palette vers le haut en provoquant par ce mouvement la fermeture d'un circuit électrique d'alarme. Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Principe de Fonctionnement Avertisseur pour avion Léger: Le second type de dispositif d'alerte de décrochage fonctionne sur un principe différent. Il est sensible à l'aspiration de l'air plutôt qu'à l'écoulement le long de la surface. Il est placé juste en dessous du bord d'attaque de l'aile, photo ci-dessous. À faibles angles d'attaque, la prise d'air de l'avertisseur de décrochage se trouve dans une zone de surpression et il n'y a donc aucune alarme. Quand l'incidence augmente, le champ de pressions se déplace et la prise d'air se trouve dans la zone de dépression, l'alarme retentit alors comme un harmonica dans lequel on aspire (dépression). Cours Théorique ULM

Sonde d’Incidence Principe du Vibreur d’Avertisseur de Décrochage pour avion Léger: Le dispositif avertisseur de décrochage permet créer un buffeting artificiel par l'intermédiaire d'un moteur vibreur en agissant sur le manche dès que l'incidence est proche de celle du décrochage. Ce vibreur de manche est appelé stick shaker en anglais. Schéma de principe d'un vibreur de manche. Cours Théorique ULM