LES INSTRUMENTS DE VOL

COMPAS MAGNETIQUE

LES INSTRUMENTS GYROSCOPIQUES Contexte historique Le gyroscope (du grec "qui regarde la rotation") fut inventé et nommé en 1852 par Léon Foucault pour compléter ses travaux sur la rotation de la Terre. En effet, la rotation de la Terre autour de son axe avait déjà été mise en évidence par le pendule du nom du physicien-astronome. Malgré cette fameuse découverte, Foucault ignorait toujours pourquoi la rotation du pendule s'effectuait plus lentement que la rotation de la Terre. Degré de liberté: Les possibilité de mouvements dans l’espace sont décomposés en Degrés de liberté Il en existe six: 3 en TRANSLATION ( Avance – Dérive – Ascension ) 3 en ROTATION ( Roulis – Tangage – Lacet ) Axe constant dans l’espace mais dérive dans le temps (15°/h)(rotation terre, frottements)

Gyroscope la précession La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de l'environnement, par exemple, quand un couple lui est appliqué. Ce phénomène est aisément observable avec une toupie mais tous les objets en rotation peuvent subir la précession. Lors de la précession, l'angle que fait l'axe de rotation ou le vecteur avec une direction donnée reste fixée. Le vecteur ou l'axe de rotation décrit ainsi au cours du temps un cône dont l'axe est la direction fixée. Ce cône est parcouru à une vitesse angulaire constante qui est déterminée par les données du problème. Le sens dans lequel se produit la précession dépend du problème considéré. Dans le cas d'une toupie, la précession se fait dans le sens opposé à celui de la rotation.

EFFET GYROSCOPIQUE L'effet gyroscopique apparaît lorsque la roue est soumise à deux rotations "d'axe perpendiculaire". L'effet gyroscopique sera un "couple" qui agira autour d'un axe lui aussi perpendiculaire aux deux autres. couple = Application d'une force liée à un mouvement de rotation. A : 2ème axe de rotation (vitesse constante) B : 1er axe de rotation (axe de rotation de la roue, vitesse constante) C : Axe d'application de l'effet Gyroscopique Petite expérience pour "ressentir" l'effet gyroscopique (flèche bleu) et montrer que c'est bien une "force". Vous prenez une roue de vélo que vous tenez de chaque coté de son axe. Demandez a quelqu'un de faire tourner la roue, une fois celle ci en rotation (flèche jaune), essayer de tourner la roue (toujours en la tenant par son axe) de gauche a droite ou de droite a gauche (flèche rouge). Effet à constater : La roue va se mettre à l'horizontale toute seule.

GYROSCOPE Exemple de mouvement de précession Gyro avec 3 degrés de liberté

CONSERVATEUR DE CAP Gyrocompas Gyro à deux (2) degrés de liberté Fonction: conserver une référence de cap ( recalage automatique en fonction du champ magnétique de la terre) Plus précis que le compas magnétique

HORIZON ARTIFICIEL Gyro à deux (2) degrés de liberté Fonction: Visualiser l’attitude de l’avion par rapport aux axes de roulis et tangage (angle avec plan horizontal; assiette et inclinaison )

BILLE AIGUILLE Indicateur de virage et de Dérapage Gyro à un (1) degré de liberté Fonction: Visualisation de l’inclinaison de l’avion associé à la BILLE Fonction: Visualisation du dérapage ou glissade

Vol symétrique, taux de virage nul, vol rectiligne correct                                      Vol symétrique, taux de virage nul, vol rectiligne correct                                        Vol symétrique, taux de virage standard, virage standard correct (la bille este au centre, la maquette est sur le repère d'inclinaison Vol dissymétrique, taux de virage du coté opposé à la bille, virage en dérapage (mettre du pied à droite) Vol dissymétrique, taux de virage du même coté que la bille, virage en glissade (mettre du pied à gauche) Vol rectiligne dissymétrique, taux de virage nul, vol rectiligne glissé en virage à gauche

Autres instruments de vol

ANEMOMETRE ( BADIN) vitesse indiquée

TUBE DE PITOT

ANEMOMETRE TUBE PITOT Nomenclature des tubes de Pitot. Le tube de Pitot simple mesure la pression totale ; la sonde statique mesure la pression statique ; la version combinée est l'antenne ou tube de Prandtl ou tube de Pitot statique qui permet la mesure de la pression dynamique.

TUBE DE PITOT Schéma d'une antenne de Prandtl standardisée. Un tube de Pitot-statique ou tube de Prandtl (ou antenne de Prandtl) est constitué de deux tubes coudés concentriques dont les orifices, en communication avec le fluide dont on veut mesurer la vitesse, sont disposés de façon particulière : Le tube extérieur s'ouvre perpendiculairement à l'écoulement du fluide. La pression à l'intérieur de ce tube est donc égale à la pression ambiante ou pression statique ; Le tube intérieur est parallèle à l'écoulement du fluide, et est ouvert en son bout, face au flux. La pression à l'intérieur de celui-ci est donc la pression totale, somme de la pression statique et de la pression dynamique. Un manomètre mesure la différence de pression entre les deux tubes, c'est-à-dire la pression dynamique, et permet donc de calculer la vitesse d'écoulement du fluide autour du tube. Cette vitesse correspond au vent relatif et est, en aéronautique, une des informations primordiales pour le pilote qui doit toujours maintenir son appareil au-dessus de sa vitesse de décrochage, et au-dessous de sa vitesse maximale. Elle permet en outre, connaissant la vitesse du vent, de calculer la vitesse sol et la consommation de l'aéronef.

TUBE DE PITOT Principe de fonctionnement de l'antenne de Prandtl : le tube de Pitot sur le front de l'écoulement fournit la pression totale Pt, une prise située latéralement fournit la pression statique ; un manomètre différentiel fournit la différence des deux, c'est-à-dire la pression dynamique.

Circuit statique Circuit dynamique (Pitot)

ALTIMETRE

LA PRESSION ATMOSPHERIQUE Au début du XVII éme siècle, des fontainiers de FLORENCE remarquèrent que les pompes ne peuvent pas aspirer l'eau au dessus de 10 mètres. Aspiration(vide) C'est TORICELLI qui prouva que la cause de ce phénomène est la pression exercée par l'atmosphère sur la surface libre des liquides. Blaise PASCAL compris que l'air est pesant et que son action sur la surface de l'eau ne peut que soulever le liquide que jusqu'au niveau où poids de l'air et poids de l'eau s'équilibrent. La pression exercée par la masse d'air sur la surface de l'eau, soulève une masse d'eau équivalente. Si on utilise du mercure à la place de l'eau, l'équilibre s'établit pour une hauteur d'environ 760 mm. Un baromètre à mercure permet de mesurer la pression atmosphérique. Cette pression dépend de la hauteur de la colonne de mercure. La masse volumique () du mercure à 0°C = 13596 KG/m3 . L'accélération de la pesanteur (g) à 0 m et à 45 ° de latitude = 9,80665 m/s/s La pression = force/surface La force exercée par 0,76 m de mercure = surface(S)  hauteur(h)    g S  h    g

La pression = = h    g = 0,76  13596  9,80665 = 1013,31 Hpa S = masse d'eau eau 10m Pompe Masse d'air La pression = = h    g = 0,76  13596  9,80665 = 1013,31 Hpa S La pression atmosphérique peut aussi être mesure avec un baromètre anéroïde, qui utilise la déformation d'une capsule métallique étanche et dans laquelle le vide est réalisé. L'action de la pression atmosphérique écrase cette capsule, sa déformation est proportionnelle à la pression. On retrouve des capsules anéroïdes dans l'altimètre, l'anémomètre, le variomètre d'un avion

L'ALTIMETRE Il permet de connaître les distances verticales qui séparent l'avion de la piste, du relief, des autre avions. Il est muni d'une fenêtre où apparaît une échelle de pression graduée en Hpa ou mb. Le cadran est gradué en pied. Avant le décollage, l'alignement de l'aiguille avec le 0 permettra de connaître en vol la hauteur de l'avion par rapport à la piste. La pression de référence de l'aérodrome (QFE) s'est affichée dans la fenêtre.(le calage QFE est utilisé lors de l'atterrissage) Si on affiche dans la fenêtre la pression qui règne au niveau de la mer (QNH), l'aiguille indique l'altitude de l'avion par rapport au niveau de la mer( le calage QNH permet le survol de relief avec des marges de sécurité directement lisible sur l'altimètre). Si on affiche dans la fenêtre la pression standard (1013,25Hpa) (QNE), l'aiguille indique le niveau de vol ou FL(flight level) (le calage QNE est adopté pour la circulation aérienne car il permet de connaître l' espacement des avions dans le plan vertical .

VARIOMETRE

Il permet de mesurer la vitesse verticale de l'avion. LE VARIOMETRE Il permet de mesurer la vitesse verticale de l'avion. Il est gradué en pieds par minute (ft/mn) ou mètre par seconde (m/s) UP DOWN Lors d'une descente, la pression statique augmente plus rapidement à l'extérieur qu'à l'intérieur de la capacité, la capsule se contracte, l'aiguille se déplace vers le bas . A l'inverse lors d'une montée, la pression statique diminue, la capsule se dilate, l'aiguille se déplace vers le haut.