Brevet d’Initiation Aéronautique Collège Marie Mauron Pertuis 2009-2010

Connaissance des Aéronefs

Connaissance des Aéronefs Classification des aéronefs Différents types et classes Description des aéronefs La Structure Ailes Fuselage Empennage Atterrisseurs Commandes Le groupe motopropulseur Différents types et modes de fonctionnement Instrumentation Principaux instruments de bord Description Utilisation

Classification Tous les objets volants de création humaine sont des Aéronefs Les aéronefs sont divisés en deux groupes Les Aérodynes Les Aérostats

Classification Les Aérodynes Sont appelés aussi « plus lourds que l’air », ils utilisent les forces mécaniques ou aérodynamiques pour voler. Les aérodynes peuvent être motorisés ( ex: Avions ) ou non motorisés ( ex: planeurs ). Les avions, planeurs, autogyres, hélicoptères utilisent des forces aérodynamiques générées par leurs surfaces portantes. Les fusées qui n’ont pas de surface portante, n’utilisent que des forces mécaniques

Classification Les planeurs Poids Trainée Traction Portance Résultante Aérodynamique Les planeurs Ne sont en général pas motorisés, ils n’ont que leur poids pour générer la portance nécessaire à leur vol. Qualités de Vol: Finesse Manœuvrabilité

Classification Les Avions Catégories d’ avions Avions civils Utilisent les forces aérodynamiques pour générer une portance. Ils ont tous une vitesse minimum de vol. Catégories d’ avions Avions civils ULM Avions légers Avions d’affaires Avions commerciaux ( ou de ligne ) Avions spéciaux ( conçus pour une utilisation définie) Avions militaires ( classés selon leur emploi ) Chasse Transports Bombardement Reconnaissance ….

Classification ULM ( Ultra Léger Motorisé ) L'ULM est un aéronef motorisé qui satisfait aux conditions suivantes : La charge maximale au décollage est de 300 kg pour les monoplaces et de 450 kg pour les biplaces La vitesse minimum de vol est inférieure ou égale à 65 km/h La puissance maximale du moteur est de 61 CV pour les monoplaces et de 82 CV pour les biplaces, sauf exceptions dans certaines classes. Il existe 5 catégories d'ULM

Classification Avions légers / Ecole / Tourisme Les avions légers sont généralement des avions de 2 à 4 places d’une masse inférieure ou égale à 1100 kg, ils sont le plus souvent équipés de moteurs à pistons développant de 60 cv à 250 cv. Leur vitesse est en général inférieure à 250 km/h et leur rayon d’action est d’environ 1000 à 1200 km. Officiellement ce sont des avions « non lourds » ayant moins de 10 places et une masse inférieure à 5700 kg Constructeurs Français: ROBIN ( HRxxx, ATL, DR400,..) SOCATA ( TBXX ) Constructeurs US: Cessna( 15x, 17X, 18x) PIPER ( PA, PC, PT,..)

Classification Avions légers / Ecole / Tourisme Les avions légers peuvent être mono ou multi moteurs, avec des moteurs à pistons, des turbines ou même des réacteurs. Beech Baron Cessna Mustang Cessna Push Pull Piper Malibu Pilatus porter Les avions légers de nouvelle technologie utilisent des matériaux composites et un équipement électronique de bord avancé. Diamond DA40 Diamond DA42 Cirus SR22

Classification Avions de voltige Les avions de voltige sont des avions puissants, maniables et très résistants pour pouvoir résister aux accélérations « g » induites par les figures acrobatiques. Murdy Cap 10 Extra 300 Pitts Sukoï 29 Exemple de caractéristiques du Sukoï 29 Masse 750kg, Puissance 400 cv, Facteur de charge +12g / - 10g, taux de roulis 400°/s

Classification Avions d’affaire Les avions d’affaires sont des avions « moyens » utilisés à l’origine pour le transport d’hommes/femmes d’affaire en dehors des lignes et des horaires commerciaux établis. Bombardier learjet 45 Dassault Falcon 900 Socata TBM 700 Cessna Citation-X Exemple de caractéristiques du Falcon 900 Masse max 21t, Puissance 66 KN , vitesse 790 Km/h, Distance franchissable 7600 km, plafond 17 000m

Classification Avions commerciaux ( de ligne ) Les avions de ligne sont utilisés pour le transport public de passagers ou pour le fret aérien. Il sont équipés de Turbopropulseur ou réacteurs (bi, tri, quadri) . ATR 72 Airbus A320 Boeing 747 Airbus A380 Exemple de caractéristiques du 747 ( suivant version) Masse 300-400t, Vitesse 800-900km/h, distance Franchissable 10-14000 km, envergure: 60-70m

Classification Avions Militaires Avions conçus et utilisés dans le cadre d’une mission militaire : Interception, chasse, bombardement, reconnaissance. Ces avions ont des performances très supérieures aux avions civils. Rafale B2 F117 SR 71 Multi-rôles Bombardier Bombardier furtif Reconnaissance Les avions militaires ont des capacités spécifiques ( ravitaillable en vol, appontage, furtivité, etc …) leur vitesse peut être supersonique. Ils sont équipés de radars et de moyens de mesure et contre-mesure très sophistiqués et performants. Ces avions sont généralement armés ( canons, missiles, bombes, ….) F-14 Tomcat X-29 F-35B F-22 Raptor Interdiction/interception Expérimental Prototype STOVL Multi-rôles

Classification Classes d’avions ( Qualification des pilotes privés) SEP Single Engine Pilote MEP Multi Engine Pilote … Des mentions additionnelles peuvent être ajoutées sur le carnet de vol du pilote ( VP, RG, TW, …) Type d’avions (qualifications des pilotes professionnels ) ATR42, ATR72,… A320 A340, A380,… B707, B737, B747-200, B777,….. ….

Classification Les aérostats Sont appelés aussi « plus légers que l’air », ils utilisent le principe d’Archimède pour voler. Les aérostats, appelés aussi « Ballons » peuvent être « libres », dans ce cas ils ne sont pas motorisés et utilisent uniquement les vents pour se déplacer. Ils sont appelés« dirigeables » lorsqu’ils utilisent des systèmes motorisés pour se déplacer. Les « ballons captifs » sont des ballons libres reliés au sol par un câble manœuvrés par un treuil.

Classification Les aérostats Utilisent de l’air chaud ou un gaz plus léger que l’air pour leur sustentation. Motorisés ou non, ils sont « dirigeables » ou « libres » . Air Chaud Breitling orbiter (Picard) Dirigeable publicitaire Hidddenburg

Classification Hélicoptères Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant toutes les phases du vol. Ils utilisent des moteurs à pistons ou des turbines. Eurocopter EC-145 Kamov Ka-50 Bristol 192 Belvedere 1 rotor principal 2 rotors superposés 2 rotors juxtaposés 1 rotor de queue pas de rotor de queue pas de rotor de queue Note: La société française EUROCOPTER est le no 1 mondial de l’hélicoptère

Classification Hélicoptères Les déplacements dans le plan horizontal sont obtenu par inclinaison du rotor principal (commande de pas cyclique). La montée ou descente dans le plan vertical par variation de l’incidence des pales (commande de pas collectif). . L’action sur le rotor de queue (palonnier ) permet l’orientation de la cellule. Vol stationnaire Déséquilibre =Translation Déplacement stabilisé

Classification Hélicoptères Le système NOTAR, permet de supprimer le rotor de queue en utilisant le flux d’air généré par la turbine et en l’orientant perpendiculairement à l’axe longitudinal de l’hélicoptère. Note: Le Djinn développé en1953, en France, utilisait des jets d’air en bout de pales et n’avait donc pas besoin de rotor anti couple.

Classification Autogires L'autogire est un aéronef à voilure tournante libre. Les autogires sont sustentés par un rotor dans le plan horizontal, et propulsés par une hélice dans le plan vertical.

Structure

Structure Un aérodyne est composé de deux parties principales La cellule Fuselage Ailes Dérive Profondeur Le train d’atterrissage Le groupe motopropulseur Moteur(s), … Hélice

Structure Cellule La cellule peut être métallique, en matériaux composites, en bois et toile ou une combinaison de ces différents matériaux Empennage vertical ou Dérive Empennage horizontal ou Profondeur Saumon d’aile Gouverne de direction Gouverne de profondeur Aileron droit Verrière Bord de fuite Fuselage Compensateur Volet droit ½ aile droite Bord d’attaque Couples Volet gauche Longeron Cône ou Casserole d’hélice Aileron gauche emplanture Jambe de train Train principal Nervure Train avant ou roulette de nez ½ aile gauche Saumon d’aile

Structure Fuselage cloison On distingue principalement la construction dite “en treillis” et la réalisation “monocoque” ou “ semi-monocoque” Longeron cloison Exemple de construction dite “semi-monocoque” Couples Lisse

Structure Les bois utilisés en construction aéronautique sapin blanc, épicéa, spruce, pin d'orégon (douglas), peuplier, oukoumé (acajou du Gabon), balsa, bouleau, frêne, hêtre Les caractéristiques des bois varient selon les essences Le débit des bois et l'orientation des fibres dans une structure travaillante sont donc très importants. Dans une même structure, il est permis de mélanger plusieurs essences de bois. Mais il est strictement interdit de faire des entures pour rabouter deux bois d'essences différentes

Structure Fuselage Exemple de construction dite “en treillis”

Structure Ailes Envergure Saumon ou Winglet Emplanture Extrados Corde moyenne Epaisseur Intrados Volet Aileron ½ aile

Structure Ailes dispositifs spéciaux Les Spoilers sont des « destructeurs de portance » Les aérofreins placés sur les voilures d’avions augmentent la traînée et diminuent la portance, par décollage des filets d'air de la surface de l'aile.

Structure Ailes Haute Médiane Basse

Structure Ailes delta elliptique En flèche trapézoïdale Il existe de nombreuses formes d’ailes, chacune adaptée à l’usage de l’aéronefs et apportant des qualités de vol particulières. delta elliptique En flèche trapézoïdale

Structure Empennage En « V » ou papillon En croix En « T » L’empennage comprend en général la gouverne de direction et la gouverne de profondeur. Il est normalement placé à l’arrière de l’aéronef, sauf dans le cas d’empennages « canard » où il est placé à l’avant . Il existe différents type d’empennage. En « V » ou papillon En croix En « T » Formule « canard »

Le Groupe MotoPropulseur

Le GPM LE MOTEUR A PISTON cycle 4 temps COMPRESSION ECHAPPEMENT EXPLOSION DETENTE (COMBUSTION) ADMISSION

Le GPM Gérer la source d’énergie : carburant + comburant Utilisation d’un Carburateur Rapport idéal 1/15 ( 1g de carburant +15 g d’air) Rapport optimal entre 1/12 et 1/17 Ce rapport à une influence sur la puissance délivrée par le moteur L’essence « Avia » est de la 100 LL, elle est colorée en bleue. Sa densité est 0,72. Commande de puissance

Le GPM Gérer la « mise à feu » dans les cylindres: Magnéto Expliquer le fonctionnement de l’allumage par magnéto et des pannes possibles parler de l’avance à l’allumage (20°) Par sécurité sur les avions,, les circuits d’allumage sont doublés ( 2 circuits indépendants, 2 bougies par cylindre )

Le GPM S’adapter à l’altitude: Richesse Ga gicleur d’air Avec l’altitude, la densité de l’air diminue. Pour respecter le « mélange idéal » Carburant + Comburant, il faut appauvrir le mélange , c’est-à-dire réduire la quantité d’essence pour le même volume d’air admis. Cet ajustement s’opère grâce à un mécanisme de réglage de richesse Gp gicleur principal Ga gicleur d’air Gr gicleur ralenti

Le GPM Notion de rendement d’un moteur à explosion 1 litre de carburant =32 000 000 Joules Mais ….. 45% perdus dans l’échappement 15% perdus à travers les parois 7% perdus par combustion incomplète 3% nécessaires à l’entraînement des accessoires Soit une déperdition de 70% Seuls 30% sont utiles à la propulsion.

Le GPM Moteur à piston avec système d’injection Ga gicleur d’air Le moteur à injection permet d’éviter un certain nombre d’inconvénients liés au carburateur Givrage, réglage de la richesse. La quantité de carburant et le moment de l’injection est calculée en fonction des différents paramètres contrôlés par le « calculateur d’injection » Gp gicleur principal Ga gicleur d’air Gr gicleur ralenti

Le GPM Autres types de moteur utilisés en aviation Ga gicleur d’air Différents types de moteur permettent de s’affranchir des limites liées à certains facteurs comme l’utilisation des hélices, l’altitude ou la vitesse Ces « moteurs » ont permis d’atteindre des vitesses « supersoniques » Gp gicleur principal Ga gicleur d’air Gr gicleur ralenti

Annexes

admission échappement Injecteur d’essence expliquer la différence avec le moteur diesel ( l’injecteur est dans la chambre de combustion ) Pas de bougie , auto allumage du mélange