Les instruments de bord

7 01 2009

Les instruments de bord

I -Le poste de pilotage

–          Les instruments de conduite :

o   Anémomètre

o   Altimètre

o   Variomètre

o   Indicateur de virage

o   Horizon artificiel

–          Instruments de contrôle

o   Contrôle des pressions et/ou des dépressions

o   Contrôle des vitesses de rotation

o   Contrôle des débits

o   Contrôle des températures

o   Contrôle des niveaux

o   Contrôle divers

–          Instruments de navigation et de radionavigation

o   Navigation

§  Compas

§  Conservateur de cap

§  Centrales inertielles

o   Radionavigation

§  VOR/DME

§  ADF

§  ALS/MLS

§  GPS

II- Les instruments aérodynamiques (ou aérobarométriques)

Ils utilisent les propriétés liées à la pression de l’air environnant. Une sonde (appelée tube de Pitot) disposée sur l’avant du fuselage ou de la voilure permet de capter la pression totale à un endroit où la pression créée par l’écoulement de l’air autour de l’avion (vent relatif) et la pression atmosphérique (Pt) régnante s’additionnent. Des prises d’air disposées sur le côté du fuselage de l’aéronef permettent de mesurer la pression atmosphérique pure (pression statique) à un endroit où le déplacement de l’air n’a aucun effet. La vitesse de l’avion par rapport au vent peut alors être déduite de la différence entre pression totale et pression statique. Cette différence représente la pression dynamique, proportionnelle à la vitesse de l’avion par rapport à l’air. Le système installé sur les aéronefs est désigné par le terme anémobarométrique.

–          A- L’anémomètre (ou Badin du nom de son inventeur Raoul Badin)

Il est associé au tube de Pitot et mesure la vitesse de l’aéronef par rapport à l’air qui l’entoure. Il mesure la différence entre la pression totale (Pt) et la pression statique (Ps), et la convertit  en vitesse.

Elle est généralement mesurée en nœuds, mais, sur quelques avions français et sur les avions russes, elle est donnée en kilomètres par heure.

Les différentes vitesses caractéristiques

o   La vitesse indiquée (Vi ou IAS Indicated air speed)

C’est la vitesse lue directement sur l’instrument. Elle n’est pas corrigée en fonction des variations de densité de l’atmosphère et de la température.

o   La vitesse corrigée (CAS)

Elle est obtenue à partir de la Vi, en tenant compte des erreurs de la sonde (défauts, fuites, position). Le tube de pitot étant souvent monté sur l’aile (bord d’attaque ou intrados), plus l’avion sera cabré (en vol cabré la sonde n’est plus dans l’axe du vent), plus la vitesse lue sera erronée.

o   La vitesse propre ou vitesse vraie (Vp ou TAS True air speed)

C’est une une vitesse corrigée. Si les conditions du jour sont dites standard (15°C au niveau de la mer et pression de 1013 hPa), la vitesse propre est égal à la vitesse sol. On peut obtenir la Vp ou TAS par la lecture du tableau des performances du manuel de vol de l’avion utilisé. La Vp correspond à la vitesse effective de l’avion dans l’air et dépend :

1/ de la vitesse indiquée de l’aéronef (Vi)

2/ de l’altitude de vol de l’aéronef (pressions)

Comme la pression diminue, les frottements aussi et donc l’avion à moins de mal pour une puissance donnée d’avancer. Donc, au fur et à mesure que l’avion prend de l’altitude, la pression statique diminue : la vitesse indiquée Vi devient inférieure à la vitesse propre de l’avion. Formule :

Majoration de 1% par tranche de 600 pieds d’altitude de la vitesse indiquée.

Le code couleur sur le Badin :

  • l’arc vert indique les conditions normales de vol de l’avion (braquage des commandes à fond sans risque de détérioration),
  • l’arc jaune les vitesses interdites en air turbulent,
  • l’arc blanc la zone où l’on peut utiliser les équipements augmentant la traînée (volets, trains d’atterrissage, etc.),
  • enfin, le trait rouge indique la vitesse limite (VNE : never exceed), particulièrement pour la structure de l’appareil.

Les vitesses remarquables :

VSo : vitesse de décrochage volets et trains sortis

VS1 : vitesse de décrochage en lisse

VFE : vitesse maximale volets sortis

VNO : vitesse normale maximale en atmosphère agitée

VNE : vitesse à ne jamais dépasser

Pour des avions volant à des vitesses proches de celle du son ou au-delà, d’autres lois sont utilisées, ainsi que d’autres instruments (machmètre).

–           B- le variomètre

Il évalue les vitesses verticales (Vz) de montée ou de descente par rapport au sol.

Il mesure la différence entre la pression atmosphérique aux environs de l’aéronef à l’instant T et celle de l’instant T-t (mise en mémoire).

Principe du variomètre à « boitier capacité »

Dans sa version classique, cet instrument utilise les variations de pression statique pour indiquer des variations d’altitude, c’est-à-dire des vitesses verticales.

De l’air à la pression statique extérieure est stocké dans une bouteille appelée capacité qui se met à pression avec un temps connu. La pression dans la capacité est donc en retard par rapport à la pression courante. Au moment de la mesure, l’instrument fait la différence entre la pression extérieure et la pression de la capacité. À noter que le variomètre fonctionne avec un léger temps de retard (appelé hystérésis), dû au temps de remplissage de la capacité.

On en déduit une vitesse verticale, de montée ou de descente (Vz) qui est exprimée en pieds par minute ou en mètre par seconde. Il est très utilisé par les pilotes de planeurs.

Il existe une version différente, où l’instrument est appelé à énergie totale.

–          C- L’altimètre

Il évalue et l’indique l’altitude ou la hauteur au dessus d’un niveau pris pour référence.

C’est un baromètre mesurant la pression atmosphérique et le traduit en valeur altimétrique par un cadran gradué en pieds (ft) ou parfois en mètre (m).

On retiendra que dans les basses couches de l’atmosphère, une variation de 28 ft correspond à une variation de 1 hectopascal (hpa). (Quand on s’élève de 28ft, la pression diminue d’1 hpa).

La grande aiguille indique les centaines de pieds, la petite aiguille donne les milliers de pieds et le petit triangle extérieur affiche les dix mille pieds.

Un bouton de recalage permet de sélectionner la pression de référence en faisant tourner l’ensemble du mécanisme et son aiguille par rapport au cadran altimétrique.

Calages altimétriques

Caler l’altimètre consiste à afficher dans la fenêtre de l’instrument, la pression de référence choisie. A chaque calage barométrique choisi correspond une altitude de référence.

Calage au QNE : la pression de référence est 1013 hpa ou calage au FL (pour Flight Level, en français Niveau de Vol). Le « 0 » de l’altimètre correspond à l’altitude où l’on rencontre la pression atmosphérique standard ( 1013,25 hPa ). On indique ensuite l’altitude par tranches de centaines de pieds. Ex : le FL 100 correspond à une altitude de 10 000 pieds au-dessus de la pression « 1013,25 hPa ». En raison de la variation constante de la pression atmosphérique, les FL se déplacent continuellement, dans le sens vertical.

Calage au QFE :la pression de référence est celle du jour. Il indique une hauteur par rapport à un point de référence (en cours de disparition ou utilisée uniquement en vol très localisé).

Calage au QNH : la pression de référence est celle de l’aérodrome. Il indique une altitude. Le « 0 » de l’altimètre correspond au niveau de la mer.

III- Les instruments gyroscopiques.

Ils utilisent les propriétés des corps en rotation rapide que sont les gyroscopes (fixité de l’axe du rotor dans l’espace absolu, couple gyroscopique, précession). Les gyroscopes classiques sont entrainés par une pompe à vide ou un moteur électrique qui leur confère une vitesse de rotation très élevée (10 000 tr/min dans le premier cas, 20 000 tr/min dans le second).

A- Gyro compas / gyro directionnel

Il s’agit d’un gyroscope à deux degrés de liberté qui permet de conserver une référence de cap de façon beaucoup plus précise qu’un compas magnétique. Il est asservi à une vanne de flux (en anglais : flux valve) qui permet de le recaler automatiquement en fonction du champ magnétique terrestre. Il est aussi appelé plateau de route.

B- Horizon artificiel

Il s’agit d’un gyroscope à deux degrés de liberté qui permet de visualiser l’attitude de l’avion par rapport à ses axes de roulis et de tangage et plus précisément de leurs angles avec un plan horizontal : assiette (à cabrer ou à piquer) et inclinaison (à droite ou à gauche). Certaines erreurs d’indications subsistent en virage et lors d’accélération.

C- Indicateur de virage et de dérapage (bille-aiguille)

La bille (symétrie du vol)

Le système est constitué :

  • d’une bille baignant dans un liquide amortisseur
  • d’un tube incurvé qui contient la bille et son liquide
  • d’un vase d’expansion qui permet la circulation du liquide en cas de dilatation

La bille renseigne sur la symétrie du vol : tant que l’aiguille reste centrée, le vol est symétrique (l’écoulement de l’air est symétrique par rapport à l’axe longitudinal de l’avion). Si la bille s’écarte de sa position centrale (dérapage ou glissade) : il faut utiliser la gouverne de direction et pousser la pédale du palonnier du côté ou s’écarte la bille.

L’aiguille (indicateur de virage)

L’aiguille est associée à un gyromètre, composé d’un gyroscope à deux degrés de liberté. Elle indique :

  • le sens du virage : si l’aiguille s’incline à droite, l’avion est en virage à droite et inversement à gauche
  • le taux du virage : vitesse de défilement du repère capot, c’est la vitesse que l’on met pour effectuer un virage

Un virage est effectué au taux standard (ou taux 1) si l’avion effectue un virage de 360° en 120 secondes (ou 180° en une minute), soit 3° par seconde. Le taux 2 est un virage de 360° en une minute.

IV-Le compas

Le compas fonctionne comme une boussole grâce à un barreau aimanté qui prend la direction du Nord magnétique : il indique le cap magnétique. En conséquence, les directions indiquées par le compas sont toutes décalées de la valeur de l’angle compris entre le Nord vrai (Nord du méridien ou encore Nord géographique) et le Nord magnétique. Cet angle est appelé déclinaison magnétique (D). Sa valeur varie avec le lieu géographique. Elle est dite Ouest lorsque le Nord magnétique est à l’Ouest du Nord vrai, ce qui est le cas sur l’ensemble de la France.

Le compas est formé d’une partie étanche remplie d’un liquide ingelable, dont le rôle consiste à amortir les oscillations de la rose. Cette dernière, constituant la partie mobile sur laquelle est fixé l’aimant, porte l’inscription des directions magnétiques marquées de 10 en 10 degrés de 0 à 360° dans le sens des aiguilles d’une montre. Ainsi, l’indication 3 correspond à 30° et 33 signifie 330°.

Le compas donne des indications erronées en virage, lors de variations de vitesse et en atmosphère turbulente. C’est pourquoi un instrument complémentaire plus stable est utilisé : le conservateur de cap ou directionnel.

V- Les instruments électromagnétiques

A- Radioaltimètre

Il utilise un radar placé sous le fuselage utilisant l’effet doppler.

Il est utilisé pour les procédures d’approche finale ou dans le cadre de la prévention contre le risque de percuter le relief. Il indique de façon très précise (à 50 cm près) la hauteur de l’avion par rapport au sol.

B- Instruments de radio-navigation

Ils utilisent des stations au sol ou des satellites pour fournir des indications sur la position de l’avion dans l’espace.

o   Radiocompas (ADF – Automatic Direction Finder)

Une antenne sur l’avion capte un signal radio (dans la bande de fréquence de 190 kHz à 1750 kHz) émis par un émetteur au sol appelé NDB (Non Directional Beacon). L’information délivrée au pilote est présentée par une aiguille qui indique la direction de cette station.

o   VOR (VHF Omnidirectional Range)

Une antenne sur l’avion capte un signal radio (dans la bande de fréquence de 108 à 118 MHz) émis par un émetteur au sol appelé VOR. L’information délivrée au pilote est présentée par une aiguille qui indique le cap à suivre pour se diriger vers (ou s’éloigner de, selon la sélection) cette station.

o   RMI (Radio Magnetic Indicator)

Il combine sur un même instrument les fonctions ADF et VOR et donne le cap à suivre pour se diriger vers (ou s’éloigner de, selon la sélection) ces stations.

o   DME (Distance Measuring Equipment)

Un équipement sur l’avion échange un signal radio (dans la bande de fréquence de 960 à 1215 MHz) avec une station au sol. L’information délivrée au pilote est la distance oblique à cette station, sa vitesse de rapprochement (ou d’éloignement) ainsi que le temps nécessaire pour la rejoindre.

o   ILS (Instrument Landing System)

Une antenne sur l’avion capte deux signaux radio lors des approches. L’information délivrée au pilote est l’écart de sa trajectoire par rapport à l’axe de la piste et la pente qu’il doit tenir pour aboutir au seuil. L’ILS est utilisé pour les atterrissages tous temps en IFR.
L’indication « droite-gauche » est véhiculée par une émission VHF (de 108.1 à 111.95 Mz), tandis que l’indication « haut-bas » est véhiculée par une émission UHF (de 334.7 à 330.95 Mhz)

o   GPS (Global Positioning System)

Appareil disposant d’une antenne qui capte un signal radio UHF émis par une constellation de satellites. L’information délivrée au pilote est sa position sur le globe terrestre (latitude, longitude et, avec une mauvaise précision, altitude), sa route vraie ainsi que sa vitesse par rapport au sol.

o   Systèmes de visualisation électronique (EFIS – Electronic Flight Instruments System)

Ils permettent de visualiser sur des écrans (PFD – Primary Flight display, ND – Navigation Display) l’ensemble des paramètres nécessaires au pilote. De la même façon, des écrans (ECAM – Electronic Centralised Aircraft Monitoring sur Airbus) permettent d’afficher les paramètres moteurs. Sur Dornier Do 328, L’EICAS (Engine Indicating and Crew Alerting System) est un écran central divisé en 2 parties, la 1ère qui symbolise les paramètres moteurs, et la 2ème, le CAS FIELD, dans laquelle sont centralisées toutes les informations et alarmes de l’avion, avec un code couleur selon l’importance du message:

  • Cyan : Informations
  • Ambre : message de dysfonctionnement mineur ou illogique;
  • Magenta : alarmes ou pannes majeures à traiter d’urgence par l’équipage.

Voir aussi : HUD / Affichage tête haute

VI- Systèmes de gestion de vol

A- Système de gestion de vol (FMS – Flight Management System)

Il permet grâce notamment à une centrale inertielle couplée à un calculateur d’assister le pilote pendant le vol. Il lui fournit des renseignements sur le pilotage, la navigation, les estimées, la consommation, etc.

B- Système de pilotage automatique (PA en français ou AFCS – Automatic Flight Control System)

Il permet, grâce à un ensemble de servocommandes, d’asservir l’avion dans une configuration de vol (mode de base) ou sur une trajectoire donnée (mode supérieur). Ces 2 systèmes partagent le ou les mêmes calculateurs. Ils fonctionnent selon 3 phases : armé (le calculateur acquiert les données), capture (le calculateur indique les corrections à effectuer), maintien (le calculateur tient les paramètres).

C- Directeur de vol (DV)

Il fournit au pilote une aide en lui indiquant le sens et l’amplitude des manœuvres à effectuer pour amener l’avion dans une configuration de vol ou sur une trajectoire sélectionnée. Il se présente sous la forme de moustaches sur l’horizon artificiel qu’il s’agit de faire correspondre avec la maquette de l’avion qui y figure, ou sur la forme d’une croix sur laquelle aligner le repère central représentant l’avion.

VII- Instruments de surveillance des paramètres moteurs et autres systèmes

A- Manomètres

Ils indiquent les pressions d’huile, de carburant ou d’admission.

B- Tachymètre

Il indique le régime du moteur (en tr/min) ou du réacteur (en% d’un régime nominal).

C- Systèmes d’alarmes

o   Avertisseur de décrochage

Il permet de prévenir (par un signal sonore ou une vibration du manche) le pilote lorsque l’avion s’approche de l’angle d’incidence maximum avant décrochage. Ce système s’appelle Stall Warning System

o   Avertisseur de proximité du sol

L’avertisseur de proximité du sol (GPWS – Ground Proximity Warning System) permet de prévenir (par un message vocal « terrain » ou « pull up ») le pilote lorsque l’avion s’approche du sol. Une version améliorée possède en plus une cartographie plus ou moins fine du terrain qui est présentée aux pilotes sur les écrans EFIS en cas d’alarme. Sur A380, le programme présente une vue en coupe latérale du plan de vol.

o   Dispositif d’évitement de collisions

Le dispositif d’évitement de collisions (TCAS – Traffic and Collision Avoidance System) permet de prévenir (sur un écran et par un message vocal « trafic ») le pilote lorsque l’avion s’approche d’un autre avion. Il peut également proposer (en se synchronisant avec le TCAS de l’autre appareil : coordination des manœuvres) une manœuvre d’évitement dans le plan vertical (climb: monter, descend: descendre). Le BEA préconise de suivre les instructions du TCAS en priorité sur les instructions données par le Contrôle aérien (suite à la collision en plein ciel de 2 avions au-dessus du sud de l’Allemagne – voir Vol 2937 Bashkirian Airlines).



Cours n°11: le turboréacteur et le statoréacteur

18 12 2008

Le turboréacteur

1- Principe de propulsion par réaction

Si on gonfle d’air un ballon, l’air s’échappe avec une vitesse importante. L’air à l’intérieur du ballon est à la pression p’ et sa vitesse est nulle. En sortant du ballon, l’air passe à la pression p, en augmentant sa vitesse.

P’=p+ ½ ? x V² (théorème de Bernoulli)

En sortant du ballon, l’air exerce sur le ballon une poussée, proportionnelle à la vitesse

F= Dm x v

(débit massique= masse d’air éjectée en une seconde).

Dans le cas d’un moteur à réaction, on absorbe un débit d’air Dm à une vitesse Ve, on le comprime et on le rejette à une vitesse Vs

F= Dm x (Vs-Ve)              (théorème d’Euler)

2- Constitution d’un turboréacteur

Turboréacteur simple corps et simple flux

L’entrée d’air : dans le turboréacteur, l’air rentre par une entrée d’air pour le guider jusqu’à l’entrée du moteur proprement dit.

Le compresseur : l’air pénètre dans un compresseur qui permet de le monter en pression. Le compresseur est constitué de roues, petites ailes (ailettes ou aubes), certaines fixes, d’autres avec un mouvement de rotation. Un étage de compresseur est constitué d’une roue mobile et d’une roue fixe. Plusieurs étages (de 2 à 15) tournant dans le même sens constituent le corps. Il peut y avoir 1 à 3 corps dans un moteur.

La chambre de combustion : l’air est envoyé dans la chambre de combustion, où il est mélangé au carburant vaporisé et enflammé. Il est alors fortement comprimé et s’échappe vers l’arrière du moteur en se détendant.

La turbine : lors de sa détente, l’air passe dans une turbine (constitution identique au compresseur), qui est reliée au compresseur ; c’est elle qui fait tourner le compresseur.

La tuyère : c’est par là que s’échappe les gaz brûlés et permet à l’air d’atteindre de très grandes vitesses et d’engendrer ainsi des poussées importantes.

Problème : grande consommation de carburant. On a donc cherché des solutions permettant d’augmenter la poussée tout en diminuant la consommation de carburant.

La première solution a été de séparer le flux d’air, à l’entrée du réacteur, en 2 flux (on parle de turboréacteur double flux). La première partie suit le trajet normal ; la seconde partie est tout de suite envoyée vers la tuyère après le 1er étage de compresseur. L’air provenant du 2nd flux est plus lent que le premier mais permet d’augmenter la poussée à moindre frais.

La poussée des réacteurs militaires peut être fortement augmentée par un dispositif de post-combustion : on injecte du carburant à l’entrée de la tuyère, dans les gaz chauds qui s’enflamment spontanément, accroissant ainsi la vitesse des gaz éjectés, et donc la poussée du moteur.

Turboréacteur avec post-combustion :

Turboréacteur double corps, double flux :

3- Le statoréacteur

Autre possibilité pour obtenir une poussée par réaction : le statoréacteur ou tuyère thermopropulsive.

Le principe est très simple :

Le statoréacteur ( « stato » pour statique ) est un réacteur très particulier puisqu’il ne comporte aucune pièce mobile. C’est le plus simple des moteurs pour avions que l’on puisse imaginer. Il s’agit simplement d’un cylindre dans lequel on fait brûler un carburant. Adapté aux hautes vitesses ( entre Mach 1 et Mach 5 ), il est utilisé principalement de nos jours à des tâches très spécifiques comme la propulsion de missiles aéroportés (la vitesse de l’avion porteur autorise l’allumage).

4- Contrôle du fonctionnement, performances et utilisation

Le carburant utilisé pour les réacteurs : kérosène ; il ne brûle qu’aux hautes températures. Un réacteur à l’arrêt ne peut démarrer directement. Il est d’abord lancé par un groupe de démarrage externe. Le combustible est alors enflammé par une bougie à étincelle. Une fois démarré, il s’autoalimente.

Le pilote, pour vérifier le fonctionnement du réacteur, dispose de certains instruments :

–          Le tachymètre qui indique le régime du moteur (en %)

–          Un indicateur de température des gaz dans la tuyère

–          Des voyants permettant de signaler une anomalie de fonctionnement du circuit de lubrification.

Les turboréacteurs peuvent fournir des poussées de 500 daN à 3000 daN ; ils peuvent faire voler des aéronefs de plusieurs centaines de tonnes à 800km/h et plus.

Ex du Concorde : 130 tonnes, +100 passagers, à Mach 2,5

Les principaux défauts ont été en partie corrigés : consommation excessive, usure rapide des pièces tournantes, bruit excessif ; utilisation des turboréacteurs très répandue, dans aviation civile et militaire, même pour des vols régionaux.



diaporama sur l’hélice

12 12 2008

(diaporama réalisé par Eric Savattero):

ce diaporama est un peu compliqué mais rien n’empêche d’aller y jeter un oeil!

helice



Cours n°10: la pression atmosphérique

2 12 2008

(en préambule des cours sur les moteurs à réaction, les instruments de bord, l’aérodynamique et la météo).

La pression atmosphérique


1- Le tube de Venturi

Le tube de Venturi (du nom d’un physicien italien du 18ème siècle) est tuyau court présentant un resserrement interne. On l’utilise pour mesurer le débit des fluides. On peut le représenter par l’assemblage de 2 entonnoirs.

tube de Venturi

La quantité d’air qui passe à l’entrée du tube est identique à celle qui passe au col (passage le plus étroit) et à la sortie : le débit de l’air est constant. Seules les vitesses sont différentes : il se produit une accélération des particules d’air au rétrécissement du tube, jusqu’au passage du col. Puis, la vitesse du vent diminue et retrouve, à la sortie, sa vitesse d’origine.

Un fluide qui passe dans un tel tuyau voit sa pression baisser par le fait de franchir le resserrement, en même temps que sa vitesse s’accroît. En clair, cela signifie que si la section du tube décroit, la vitesse des filets d’air doit alors nécessairement augmenter. Quand la vitesse du fluide augmente, sa pression diminue.

En résumé :

Section du tube S1 (entrée) S2 (col) S3 (sortie)
Vitesse du vent augmente maxi diminue
pression statique diminue mini augmente
pression dynamique augmente maxi diminue
pression totale constante

2- La pression atmosphérique

La pression atmosphérique est la pression exercée par l’air qui entoure la terre. Elle varie selon le moment considéré, la température, la latitude et surtout l’altitude. Elle équivaut à environ 76 cm de Hg au niveau de la mer. 1 atmosphère = 1 bar = 760 mm Hg = 1 kgf / cm2. La pression atmosphérique est mesurée à l’aide des baromètres. Elle permet, en partie, de prévoir le temps. Une chute importante de la pression sur le baromètre de bord annonce l’arrivée d’une dépression souvent génératrice de coup de vent.

a- La pression statique

La pression statique est la pression de l’air au repos. Elle est égale à la pression atmosphérique et est indépendante de la vitesse. Elle se mesure à l’aide d’un baromètre.

b- La pression dynamique

La pression dynamique représente la pression exercée par des particules en mouvement (ex : le vent). Elle est proportionnelle à la vitesse de l’air et à sa masse spécifique.

Pd = Pt – Ps

Pd = ½ ?V²

? = densité de l’air (masse volumique)

Varie en fonction de :

–          la température de l’air

–          la pression atmosphérique

–          l’altitude

Valeur moyenne : 1.225 gr par litre d’air au niveau de la mer, pour une pression de 1.013,25 hPa et à une température de 15°C. Plus on monte, plus la pression diminue, ainsi que ?.

V : vitesse de l’écoulement de l’air

c- La pression totale

C’est l’addition de la pression dynamique et de la pression statique :

Pt = Pd + Ps = constante

½ ?.V² + Ps = constante



Cours n°9: l’hélice

2 12 2008

Maths : Archimède de Syracuse

L’hélice

L’hélice était connue en propulsion nautique ; elle a été appliquée en propulsion aéronautique. Les premières hélices avaient un très mauvais rendement, elles ne transformaient qu’une faible partie de l’énergie du moteur en traction. Jusqu’à ce que les héliciers considèrent la pale comme une aile et apportent cambrure et vrillage sur l’extrados de la pale.

Rôle : elle restitue la puissance développée par le moteur et nécessaire à la traction.

Définition : voilure tournant dans un plan perpendiculaire à l’axe des roulis. Elle se compose d’un minimum de 2 pales réunies par la partie centrale appelée moyeu, lui-même solidaire de l’arbre moteur.

Les pales sont dessinées comme des ailes. Une hélice crée une portance, agissant horizontalement, qui attire l’avion en avant. Elle crée également une traînée.

Le pas de l’hélice : c’est la distance théorique parcourue par l’avion quand l’hélice a effectué un tour.

L’avance par tour : c’est la distance réellement parcourue par l’avion quand l’hélice a effectué un tour. L’avance par tour est toujours inférieure au pas théorique. La perte d’avance est dûe à la compressibilité de l’air.

Vitesse propre (m/s)

=             _________________

Tours/seconde

Le rendement de l’hélice : il se définit comme le rapport de la puissance restituée par la puissance finie. Il est de 0,7 à 0,8 pour les plus performantes.

Puissance restituée                                                      pas théorique

=             ________________                    =                             ____________

Puissance absorbée                                                      avance/tour

Calage : on appelle calage, l’angle formé par la corde de l’un des profils et le plan de rotation de l’hélice. Il varie en fonction du rayon de rotation. Par convention, on dira que le calage est celui du profil se situant à 70% du rayon maximum.

Pourquoi une pale est-elle vrillée ?

La forme vrillée de la pale s’explique par la différence de vitesse qui existe entre son extrémité et sa base. Cela permet d’avoir une force de traction sur toute sa longueur. La moitié interne de la pale de l’hélice tourne cependant moins vite que la moitié externe, et donc la 1ère moitié produit moins de traction que la 2nde. La partie proche du cône a donc essentiellement une fonction structurelle, elle contribue peu à la propulsion.

Lorsque l’angle est de faible valeur, on parle de « petit pas » ; au fur et à mesure que l’angle grandit, le pas s’agrandit.

En effet, on constate des différences de vitesse de rotation de l’hélice : elle est relativement faible près du cône, et augmente au fur et à mesure que l’on s’éloigne du cône.

Ex : pour un Cessna 185 : hélice de 2,13m de diamètre. La vitesse de rotation à 35 cm du cône est de 206 kt  lorsque l’hélice tourne à 2850 tr/min. A 70 cm de l’axe, elle a une vitesse de 412 kt et à l’extrêmité, elle est de 619 kt. (la vitesse du son étant de 660 kt, 619 kt représente 94% de la vitesse du son, soit Mach 0,94 : plus on approche du mur du son, plus le bruit est extrême, trainée excessive et possibilité de vibrations)


Le fonctionnement est identique à celui de l’aile d’avion : en vol chaque pale de l’hélice reçoit un vent relatif crée par la translation de l’avion et la rotation de l’hélice, ce vent génère sur la pale de l’hélice une résultante aérodynamique qui se décompose en portance et en traînée.

Les ingénieurs ont constaté que les pales les plus efficaces étaient celles qui avaient un fort allongement (comme les ailes): elles sont plus efficaces si elles sont longues et fines que courtes et épaisses. Mais pour augmenter la surface d’une hélice sans que la vitesse aux extrémités des pales soit excessive ou l’allongement trop grand, il suffit de rajouter des pales.

Avantages :

–          Augmentation de la surface de l’hélice (intéressant pour les moteurs puissants)

–          Vol plus doux

–          Diminution de la vitesse aux extrémités

–          Réduction du diamètre des pales

–          D’où réduction du bruit

Inconvénients :

–          Augmentation du poids

–          Du coût

–          De la maintenance

Dans le cas d’un vol stabilisé, la portance dirigée vers l’avant constitue la traction qui équilibre la traînée de l’avion et l’ensemble des forces résistantes de chaque pale constitue le couple résistant qui équilibre le couple moteur.

De même que pour une aile d’avion, la valeur et l’orientation de la résultante aérodynamique dépendent de l’angle

1 – Hélice à calage fixe

Sur ce type d’hélice, le calage est effectué au moment de la construction de l’avion ou bien au sol et ne varie plus en vol. Cette solution simple à mettre en œuvre présente deux inconvénients :

–          Le rendement n’est correct qu’à une vitesse donnée.

–          Le moteur subit des sous régimes et des sur régimes

Le pilote doit choisir entre une hélice pour la montée avec un pas moyen ou une hélice de croisière avec un grand pas. Le modèle petit pas favorise les performances de voltige et de montée au détriment de la vitesse de croisière.

(Pour faire le parallèle avec une boite de vitesse d’une voiture, c’est comme si le pilote devait choisir de rester ou bien  tt le temps en 1ère, ou bien tout le temps en 4ème ou 5ème.)

Son calage est choisi comme le compromis permettant des performances acceptables dans les différents régimes de vol.

La solution généralement adoptée consiste à caler l’hélice en utilisation intermédiaire.

2 –Hélice à calage variable

Pour optimiser les performances de l’avion, l’angle de la pale devrait changer avec la vitesse de déplacement. Pour gagner en efficacité, le pas de l’hélice doit être petit au décollage, moyen pour des vitesses modérées ou de montée, et grand pour le vol en croisière… d’où le dispositif d’hélice à calage variable.

Le pilote sélectionne un calage d’hélice par une commande à crans (commande que l’on peut comparer à celle de changement de vitesses d’une voiture).

Dans ce cas, l’hélice est équipée d’un mécanisme permettant de modifier son calage en vol, et d’un système régulateur qui assure une vitesse de rotation constante à la valeur choisie par le pilote

Ce système présente l’avantage de contrer les effets désastreux précédents :

–          Rendement correct sur toute la plage des vitesses de vol

–          Aucune surrégime ou sous-régime du moteur

Son principe d’utilisation est le suivant :

Phase de vol

Objectif Moteur Hélice Action pilote

Décollage

Accélération

maxi

Puissance

maxi

rendement

maxi

plein petit pas

+

plein gaz

Croisière

vitesse élevée

et

consommation faible

puissance

adaptée

rendement

maxi

Grand pas

+ Gaz et régime

selon prescription

du manuel de vol

Incident ou vol à voile

Rendement nul Drapeau

A l’atterrissage,

après le poser des roues

Rendement inverse Revers +

Réduction totale des gaz

Le système de réglage du pas depuis l’intérieur du cockpit peut être hydraulique, électrique ou encore mécanique.

3 – Souffle hélicoïdal

L’hélice possède une action supplémentaire nuisible, il s’agit du souffle hélicoïdal. En effet en arrière de l’hélice ( cas de l’hélice en traction ) l’écoulement de l’air est hélicoïdal. Cet effet est d’autant plus fort que le régime est fort et la vitesse faible ( cas du décollage )

Son influence sur les surfaces verticales tend à faire dévier l’avion et sur les surfaces horizontales à comprimer les amortisseurs.



Cours n°8: le moteur à piston

17 11 2008

Le moteur à piston :

Un cylindre :cylindre

–          Phase d’admission

–          Phase de compression

–          Phase de combustion

–          Phase d’échappement

Au démarrage, il faut entraîner le moteur à l’aide d’un démarreur. L’avion est donc équipé d’une batterie. Une fois le moteur démarré, le circuit de batterie ne sert qu’à l’alimentation électrique des radios de navigation et de communication, feux et autres appareils.

Une fois lancé, le moteur à tjs besoin d’électricité pour assurer le déclenchement des étincelles dans les cylindres. Ce dispositif, appelé allumage, tire son énergie d’une magnéto (il y en a 2, par sécurité), reliée à l’arbre du moteur.

Le circuit d’allumage est doublé, chaque circuit est indépendant de l’autre. Chaque magnéto fournit l’électricité à une seule bougie par cylindre, il y a donc deux bougies par cylindre. Ce système doublé permet d’améliorer la sécurité et la combustion du mélange.

La magnéto est un organe autonome entraîné par le moteur. Ne jamais manipuler l’hélice si les magnétos ne sont pas désactivées.

Un alternateur est également entraîné par la rotation du moteur et alimente la batterie et tous les systèmes électriques de l’avion.

La carburation ou l’injection :

L’alimentation des moteurs à explosion en carburant se fait par la carburation (ou l’injection, qui envoie du carburant sous pression : pas de givrage et alimentation dans toutes les positions).

Le carburateur permet de réaliser un mélange entre l’air et le carburant vaporisé et à le diriger vers les pipes d’admission des cylindres.

Le flotteur et le pointeau maintiennent un débit correct de carburant.

La puissance du moteur dépend du volume de mélange air-carburant aspiré. On peut modifier ce volume et donc la puissance du moteur en changeant la position du « papillon des gaz»  grâce à la manette de gaz (commande noire).

Le mélange idéal est de 1 gramme d’essence pour 15 gramme d’air (1/15). La densité de l’air variant avec la température et l’altitude, on peut régler sur la plupart des moteurs les proportions air/essence, grâce à la commande de richesse (commande rouge) (autres appellations : correcteur altimétrique, mixture ou commande de mélange).

Un mélange trop riche : surconsommation, empêche le moteur d’atteindre sa température normale de fonctionnement.

Un mélange trop pauvre : risque d’extinction du moteur et échauffement du moteur.

Le givrage du moteur

Phénomène très dangereux en aviation légère : ça consiste en dépôt de givre dans le carburateur, qui peut bloquer le papillon et arrêter l’arrivée de l’essence.  Les conditions propices au givrage sont :

–          Une température carburateur comprise entre -15° et 0° (refroidissement de l’air dans le carburateur de 20 à 25°) (surveiller l’indicateur de température du moteur, et le régime moteur).

–          Une atmosphère humide.

Pour éviter ce phénomène, il existe un dispositif nommé « réchauffe carbu », qui modifie la provenance de l’air, non plus directement de l’extérieur mais via un manchon placé autour des pots d’échappement. Inconvénient : l’air y est moins dense, d’où augmentation de la richesse du mélange, et diminution de la puissance  du moteur.

Inconvénients du moteur à carburation :

–          Alimentation en mélange carburé et répartition par cylindre inégaux

–          Quantité d’essence injectée peu précise

–          Risque de givrage important

D’où solution dans le moteur à injection :

Avantages :

– meilleur rendement

– meilleure répartition du combustible dans les cylindres

– réduction importante des risques de givrage

Inconvénients :

–          Coût plus important à l’achat et à l’entretien

–          Difficulté de démarrage, notamment à chaud

–          Moteur plus sensible aux variations du mélange carburé

Circuit carburant

Réservoirs en général dans les ailes.

Alimentation du moteur en carburant soir par gravité, soit par l’intermédiaire d’une pompe mécanique. Par sécurité, elle est tjs doublée par une pompe électrique qui peut être utilisée en vol.

Un robinet d’essence permet d’ouvrir ou de fermer l’arrivée d’essence, et de sélectionner le réservoir droite ou gauche à utiliser.

L’essence aviation

Les essences sont classées selon leur indice d’octane, qui caractérise leur pouvoir anti-détonnant. Le constructeur de l’avion précise quelle essence est à utiliser.

La contamination de l’essence par de l’eau ou de la poussière est très dangereuse. Conseil : faire le plein des réservoirs après le dernier vol de la journée et purger l’eau des réservoirs le matin avant le premier vol.

Le code couleur de l’essence :

80/87 : rose

100LL : bleue

100/130 : verte

Densité moyenne de l’essence : 0,72 (un litre de carburant pèse environ 700 gr). Utilisée pr le calcul du centrage de l’avion.

Les huiles aviations

2 catégories d’huile :

Composition Caractéristiques Utilisation
Minérale Naphte et paraffine Neutralité chimique

Viscosité constante

Point d’éclair élevé

Rodage moteur
Dispersante Huile minérale + additifs Pas de résidu de combustion –          Grands écarts de température du milieu ambiant

–          Faible viscosité à basse température

–          Bon démarrage à froid

–          Bonne lubrification à froid

–          Gde plage de température de fonctionnement

–          Propriétés anti-frictions

Le refroidissement du moteur

Il se fait généralement par arrivée d’air extérieur.



Cours n°7 du 24 octobre 2008: Les moteurs d’avion

5 11 2008

Les « propulseurs » sont des machines composées d’un moteur thermique. Ils fournissent l’énergie nécessaire à la propulsion de l’avion et à l’entraînement des équipements et des servitudes à bord de l’avion (production d’électricité, air pressurisé, etc).

I- les Groupes Moto-Propulseurs (G.M.P.)

Ce sont des moteurs à pistons et à hélices. Le moteur à combustion interne, est couplé à une hélice, qui peut être tractive (si elle est placée à l’avant de l’avion) ou propulsive (si elle est placée au niveau des ailes par exemple).

Caractéristiques techniques: basse vitesse de rotation, à cause de l’utilisation de l’hélice (2500 tours/minute). Le carburant utilisé est l’essence aviation LL. Les GMP équipent donc des avions volant aux basses altitudes et à basse vitesse (maximum 150 à 200 kt), dans le cadre de l’aviation légère et sportive, ou bien encore le travail aérien.

1 kt: 1 knot = 1 noeud = 1 mille nautique soit 1, 852 km/h ou 0,514 mètre/seconde) Le noeud et une unité de vitesse utilisée en navigation aérienne (et maritime).

Il s’agit d’un moteur à explosion, comme ceux des engins terrestres. Ils sont constitués en général de 4 à 8 cylindres. A l’intérieur du cylindre, un piston mobile se déplace sous l’effet de l’explosion des gaz. Il est relié au vilebrequin par une bielle. Le vilebrequin permet de transmettre le mouvement du piston à l’arbre moteur, mais aussi de faire remonter le piston dans le cylindre pour comprimer les gaz avant la combustion. Le carter en bas du piston contient l’huile qui permet de lubrifier les parties mobiles. La tête du cylindre contient des soupapes reliées aux pipes d’admission pour faire entrer le mélange air-carburant et aux pipes d’échappement pour évacuer les gaz brûlés.

Cliquer sur le lien pour plus d’explication:

le moteur a 4 temps

Les cylindres peuvent être disposés de façons différentes: en ligne, en V, à plat ou en étoile.

en étoile:cylindre en étoile

en ligne, en V, à plat: disposition des cylindres

II- Les Groupes Turbo-Propulseurs (G.T.P.)

Il s’agit d’une turbomachine couplée à une hélice tractive ou propulsive. GTP

Caractéristiques techniques: basse vitesse de rotation, à cause de l’utilisation de l’hélice. Le carburant est le kérosène. Meilleur rendement aux moyennes altitudes et aux vitesses moyennes (300 à 400kt). Moyen de propulsion utilisé pour le frêt, le transport de passagers en court courrier et pour le transport militaire en opération.

Pour palier le manque de puissance des moteurs à piston et la grande consommation en carburant des réacteurs, des ingénieurs ont développé ce concept hybride. Il s’agit donc d’un réacteur de faible puissance que l’on utilise pour faire tourner une hélice multipales via un réducteur. Ce type de moteur a permis d’augmenter très fortement les performances des hélicoptères, notamment, en terme de vitesse, d’autonomie, de charge utile et d’altitude.

Le turboréacteur : comme les turboréacteurs à double flux, le turbopropulseur est structuré de la même façon qu’un turboréacteur. Comme lui, il comprend un diffuseur d’entrée, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine, et une tuyère d’éjection. Son fonctionnement est donc le même.

L’hélice : l’arbre entraîné par la turbine agit, à son tour, sur le compresseur mais aussi sur une hélice placée en avant du diffuseur d’entrée. C’est elle qui fournit la principale poussée. La turbine peut être « libre »si elle est indépendante des corps du moteur, ou « liée » (ou à prise directe) si l’hélice est reliée au corps basse pression du moteur.

Le réducteur : comme la vitesse angulaire de la turbine est trop forte pour alimenter une hélice, de masse et de diamètre bien trop important, un réducteur de vitesse est intercalé entre l’arbre de la turbine et celui de l’hélice. Il a pour effet de diminuer la vitesse de cette dernière, mais surtout d’augmenter le couple qui lui est appliqué.

III- Les Groupes Turboréacteurs (G.T.R.)

GTR simple corps simple flux

Ils délivrent une force de propulsion indépendante de la vitesse appelée « poussée ».

Caractéristiques techniques: grande vitesse de rotation: 8000 tours/minute.

Carburant utilisé: kérosène. Meilleur rendement aux hautes altitudes; grandes vitesses, pouvant aller à des vitesses supersoniques. Moyen de propulsion utilisé pour le frêt et le transport de passagers en moyen et long courrier ainsi que pour les opérations tactiques militaires (avions de chasse).



Cours n°6 (2ème partie) Les types de fuselage

28 10 2008

Les structures donnent ses formes à l’avion. Elles doivent être légères et capables d’absorber les contraintes. Il existe trois solutions classiques

Les structures type « treillis »: C’est la première et la plus ancienne des structures, qui consiste à fabriquer un squelette à l’aide de poutres. Il s’agit d’un assemblage de « longerons » reliés entre eux par des « traverses » pour donner la forme souhaitée. S’ils sont en bois ils seront collés, s’ils sont métalliques ils seront soudés. Le revêtement (toile ou tôle mince) est souple. On dit qu’il est non travaillant.treillis

Initialement, les fuselages en treillis n’étaient même pas recouverts, ce sont les progrès des études aérodynamiques qui ont amené à recouvrir le treillis de toile.

Les caissons en structure dite semi-monocoque: les « cadres » sont assemblés entre eux par des « longerons » et des « lisses » (ou raidisseurs) pour donner la forme souhaitée. Les lissent raidissent le revêtement. Les cadres absorbent les efforts de torsion, les longerons ceux de flexion. Le revêtement, préalablement mis en forme, est vissé ou riveté sur cet effort et participe à la transmission des efforts. Il est dit travaillant.caisson semi-monocoque

Les caissons en structure dite monocoque: il n’y a plus de longerons ni de lisses. Le revêtement est directement vissé ou riveté sur les cadres et participe à la transmission et à l’absorption des efforts. Le revêtement participe très fortement à la rigidité de l’ensemble. Il est travaillant.

monocoque

Il est également fréquent que le fuselage d’un avion soit construit de plusieurs tronçons de structures différentes. Cela permet d’optimiser le poids de l’appareil en choisissant la structure en fonction des contraintes appliquées sur telle ou telle partie du fuselage. (cf Airbus A300-600ST Belouga)fuselage beluga Airbus A300-600 ST Belouga



Cours n°6: Efforts, contraintes et matériaux utilisés

24 10 2008

Contraintes et matériaux utilisés

Les contraintes sur la cellule

Forces s’exerçant sur un avion : forces s'exerçant sur un avion


la portance: C’est une force, aussi appelée sustentation, dirigée du bas vers le haut, et qui a son centre en un point de l’aile: le centre de poussée. Elle est opposée au poids de l’avion et doit lui être au moins égale pour que l’avion s’élève. Elle résulte de la pénétration dans l’air de l’aile.

La trainée: C’est la force opposée au déplacement de l’avion et qui résulte de sa résistance à l’air . C’est la résistance à l’avancement, on cherche donc à la réduire au maximum. Pour résumer, on dira que la force qui s’exerce sur l’aile est la résultante aérodynamique. Elle se décompose en deux forces : la Portance et la traînée

resultante aéronautique

le poids:

C’est une force qui agit sur la masse totale de l’avion. Elle s’applique en un point: le centre de gravité. Elle est dirigée vers le centre de la Terre et s’exprime en Newton.

C’est contre cette force que l’aéronef doit lutter pour s’élever dans les airs. Pour que l’altitude soit constante, il faut que la valeur de la portance soit égale à celle du poids. Le poids joue aussi un rôle dans le choix des matériaux et dans la structure de l’avion car la voilure et le fuselage subissent des efforts importants.

Traction

Elle provient des moteurs par l’intermédiaire de l’hélice. Si l’avion a des réacteurs, c’est la poussée de ceux ci qui équilibre la traînée. Une hélice imprime à une masse d’air une accélération vers l’arrière et elle reçoit à son tour une force dirigée vers l’avant: c’est la traction et l’avion est propulsé vers l’avant. Lors du décollage, l’aile rencontre l’air chassé par l’hélice, et il commence à y avoir une portance.



Une contrainte résulte d’une force s’appliquant sur une surface. Les principales contraintes sont :

La traction

La compression

La torsion

La flexion

La compression

Le cisaillement

Résistance des matériaux :

Chaque matériau a un comportement spécifique vis-à-vis des contraintes. On choisira donc pour la construction, le matériel le plus approprié :

Bois, toile et dérivés

Blériot XI Blériot XI

Bois : principalement utilisés dans les débuts de l’aviation. Encore utilisé dans l’aviation légère. Ils doivent être sans défaut et bien secs et avoir l’agrément GSAC. Les essences sont choisies en fonction de leurs caractéristiques :

Les pièces maîtresses : en spruce et épicéa

Pièces secondaires : sapin et pin d’orégon

Patins, fixation de train : frêne et hêtre

Pour le contreplaqué : okoumé et bouleau

Toiles : lin et coton dans les débuts, dacron aujourd’hui.

Par dérivés on entend les contreplaqués. Ce sont des assemblages de feuilles de bois (appelés « plis »), en nombre impair et dont les axes de fibres se croisent à 45° ou 90°.

Métaux

lockheed SR-71 Lockheed SR-71 Blackbird, avion militaire, mais non armé. C’était un avion de reconnaissance. Le 27 juillet 1976, un établi un record simultané d’altitude et de vitesse en atteignant 3528 km/h à 25929 mètres (jamais égalé). Il en existait 32 exemplaires, de 1968 à 1990. Revêtement en titane.

Zicral

Duralinox

Aciers

Alliages de magnésium

Alliages de titane

Monel

Duralumin

Alpax

Résines (epoxide)

Produits liquides constitués d’une base et d’un durcisseur, qui permettent un durcissement irréversible sous certaines conditions de température.

Tissus de fibre

Tissus réalisés à partir de fibre de verre, carbone ou bore.

Le nid d’abeille (Structure cellulaire similaire en apparence au nid d’abeille naturel).

Matériaux composites

On désigne sous ce nom des matériaux constitués par l’assemblage de matériaux de base (résines et tissus de fibre). On obtient ainsi des propriétés mécaniques et physiques performantes :

Matériaux agglomérés (tissus de fibre imprégnés de résine). On les utilise en particulier pour les revêtements de voilure, les revêtements de pâles d’hélicoptère, le renforcement des bords d’attaque, les trappes de visite.

Matériaux sandwich (nid d’abeille entre 2 feuilles fibre/résine ou métal). Matériaux légers et de grande résistance, pour les éléments aérodynamiques, tels que gouverne, pâles d’hélico, spoilers.

Limite élastique – rupture

Les matériaux comme le métal ou le bois se déforment suivant l’intensité de l’effort subi :

· le matériau de déforme puis reprend sa forme initiale à la fin de l’effort, la déformation est élastique

· le matériau se déforme mais ne reprend pas sa forme initiale, la déformation est permanente

· le matériau se déforme puis se casse, c’est la rupture

En aéronautique, seule la déformation élastique est tolérée. On trouve les vitesses limites en fonction de la configuration de l’avion et les facteurs de charge limites dans le manuel de vol, dans la section « Limitations ».

Vieillissement – fatigue des matériaux

Un matériau soumis à des contraintes répétées casse, même si ces contraintes sont en dessous de la contrainte amenant à la rupture : les matériaux ont une durée de vie limitée. C’est pourquoi les constituants des avions doivent être vérifiés lors de la visite d’entretien périodique.



cours n°5 du 21 octobre 2008: gouvernes et commandes (fin)

23 10 2008

Les effets secondaires des commandes et des gouvernes

Il existe des gouvernes dont le système de commande permet une utilisation multiple : par ex, on trouve des élevons qui font office d’élévateur et d’ailerons ; ou des flaprons qui servent de volet de courbure et d’ailerons.

Ns avons décrit l’effet principal des différentes commandes (effet primaire), mais leur action entraine des mouvements parasites de l’avion : des effets secondaires :

– La commande de profondeur est sans effet secondaire ;

– La commande de roulis entraine un lacet inverse puis une chute du nez de l’appareil dans l’intérieur du virage ;

– La commande de lacet entraîne un roulis induit dans le même sens ;

Le lacet inverse

Le « gauchissement » entraîne un effet secondaire sur la trajectoire : en effet, lorsqu’on incline l’avion, l’aile voyant sa portance augmenter, voit également sa traînée augmenter. Il se produit alors une rotation autour de l’axe de lacet. Le nez part du côté de l’aile haute . Une inclinaison sur la droite engendre donc du lacet à gauche. On parle de lacet inverse.lacet inverse

Pour le corriger, il faut agir sur le palonnier afin d’annuler la dissymétrie du vol.

Le roulis induit

L’action sur les palonniers provoque une rotation autour de l’axe de lacet. Lors de la rotation, l’aile extérieure parcourt une distance supérieure à l’aile intérieure pendant le même temps. L’aile extérieure au virage a une portance plus grande que l’aile intérieure, créant un mouvement de roulis. L’avion, sans intervention sur le volant, s’incline du côté de l’action sur le palonnier. Pour le corriger, il faut contrer l’augmentation d’inclinaison avec les ailerons.

L’effet de girouette

effet de girouette

Dans un roulage ou un décollage par vent traversier, les surfaces latérales sont frappées et l’avion tend à s’orienter dans le lit du vent (face au vent) ce qui nécessite une correction du pilote, en mettant du manche dans le vent et du palonnier à l’inverse du côté du vent.

Le contrôle de la vitesse

Il est nécessaire au pilote de savoir contrôler sa vitesse, notamment lors des descentes rapides. Il dispose de 2 possibilités :

– le moteur : la commande de gaz permet de réguler la puissance fournie par le moteur et ainsi de ne pas dépasser les limites autorisées.

– les freins aérodynamiques (ou dispositifs hyposustentateurs) ils détruisent la qualité aérodynamique du profil: les aérofreins ; des plaques perpendiculaires à l’avion, que l’on déploie pour augmenter la traînée et réduire la vitesse ; et les spoilers qui diminuent la portance, obligeant le pilote à augmenter l’incidence pour maintenir sa trajectoire et ainsi augmenter également la traînée.

aerofreins sur Mirage IV

Les aérofreins sont sortis sur l’extrados de la voilure, sur ce Mirage IV

Les compensateurs

Une gouverne peut devoir conserver une position particulière. Cela réclamera de la part du pilote un effort physique non négligeable s’il n’existe pas de dispositif « compensateur ».compensateur

Un compensateur (ou « trim » en anglais) est un système aérodynamique ou mécanique qui permet de maintenir une gouverne (surface de contrôle) d’un avion dans une position permettant l’équilibre de l’avion.

Lorsque le compensateur est correctement réglé, l’avion conserve son attitude dans l’air: les efforts au manche sont annulés, le pilote peut lâcher les commandes.

Compensation sur les trois axes

  • en tangage. Le compensateur le plus courant (quasiment indispensable) est le compensateur de profondeur, qui contrôle l’appareil sur l’axe de tangage (tendance à piquer ou à cabrer).
  • en roulis. Un compensateur d’ailerons sert à contrer l’inclinaison sur l’axe de roulis
  • en lacet. Un compensateur de direction sert à contrer l’effet d’un vent traversier au décollage ou le couple en lacet dû au souffle hélicoïdal de l’hélice. En l’absence de compensateur de direction, un couple en lacet présent en vol va amener du roulis induit qui pourra être corrigé par le compensateur de roulis.

Types de compensateurs

Le compensateur (ou trim) peut être :

  • aérodynamique : c’est une surface mobile généralement articulée au bord de fuite de la gouverne,
  • mécanique : c’est un sandow ou un ressort disposé dans la chaîne de commande.

Commande du compensateur

  • Commande mécanique sous la forme de levier, molette ou de volant agissant sur le compensateur.
  • Commande électrique (interrupteur, curseur) agissant sur un servo-moteur qui lui même agit sur le compensateur.