CONNAISSANCE DE L’AVION

Henri Castanet

1 – terminologie : 2 - caractéristiques générales 2.1 – le train d’atterrissage 2.1.1 - le train classique 2.1.2 – le train tricycle

2.2 – la flèche 2.3 – le dièdre 2.4 – l’envergure

2.5 – surface alaire 2-6 - le profil d’aile 2.7 – La corde de profil 2.7.1 - définition 2.7.2 – notion de corde moyenne 2.8 - l’allongement

2.9 – les feux de navigation 3 – le groupe motopropulseur 3.1 - le moteur à piston 3.1.1 – description

3.1.2 - les temps du moteur 4 temps 3.1.3 – quelques moteurs 3.1.4 – la lubrification du moteur

3.2 - l’allumage : les magnétos 3.3 - le carburant 3.3.1 - le type de carburant

3.3.2 - le circuit carburant 3.4 : la gestion du moteur 3.4.1 : le carburateur 3.4.2 : la richesse 3.4.3 : le réchauffage carburateur 3.5 : les commandes en place pilote

4 – L’hélice : 4.1 – Généralités

4.2 – hélice à pas fixe 4.3 - hélice à pas variable (constant speed)

4.4 – rendement de l’hélice 5 – les instruments de bord : 5.1 – définition de la pression

5.2 - les différentes pressions : 5.2.1 – la pression statique : 5.2.2 – la pression dynamique : 5.2.3 – la pression totale : 5.2.4 – lieu de mesure des pressions : 5.2.4.1 – mesure de la pression statique :

5.2.4.2 – mesure de la pression totale : 5.2.4.3 – tube Pitot

5.3 - principe de mesure des pressions 5.3.1 – manomètre absolu : l’altimètre 5.3.2 – manomètre différentiel : anémomètre ou badin 5.4 – L’altimètre : 5.4.1 – généralitès : 5.4.2 – altitude :

5.4.3 – hauteur 5.4.4 – niveau de vol : Flight Level (FL)

5.4.5 - calage au QFE 5.4.6 – calage au QNH 5.4.8 – altitude de transition, niveau de transition

5.4.9 – remarques 5.5 – L’anémomètre ou badin

5.5.1 : rappel : 5.5.2 : l’instrument

5.6 – le variomètre : 5.6.1 - principe

5.6.2 – compensation du variomètre 5.7 – le compas : 5.7.1 – principe 5.7.2 – lignes isogones 5.7.3 – déviation

5.7.4 – exemple : trajet Perpignan – Biarritz (sans vent) 6 – Les instruments de radionavigation 6.1 - le V.O.R (Very High Frequency Omnidirectional Range) 6.2 - le DME (Distance Measuring Equipment) : 6.3 – principe du suivi de l’axe d’une balise : 6.3.1 – le QDM

6.3.2 – le QDR 7 - La structure des avions 7.1 – la cellule

7.2 – l’aile 7.3 – Le fuselage 7.4 – Quelques remarques sur les matériaux

8 – Les autres groupes motopropulseurs

8.1 - le turbopropulseur 8.2 – le réacteur double flux

8.3 – l’inversion de poussée 9 – Les giravions (auteur Jean-Marc Pradelles) 9.1 - rappels sur la sustentation des plus lourds que l’air.

9.2 - l’autogire : 9.3 - l’hélicoptère : 9.4 - Le girodyne : 9.5 - les différentes parties d’un hélicoptère. 9.6 - mécanique du vol de l’hélicoptère.

9.6.1 - l’aérodynamique appliquée à une pale d’hélicoptère.

9.6.2 - Influence de l’incidence sur la portance d’une pale en rotation. 9.7 - Les mécanismes permettant de modifier l’incidence des pales de

l’hélicoptère. 9.8 - Conséquence de la variation de pas des pales sur le comportement du

rotor. 9.9 - Les commandes de vol. 9.10 - Actions des commandes sur les déplacements de l’hélicoptère.

9.10.1 - Action de la commande de pas général. 9.10.2 - Action de la commande de pas cyclique.

9.10.3 - Action des palonniers.

1 – terminologie :

- Saumon : extrémité de l’aile - Aileron : partie mobile (gouverne) située à l’arrière et à l’extrémité des

ailes. Lorsqu’un aileron s’abaisse, l’autre s’élève. - Aérofreins : parties mobiles sortant symétriquement sur les deux ailes et

destinées à diminuer les qualités de vol d’une aile. - Volets de courbures : partie mobile située à l’arrière et dans la partie

centrale de l’aile, destinée à modifier les caractéristiques d’une aile. - Bord d’attaque : lieu des points les plus en avant de l’aile. - Bord de fuite : lieu des points les plus en arrière de l’aile. - Emplanture : jonction de l’aile et du fuselage. Elle peut être habillée d’un

« karman ».

- Empennage horizontal : ensemble des parties horizontales autres que l’aile. Attention, elles peuvent être situées à l’avant du fuselage : « empennage canard ».

- Plan fixe : partie fixe de l’empennage horizontal. - Gouverne de profondeur : partie mobile de l’empennage horizontal.

Attention sur certaines machines, il n’y a pas de plan fixe, on parle alors de profondeur monobloc.

- Empennage vertical : ensemble des parties verticales situées généralement à l’arrière du fuselage.

- Dérive : partie fixe de l’empennage vertical. - Gouverne de direction : partie mobile de l’empennage vertical.

2 - caractéristiques générales 2.1 – le train d’atterrissage 2.1.1 - le train classique

Difficultés de roulage au sol, mauvaise visibilité du pilote.

2.1.2 – le train tricycle

Facilité de roulage au sol, bonne visibilité

2.2 – la flèche C’est l’angle compris entre le bord d’attaque et la perpendiculaire à l’axe du fuselage. Certaines machines peuvent avoir une flèche inversée.

2.3 – le dièdre C’est l’angle formé entre l’axe des ailes et l’horizontale.

Remarque : les avions de chasse ou de voltige n’auront pas de dièdre car le dièdre est un facteur de stabilité.

2.4 – l’envergure C’est la distance d’une extrémité à l’autre des ailes.

2.5 – surface alaire C’est la surface des ailes y compris la surface du fuselage entre les ailes.

2-6 - le profil d’aile

C’est le contour géométrique d’une section d’aile, coupée parallèlement au plan de symétrie de l’aéronef

2.7 – La corde de profil 2.7.1 - définition Sur un profil, c’est le segment joignant le bord d’attaque au bord de fuite.

Plan de symétrie

profil de l’aileprofil de l’aile

cordeAA

BB

cordeAA

BB

2.7.2 – notion de corde moyenne C’est la moyenne des longueurs des cordes de profils

Cm= (Ci+Ce)/2

2.8 - l’allongement

C’est le rapport de l’envergure sur la corde moyenne.

Allongement = envergure/corde moyenne = b/Cm = Longueur/largeur = L/l

remarque : les planeurs ont un grand allongement : ailes très longues et étroites. Ces structures ont pu être réalisées grâce à l’évolution des matériaux : longeron en fibre de carbone.

2.9 – les feux de navigation Depuis la place pilote :

- vert à droite - rouge à gauche - blanc derrière

NB : tous les feux sont fixes

.

3 – le groupe motopropulseur 3.1 - le moteur à piston 3.1.1 – description

Le moteur est composé : - d’une chambre de combustion dans laquelle on introduira le mélange air essence : le cylindre. - d’une pièce en translation qui va comprimer le mélange air essence : le piston. - l’étanchéité entre le cylindre et le piston est assurée par les segments. - la bielle assurera la transformation du mouvement de translation en mouvement de rotation. - le vilebrequin transmet le mouvement de rotation vers l’hélice. - la chambre de combustion est fermée dans sa partie supérieure par un élément démontable : la culasse. - la culasse sera percée de trous permettant le passage des soupapes d’admission et d’échappement. - les soupapes s’ouvriront et se fermeront grâce à l’arbre à cames. - sur la culasse est fixée la bougie qui assure l’explosion du mélange air essence.

3.1.2 - les temps du moteur 4 temps

Le piston est en position haute. Les soupapes sont fermées.

Admission La soupape d’admission s’ouvre sous l’action de la came d’admission Le piston descend Le cylindre se remplit du mélange air essence. (1g d’essence pour 14g air)

Compression Les soupapes sont fermées Le piston remonte et comprime le mélange air essence.

L’étincelle de la bougie fait exploser le mélange.

Détente

Le piston est repoussé vers le bas. C’est le seul temps actif du moteur.

Echappement La soupape d’échappement s’ouvre sous l’action de la came d’échappement Le piston remonte. Le cylindre se vide des gaz brûlés.

3.1.3 – quelques moteurs

Cylindres en V : Exemple voiture avec moteur V6. Cela veut dire que le moteur est constitué de 2 séries de 3 cylindres disposées en V.

Cylindres à plat : Les cylindres sont disposés face à face. Système le plus souvent utilisé sur les avions : « Flat twin »

Cylindres en étoile Les cylindres sont disposés radialement par rapport à l’axe du moteur

3.1.4 – la lubrification du moteur

La partie inférieure du moteur sera lubrifiée par de l’huile. L’objectif est de faciliter le mouvement des pièces les unes par rapport aux autres. Ce circuit comprendra essentiellement un filtre à huile et un radiateur d’huile qui aura pour fonction le refroidissement du liquide. Lors de la mise en route il faudra immédiatement contrôler le manomètre de pression d’huile afin de vérifier que le moteur est bien lubrifié (pression d’huile dans le vert). Avant le décollage la température d’huile devra elle aussi être dans le vert. (attention, la température de l’huile met un certain temps à monter).

3.2 - l’allumage : les magnétos

La bougie aura pour fonction de produire l’étincelle qui assurera l’explosion du mélange.

Les cylindres seront pourvus de deux bougies de manière à augmenter la sécurité quant à l’explosion du mélange.

L’allumage des bougies devra intervenir juste avant l’arrivée du piston en fin de phase de compression. L’allumage est distribué par un système appelé magnétos. Un avion possède donc deux magnétos qui seront testées au point fixe. Un avion volera toujours les deux magnétos activées.

Attention : lors de l’arrêt du moteur la coupure des magnétos est impérative. En cas de mauvaise coupure ou d’oubli des clés le fait de tourner l’hélice peut entraîner le démarrage du moteur.

3.3 - le carburant 3.3.1 - le type de carburant L’essence utilisée en aéronautique est de la 100 LL de couleur bleue.

3.3.2 - le circuit carburant

Il se compose de réservoirs, d’un robinet sélecteur, de purges, d’une pompe mécanique (entraînée lorsque le moteur tourne), d’une pompe électrique.

La pompe électrique est une pompe chargée d’assurer l’alimentation en carburant dans les phases critiques du vol : décollage, atterrissage (remise de gaz possible), changement de réservoir.

L’essence est amenée vers le carburateur qui assure le mélange air essence. La proportion idéale du mélange air essence est de 14 gr d’air pour 1gr d’essence.

Par souci de sécurité un certain nombre de voyants pourront informer le pilote des défaillances du circuit carburant :

- alarme bas niveau des réservoirs - alarme sélecteur mal positionné - alarme basse pression

3.4 : la gestion du moteur

3.4.1 : le carburateur Il assure le mélange air essence.

Au niveau du carburateur par un système de « venturi » on va créer une dépression qui va aspirer l’essence

.

La manette des gaz agira sur le volet du carburateur. Lorsque l’on est au ralenti, le volet est fermé et l’essence passera par le circuit de ralenti

3.4.2 : la richesse Lorsque l’on s’élève en altitude, la quantité d’air admise dans le carburateur diminue alors que la quantité d’essence reste la même. Le mélange devient trop riche.

On va agir sur la manette de richesse de manière à réduire la quantité d’essence admise dans le carburateur. Attention :

- un mélange trop riche sera froid mais provoquera une consommation excessive du moteur.

- un mélange trop pauvre provoquera la surchauffe du moteur.

Lors de la montée en altitude ou de la descente, il faudra donc agir sur la manette de richesse.

3.4.3 : le réchauffage carburateur Lorsque l’on diminue le régime moteur (manette des gaz) le volet du carburateur se ferme, il apparaît une forte dépression qui provoque une importante diminution de la température des gaz d’admission (mélange air essence). Si l’air est humide, apparaît le risque du givrage carburateur. Pour éviter ce givrage, on va admettre dans le carburateur de l’air ne provenant pas directement de l’extérieur mais préchauffé par les gaz d’échappement dans un échangeur de chaleur : « la réchauffe carbu ».

Variation du régime moteur en cas de givrage

Réchauffage carburateur non actionné

Deux circuits d’admission d’air sont possibles :

o air filtré par le filtre à air (en partie basse) : air froid o air non filtré (à coté de l’hélice : refroidissement des cylindres) qui passera par

un échangeur de chaleur avec le collecteur d’échappement. Lorsque le réchauffage carburateur n’est pas actionné, l’entrée d’air s’effectue par le filtre à air.

Réchauffage carburateur actionné

L’air injecté dans le carburateur provient de la prise d’air en partie haute (air non filtré). Cet air passe dans un échangeur de chaleur alimenté par les gaz d’échappement.

Remarque : si le réchauffage carburateur est utilisé lors de la réduction de puissance du moteur (atterrissage) il ne doit pas être utilisé au roulage au sol (air non filtré).

3.5 : les commandes en place pilote

Sur un moteur à hélice à pas fixe la commande moteur s’effectue à l’aide de 3 manettes :

- manette des gaz : si l’on pousse le régime moteur augmente. - manette de richesse : si l’on pousse le mélange s’enrichit. - Manette de réchauffage carburateur : si l’on pousse on admet de l’air froid.

Remarque : en régime de vol normal, les 3 manettes sont en avant.

4 – L’hélice : 4.1 – Généralités

- L’hélice est fixée à l’extrémité du vilebrequin. - C’est une aile dont le vent relatif est toujours dans un plan « vertical ». - A l’avant elle sera protégée par un cône d’hélice encore appelé « casserole » dont la fonction est d’assurer l’aérodynamisme et l’écoulement de l’air pour le refroidissement du moteur. - Pour une hélice on distinguera 2 vitesses : - La vitesse angulaire : c’est l’angle dont elle va tourner en une seconde ou le nombre de tours par minute. - La vitesse linéaire : c’est la vitesse sur la trajectoire (cercle). Il est bien évident que la vitesse linéaire augmente lorsque l’on s’écarte du centre de l’hélice (sur une hélice bipale la vitesse linéaire est quasi supersonique en bout de palle : bruit...)

4.2 – hélice à pas fixe

On appelle « angle de calage » l’angle compris entre la corde de profil (corde de référence) et le plan de rotation de l’hélice. L’hélice à pas fixe possède un angle de calage fixe. Remarque : l’angle de calage sera différent de l’angle d’incidence puisque l’avion avance dans l’air. 4.3 - hélice à pas variable (constant speed) C’est une hélice dont on fera varier l’angle de calage (donc l’angle d’incidence). La vitesse de rotation de l’hélice sera constante. Ce qui va changer c’est le pas de l’hélice :

petit pas : il sera utilisé pour le décollage et le remorquage (meilleur rendement pour de faibles vitesses)

grand pas : il sera utilisé en croisière (meilleur rendement pour les grandes vitesses)

4.4 – rendement de l’hélice Un rendement est une fraction (son résultat est toujours inférieur à 1)

Rendement = Energie qui sort / Energie qui rentre

Système

Mécanique Electrique

Pneumatique…

Energie

qui rentre

Energie qui sort

Ce graphique représente le rendement de l’hélice en fonction de la vitesse de déplacement de l’avion.

- Point A : l’hélice tourne mais l’avion n’avance pas : le rendement est nul. - Point B : L’hélice mise en petit pas est à son rendement maximum. On constate que

la vitesse est relativement faible. - Point C : La même hélice mise en grand pas a un rendement faible. - Point D : L’hélice mise en grand pas est à son rendement maximum. On constate que

la vitesse est élevée et que c’est le même rendement qu’en petit pas.

5 – les instruments de bord : 5.1 – définition de la pression

Pression = force / surface

Unités : - une force s’exprime en Newton - une surface s’exprime en m2

- une pression s’exprime en Pascal A savoir : un Pascal correspond à la pression exercée par une force de 1 Newton sur 1 m2

5.2 - les différentes pressions : 5.2.1 – la pression statique : C’est une pression qui n’est pas liée au mouvement (statique). C’est la pression à un endroit donné. Elle est due à la pression de l’atmosphère à cet endroit. Rappels :

- en atmosphère standard au niveau de la mer la pression statique est de 1013,25 hpa. - elle diminue, lorsque l’altitude augmente, de 1 hpa tous les 28 ft ou 8,5m (en basses couches). 5.2.2 – la pression dynamique : C’est la pression uniquement liée au mouvement. Dans notre cas elle sera liée au « vent relatif »

Pd = ½ ρ V2

A

C

B D

ρ = masse volumique de l’air. Elle s’exprime en Kg/m3 V = vitesse du vent relatif. Elle s’exprime en m/s Pd = pression dynamique. Elle s’exprime en Pascal 5.2.3 – la pression totale :

Pt = Pd + Ps

La pression totale correspond à l’addition des pressions dynamique et statique à un moment donné en un lieu donné. 5.2.4 – lieu de mesure des pressions : 5.2.4.1 – mesure de la pression statique :

Globalement le fuselage d’un avion est en surpression sur sa partie avant et en dépression sur sa partie arrière. Il faudra identifier l’endroit où le fuselage ne sera ni en dépression ni en surpression. C’est à cet endroit que l’on va mesurer la pression statique.

D’autre part pour palier la dissymétrie du vol, on mesurera la pression statique sur les deux côtés du fuselage.

5.2.4.2 – mesure de la pression totale : Elle devra s’effectuer à un endroit où l’écoulement de l’air n’est absolument pas perturbé. La mesure devra être prise perpendiculairement au vent relatif. 5.2.4.3 – tube Pitot C’est une « antenne » qui mesurera simultanément la pression statique et la pression totale ou pour le moins la pression totale.

5.3 - principe de mesure des pressions 5.3.1 – manomètre absolu : l’altimètre

La pression à mesurer sera admise directement dans la capsule. Une augmentation de la pression produira une dilatation de la capsule, donc une rotation de l’aiguille. Une diminution de la pression produira une compression de la capsule donc la rotation inverse. L’appareil ci-contre est un barographe (relevé graphique des variations de pression). On constate l’empilement des « capsules de Vidie » qui amplifie les déformations.

5.3.2 – manomètre différentiel : anémomètre ou badin

La capsule de Vidie reçoit la pression totale : Pt = Ps + Pd La capsule de Vidie est enfermée dans un « récipient » relié à la pression statique. L’aiguille sera sensible à la variation de Pt-Ps. Or Pt-Ps= Pd= ½ ρ V2

2 Pd donc : V = ρ

5.4 – L’altimètre : 5.4.1 - généralitès :

L’altimètre est un manomètre absolu qui mesure la variation de la pression statique. Il est possible de le caler en agissant sur le bouton de calage qui entraînera la rotation des aiguilles et de la fenêtre des pressions.

5.4.2 – altitude :

Définition : distance verticale entre un point et le niveau moyen de la mer. Remarque : une altitude est parfois notée AMSL (Above Mean Sea Level)

5.4.3 – hauteur Définition : distance verticale entre un point et un niveau de référence quelconque. Remarque : une hauteur est parfois notée avec le sigle AGL (Above Ground Level)

5.4.4 – niveau de vol : Flight Level (FL)

Définition : distance verticale entre un aéronef et l’isobare 1013,25 exprimée en centaines de pieds.

Remarque : l’isobare 1013,25 a une position variable en fonction du lieu et du temps.

5.4.5 - calage au QFE

En agissant sur le bouton de calage nous allons afficher la valeur de la pression mesurée sur un aérodrome. Lors du vol nous connaîtrons donc notre hauteur par rapport au terrain. Exemple d’utilisation : tours de piste. Lorsque nous serons au sol les aiguilles seront à 0.

5.4.6 – calage au QNH

En agissant sur le bouton de calage nous allons régler la « valeur calculée » de la pression à la pression indiquée, du moment, au niveau de la mer. Nous connaîtrons alors notre altitude.

5.4.7 – calage au 1013,25 En agissant sur le bouton de calage nous allons régler la valeur de la pression à 1013,25. Nous ne connaîtrons plus alors ni notre hauteur ni notre altitude mais nous respecterons un niveau de vol. Exemple : FL 300 (Flight Level) : 30 000 pieds

5.4.8 – altitude de transition, niveau de transition

Altitude de transition : c’est l’altitude à laquelle on passera du réglage au QNH au réglage au 1013,25. Niveau de transition : c’est le niveau de vol auquel on passera du réglage au 1013,25 au réglage au QNH. 5.4.9 – remarques

Lorsque nous sommes en période ni anticyclonique ni dépressionnaire, l’isobare 1013,25 se situe au niveau de la mer. En zone anticyclonique, au niveau de la mer, la pression sera supérieure à 1013,25 hpa. Le 1013,25 hpa sera donc au dessus de la mer. Si nous utilisons le calage 1013,25 nous serons donc plus haut. En zone dépressionnaire, au niveau de la mer, la pression sera inférieure à 1013,25 hpa. Le 1013,25 hpa sera donc sous la mer. Si nous utilisons le calage 1013,25 nous serons donc plus bas = DANGER.

La surface S : - elle sera définie pour les besoins de

la circulation aérienne. - Elle correspond à 3000 pieds AMSL

(niveau de la mer) ou 1000 pieds AGL (niveau du sol) ou 1000 pieds ASFC (surface)

- Dans l’espace situé sous la surface S les règles de circulation aérienne seront différentes.

5.5 – L’anémomètre ou badin 5.5.1 : rappel :

C’est un manomètre différentiel qui mesure la différence entre la pression totale et statique de manière à « extraire » la pression dynamique liée au carré de la vitesse (Pd = ½ρ V2)

5.5.2 : l’instrument

Les arcs caractéristiques : - l’arc vert : domaine de vol normal - limite arc vert arc jaune : VRA (limite

de la vitesse de vol en air turbulent) - trait rouge : VNE (Velocity Never

Exceed) - arc blanc : VFE (Velocity Flap

Extended)

5.6 – le variomètre : 5.6.1 - principe

C’est un manomètre différentiel qui mesure la différence entre une pression statique et une pression statique « retard »

Remarques :

- le variomètre du fait de sa conception indiquera les variations d’altitude avec un certain retard (tube capillaire).

- sur les planeurs, les variomètres sont gradués en m/s, sur les avions ils sont gradués en pieds/mn.

5.6.2 – compensation du variomètre Un variomètre non compensé ne prendra en compte que la variation d’altitude (énergie

potentielle). Il ne tiendra pas compte de la variation de vitesse (diminution de la vitesse lors d’une ressource : énergie cinétique).

Sur les planeurs, il est intéressant de connaître la réalité d’une ascendance. Si le pilote « tire sur le manche » l’indication du variomètre sera faussée (forte montée).

Afin d’éviter ce phénomène, on utilisera un variomètre compensé qui sera capable, grâce à une antenne de compensation (située sur la queue de la machine), de tenir compte de la réalité des variations d’énergie cinétique et potentielle.

5.7 – le compas : 5.7.1 – principe

Sur une carte nous allons mesurer nos positions par rapport au pôle Nord géographique encore appelé Nord vrai. A l’opposé lorsque nous serons dans un aéronef, nous nous repèrerons grâce au compas dont la référence est le pôle Nord magnétique. Sur la terre la position du pôle Nord magnétique est fluctuante. Il se déplace d’année en année. L’angle formé par notre position et le Nord géographique d’une part et notre position et le pôle Nord magnétique d’autre part est appelé angle de déclinaison. Si le pôle Nord magnétique se situe à l’Ouest du pôle Nord géographique, on parlera de déclinaison Ouest. Si le Nord magnétique se situe à l’Est du pôle Nord géographique on parlera de déclinaison Est.

5.7.2 – lignes isogones

Sur chaque carte aéronautique, il apparaîtra une représentation des lignes isogones : lignes de même déclinaison magnétique. Lors d’une navigation il faudra corriger les caps en fonction des déclinaisons magnétiques relevées.

5.7.3 – déviation

Les masses métalliques d’un aéronef vont provoquer des erreurs compas variables suivant le cap choisi. Cette erreur s’appelle la déviation.

5.7.4 – exemple : trajet Perpignan – Biarritz (sans vent) - on trace sur la carte le cap à suivre. - on mesure le cap vrai ou géographique 283 ° - on va consulter les lignes isogones : déclinaison 4°w

- je « monte dans l’avion ». La référence est le Nord magnétique qui se situe 4° à l’ouest du Nord géographique.

- l’affichage du cap 283° nous amènera au Sud de Biarritz. - Pour nous diriger vers Biarritz nous devrons donc suivre une route correspondant au cap vrai + la déclinaison ouest (283° + 4° = 287°).

Nord vrai Nord magnétique

Déclinaison magnétique

Cap vrai 283 °

Cap compas 283°

Biarritz

Cap 283° : je vais ici ! Est vrai

Sud vrai

Ouest vrai Perpignan

6 – Les instruments de radionavigation 6.1 - le V.O.R (Very High Frequency Omnidirectional Radio Range)

C’est un instrument radio qui va nous permettre de nous positionner par rapport à une balise émettrice au sol. Pour l’utiliser nous devrons régler le récepteur sur la fréquence de la balise (PPG : 116.25 Mhz.) Le VOR donnera alors, pour indications :

- Si je me rapproche de la balise : « TO », - Si je m’éloigne de la balise : « FROM » - Si je suis à droite de l’axe de la balise O

- Si je suis à gauche de la balise O

6.2 - le DME (Distance Measuring Equipment) :

Cet instrument permettra de connaître sa distance en nautiques par rapport à la balise. Il peut aussi donner la vitesse sol et le temps pour atteindre la balise. Dans ce cas il donnera une indication sur la vitesse du vent en comparant la vitesse sol et la vitesse de vol (anémomètre).

6.3 – principe du suivi de l’axe d’une balise : 6.3.1 – le QDM Je veux me diriger vers une balise :

Je vais tourner « l’observer » pour aligner l’aiguille au centre de l’instrument. Je vais contrôler qu’est bien affichée l’information « TO ». Je vais relever le cap en haut de l’aiguille VOR : QDM 060°

Je vais prendre le cap indiqué qui me ramènera sur la balise.

6.3.2 – le QDR Je veux m’éloigner d’une balise à un cap donné :

Je vais tourner « l’observer » pour afficher le QDR recherché : 060° Je vais contrôler qu’il est bien affiché l’information « FROM ». Je vais chercher à aligner l’avion sur la trajectoire à suivre (alignement de l’aiguille au centre de l’instrument) 7 - La structure des avions 7.1 – la cellule

Elle est composée de l’ensemble des pièces composant l’aéronef enlevés :

- l’avionique (instrumentation) - le groupe motopropulseur.

On assemble des pièces métalliques (aluminium), bois entoilé ou en matériaux composites : fibre de verre et de carbone.

7.2 – l’aile

C’est une partie de la cellule. Elle se compose d’une pièce principale le longeron qui a pour but d’encaisser les efforts en flexion. Les autres pièces structurales sont les nervures qui sont recouvertes d’un « habillage » : entoilage ou tôles d’aluminium. A l’arrière de l’aile se situent les parties mobiles : ailerons (extrémités) et volets (emplanture).

Test de la résistance en flexion de l’aile de l’Airbus A380.

7.3 – Le fuselage

Il se compose de cadres ou couples qui assurent la rigidité et la forme du fuselage puis d’un habillage en aluminium, bois ou toile.

7.4 – Quelques remarques sur les matériaux En aéronautique la « course » est faite simultanément à la légèreté et la solidité. Ces deux notions à priori incompatibles trouvent une solution dans l’apparition des matériaux composites. Ces matériaux prennent aujourd’hui une place de plus en plus importante dans la construction aéronautique (fibre de verre, de carbone, de kevlar). Pour obtenir une rigidité importante de ces matériaux, on fabrique des structures en « nid d’abeilles ».

Fibre de carbone Cockpit du Boeing 787

Flexion de l’aile en matériaux composites et test de rupture: Boeing 787

8 – les groupes motopropulseurs autres que le moteur à explosion

8.1 le turbopropulseur

1. L'hélice (A) assure la traction de l’aéronef. 2. L'air est comprimé par les compresseurs (C). 3. Il est ensuite introduit dans la chambre de combustion (D), là il est mélangé au carburant

pulvérisé. 4. Un système d'allumage démarre la combustion du mélange gazeux. 5. L'énergie cinétique des gaz (vitesse des gaz) à la sortie de la chambre de combustion

(D) est utilisée de trois façons. Elle sert à :

Actionner la turbine (E) qui entraînent les compresseurs (C) et les génératrices électriques.

Actionner la turbine (E) qui entraîne le réducteur (B), lui même entraînant l'hélice. Fournir une poussée à l'avion par l'échappement des gaz dans la tuyère (F).

8.2 – le réacteur double flux

La poussée est assurée par deux circuits :

- Le flux chaud correspond au circuit des anciens réacteurs - Le flux froid qui est assuré par l’éjection de gaz comprimés par une immense

« hélice » appelée fan. L’apparition des réacteurs double flux a entraîné une forte diminution du niveau sonore. 8.3 – l’inversion de poussée. A l’atterrissage pour freiner l’aéronef le pilote utilisera l’inverseur de poussée (reverse). Par un système de volets on renverra la poussée réacteur vers l’avant tout en mettant « plein gaz ».

9 – Les giravions 9.1 - Rappels sur la sustentation des plus lourds que l’air.

La sustentation des appareils volants plus lourds que l’air est assurée au moyen de surfaces profilées appelées voilures. Dans le cas des avions ces voilures sont fixes et c’est la vitesse de l’appareil dans la masse d’air qui engendre la portance. Sur un giravion, la vitesse est obtenue par rotation du rotor composé de plusieurs voilures appelées «pales» entraînées à une vitesse U soit par un moteur soit par le vent relatif.

Par opposition à l’avion (voilure fixe), tous les appareils dont la sustentation est assurée par une voilure tournante (rotor) constituent la famille des giravions.

Il existe 3 types de giravions : l’autogire, l’hélicoptère et le girodyne.

9.2 – L’autogire : Son rotor est monté libre sur un arbre. Un propulseur (moteur +hélice) entraîne l’appareil en translation Le rotor tournant librement est basculé en arrière par le vent relatif produit par le mouvement en avant. Ce vent relatif passant à travers le rotor le fait tourner et produit la portance; le rotor est en autorotation. C’est en fait un avion dont les ailes ont été remplacées par une voilure tournante. Il ne peut ni voler verticalement ni tenir en vol stationnaire.

9.3 - L’hélicoptère :

L’ hélicoptère est un aéronef dont la sustentation et la propulsion sont assurées par des voilures tournantes, couramment appelées rotors, et entraînées par un ou plusieurs moteurs.

9.4 - Le girodyne :

Un girodyne est un appareil dont la sustentation et les mouvements verticaux sont assurés par un rotor principal entraîné par un moteur (comme un hélicoptère), et dont la traction est obtenue par un ou plusieurs autres moteurs (comme un avion). Le principe est proche de l'autogire dont la voilure tournante est libre mais celle du girodyne est entraînée par un moteur.

IIVRII (m/s) = 2rN

60

9.5 – Les différentes parties d’un hélicoptère.

9.6 - Mécanique du vol de l’hélicoptère.

9.6.1 - L’aérodynamique appliquée à une pale d’hélicoptère. Une pale d’hélicoptère présente un profil aérodynamique identique à celui d’une aile d’avion. C’est sa rotation autour de l’axe du rotor qui génère la vitesse du profil dans l’air. L’encadré Pour modifier la résultante aérodynamique d’un profil, on peut ne peut agir directement que sur la vitesse du profil dans l’air et/ou son incidence par rapport au vent relatif. Mais la vitesse d’une pale est limitée par la résistance des matériaux qui la composent car celle-ci est soumise à une force centrifuge très importante. Aussi, la vitesse de rotation d’un rotor d’hélicoptère est généralement limitée et constante. On ne pourra donc agir que sur l’incidence de la pale pour faire varier les forces aérodynamiques et, ainsi, piloter l’appareil.

9.6.2 - Influence de l’incidence sur la portance d’une pale en rotation.

Les différentes parties d’un hélicoptère

avec N=nombre de tr/mn du rotor.

Un profil est le siège de forces aérodynamiques, si et seulement si, sa corde forme un angle d’incidence par rapport à la direction de son déplacement. Dans le cas d’une pale, c’est le plan de rotation autour du moyeu rotor qui matérialisera la direction du déplacement. L’angle d’incidence î sera mesuré par rapport à ce plan.

Comme pour une aile d’avion, plus l’angle d’incidence augmente plus les forces aérodynamiques créées sont importantes et, donc, plus la portance est élevée.

9.7 - Les mécanismes permettant de modifier l’incidence des pales de l’hélicoptère.

On fait varier l’incidence d’une pale par rotation autour de son axe longitudinal à l’aide de pièces mécaniques appelées « biellettes ». L’angle d’incidence î est appelé « pas » comme pour une hélice. L’articulation mécanique sur laquelle le pied de pale est fixé et qui permet cette rotation est appelée « l’articulation de pas ».

Comment faire monter et descendre une biellette de pas solidaire d’une pale qui tourne autour d’un axe ? On utilise, pour cela, un ensemble mécanique appelé « plateau cyclique» constitué de deux disques. L’un est fixe en rotation. Il est solidaire des commandes du pilote par l’intermédiaire d’un système de bielles. L’autre tourne à la même vitesse que le moyeu rotor. Il comporte un ensemble de biellettes qui servent à modifier l’angle de pas de chaque pale. L’ensemble peut s’incliner autour d’une rotule et coulisser le long du moyeu rotor.

Les biellettes de commandes sont généralement au nombre de trois, mais par souci de simplification des figures, seulement deux sont représentées.

En agissant avec la même amplitude sur toutes les biellettes de commande du plateau, celui-ci coulisse le long du moyeu rotor et reste horizontal.

L’incidence de chaque pale varie de la même valeur. Les pales affichent toutes le même pas. On commande le pas de façon collective.

En agissant dissymétriquement sur les biellettes de commande, le plateau reste à la même hauteur du moyeu rotor mais, grâce à la rotule guide, il peut s’incliner. L’incidence des pales, varie de façon cyclique au cours de leur rotation en fonction de leur position angulaire. On commande le pas de façon cyclique.

Il est possible de combiner les deux commandes en agissant à la fois sur le pas collectif et sur le pas cyclique des pales. Le plateau coulisse et s’incline à la fois et proportionnellement aux valeurs du déplacement des biellettes de commande.

Biellettes de pas

Biellettes de

commande du plateau

Moyeu rotor

Plateau fixe en

rotation

Plateau mobile en rotation

Articulation de pas des pales

9.8 - Conséquence de la variation de pas des pales sur le comportement du rotor. En rotation, les extrémités des pales décrivent un cercle. Ce cercle est appelé « disque rotor ».

Lorsque le rotor tourne mais que l’angle d’incidence des pales est nul, il n’existe pas de force aérodynamique significative. Sous l’action prédominante de la force centrifuge, les pales tournent horizontalement. Le disque rotor est confondu avec le plan de rotation des pales.

Lorsque le plateau cyclique monte, le pas de toutes les pales en rotation augmente. Leur portance augmente. Les pales s’élèvent mais comme elles sont fixées à la tête du rotor, leur rotation décrit un cône. Le disque rotor se situe alors plus haut que lorsque le pas des pales est nul.

Les directions des différentes Fz sont concourantes en un point sur l’axe de rotation. La projection de ces forces sur cet axe donne une portance résultante FzR dirigée vers le haut. Lorsqu’on incline le plateau cyclique, le pas des pales augmente quand leur biellettes de pas passent sur la partie haute du plateau et diminue quand elles passent sur la partie basse. Il en résulte que la portance est plus importante au point haut qu’au point bas. La pale qui passe au point haut s’élève et elle redescend au point bas. Les pales décrivent toujours un cône mais celui-ci est incliné dans la partie basse du plateau cyclique. Le disque rotor n’est plus horizontal, son axe virtuel de rotation présente un décalage d’un angle appelé « angle de basculement ». Ainsi, en contrôlant les déplacements du plateau on agit directement sur la portance de l’hélicoptère

9.9 - Les commandes de vol. Pour piloter l’hélicoptère, on va agir sur le plateau à l’aide des commandes de vol. Le pilotage d’un hélicoptère s’effectue à l’aide de trois commandes :

- La commande de pas cyclique située entre les jambes du pilote et qui peut s’apparenter au « manche » de l’avion.

- La commande de pas général, située à gauche du siège du pilote. - Les palonniers, au nombre de deux, situés au niveau des pieds du pilote et qui

rappellent ceux de l’avion. On note que, sur un hélicoptère, le pilote est à droite ! Seules les commandes de pas cyclique et de pas général agissent sur le plateau. Leurs actions seront étudiées en premier lieu. Les palonniers assurent une autre fonction qui sera étudiée ultérieurement.

9.10 - Actions des commandes sur les déplacements de l’hélicoptère. 9.10.1 - Action de la commande de pas général. La commande de pas général (appelée aussi « pas général » ou « PG ») agit uniformément sur toutes les biellettes du plateau.

En levant le PG, le pas de toutes les pales augmente uniformément. Le disque rotor reste horizontal. La portance résultante augmente en restant verticale. Dès que l’intensité de la portance est supérieure au poids de l’appareil, l’hélicoptère monte verticalement.

En baissant le PG, le pas de toutes les pales diminue uniformément. Le disque rotor reste horizontal. Dès que l’intensité de la portance est inférieure au poids de l’appareil, l’hélicoptère descend verticalement.

9.10.2 - Action de la commande de pas cyclique.

La commande de pas cyclique (appelé aussi « cyclique ») agit de façon différencier sur les biellettes du plateau et incline celui-ci. Lorsque le cyclique est poussé vers l’avant de l’appareil par le pilote, le disque rotor s’incline vers l’avant. La portance résultante s’incline vers l’avant. Elle se décompose alors en une force de portance Fp verticale qui assure la sustentation de l’appareil et en une force de traction Ft, dirigée vers l’avant et qui va entraîner le déplacement de l’hélicoptère vers l’avant.

Après le disque rotor, la cellule de l’hélicoptère va lentement s’incliner vers l’avant. L’hélicoptère se déplace alors vers l’avant.

Le processus est identique lorsque le pilote tire le cyclique vers l’arrière. Le contrôle de la portance en tangage par action du pilote sur le cyclique assure les déplacements longitudinaux avant et arrière de l’appareil.

Sur les schémas suivants, l’hélicoptère est vu de face. Si le pilote incline le cyclique vers la gauche de l’appareil, le plateau s’incline sur la gauche. Le

pas des pales passant à droite de l’appareil augmente celui des pales passant à gauche diminue. Les pales se trouvant à droite s’élèvent pour redescendre ensuite sur la gauche de l’appareil. Le disque rotor s’incline sur la gauche. La direction de la portance résultante FzR s’incline sur la gauche. Elle peut se décomposer alors en une force de portance verticale Fp et en une force de traction latérale Ft.

Après le disque rotor, la cellule de l’hélicoptère va lentement s’incliner vers la gauche. L’hélicoptère se déplace alors latéralement vers la gauche.

Le processus est identique lorsque le pilote incline le cyclique vers la droite. L’appareil se déplace alors latéralement vers la droite. Le contrôle de la portance en roulis par action du pilote sur le cyclique assure les déplacements latéraux gauche et droite de l’appareil.

9.10.3 - Action des palonniers. Toute force, pour se manifester, prend appui sur un support. Si le support est libre de bouger, il se déplace en sens contraire de la force qui s’appuie sur lui. On dit que l’action de la force est égale et opposée à la réaction du support.

Appui des rames sur un fluide : l’eau. Et réaction de ce fluide sur la barque: déplacement.

Il en va de même pour le rotor d’un hélicoptère. Pour tourner, le rotor auquel est appliqué un couple moteur (Cm) prend appui sur la structure de l’hélicoptère qui est entraînée en sens contraire par un couple de réaction (Cr) égal et opposé au couple moteur. S’il n’est pas compensé, le couple de réaction rend impossible le vol de l’hélicoptère qui tournerait en permanence autour de son axe de lacet. Le contrôle de la rotation du fuselage en lacet est rendu possible grâce au rotor arrière ou rotor anticouple.

Celui-ci est situé à l’arrière du fuselage où, entraîné par le même moteur que le rotor principal, il tourne dans le plan vertical. Sa conception est similaire à celle du rotor principal. Il est constitué de pales dont le pas variable est commandé par le pilote par l’intermédiaire des palonniers à travers un plateau. Le rôle du rotor anticouple est de générer une force horizontale appelée « poussée » opposée au couple de réaction du rotor principal et donc à la rotation parasite du fuselage.

Pour un hélicoptère dont les pales tournent dans le sens horaire, l’action du pilote sur le palonnier droit à pour effet d’augmenter le pas des pales du rotor anticouple. La poussée du rotor augmente. Si la poussée est égale au couple de réaction, la cellule de l’appareil reste immobile autour de l’axe de rotation du rotor. Si le pilote appuie encore sur le palonnier droit, la poussée devient supérieure au couple de réaction. La cellule de l’appareil entre en rotation vers la droite autour de l’axe du rotor. On dit qu’il « cadence » à droite.

Si le pilote appuie sur le palonnier gauche, le pas des pales du rotor anticouple diminue. La poussée devient inférieure au couple de réaction. La cellule est alors entraînée en rotation vers la gauche par ce couple. L’appareil « cadence » à gauche. Le dosage de la poussée du rotor anticouple par action du pilote sur les palonniers assure le contrôle de la rotation de l’hélicoptère autour de son axe de lacet.