COURS DE PILOTAGECOURS DE PILOTAGECOURS DE PILOTAGECOURS DE PILOTAGE

1111erererer partie partie partie partie Ma partie sera en Franais, et les parties thories et cours seront en anglais car de toute manire en aronautique tout ce fait en anglais, donc Ps : Jai pomp les cours dans Flight Simulator X Voici un tableau de bord dun petit avion. Tout dabord apprendre par cur le nom des instruments et surtout A QUOI ILS SERVENT !!!!

Instrument de bord (aronautique) Les instruments servent prsenter au pilote toutes les informations qui lui sont utiles au maintien en vol de son avion, sa navigation, ses communications avec les infrastructures de la gestion du trafic arien et lui permettent d'interagir avec son avion.

Ils sont regroups sur le tableau de bord aussi prs que possible du pilote. Les quatre instruments de base sont toujours disposs de la mme faon (en configuration de T basique) : l'horizon artificiel au centre, l'anmomtre sa gauche, l'altimtre sa droite, le gyro directionnel ou plateau de route en dessous. Cette disposition permet d'optimiser le circuit visuel au cours du vol. La disposition des autres instruments est relativement standard mais varie d'un avion l'autre. Avec la gnralisation des crans rassemblant toutes les informations du T de base sur une seule surface de visualisation, les instruments conventionnels ne sont conservs sur les planches de bord quipes d'crans qu' titre d'instruments de secours pour pallier une ventuelle dfaillance des systmes lectroniques.

Ils peuvent tre prsents sous forme classique (voir la premire image ci-dessous) ou leurs informations intgres dans un cran (voir poste de pilotage de l'A319). noter que les photos correspondent des avions diffrents dans des situations de vol diffrentes ; les indications des instruments ne correspondent donc pas.

Les diffrents types d'instruments [modifier]

Les instruments de bord utilisent pour la saisie des informations et leur visualisation diffrents systmes : instruments lectromcaniques, pneumatiques, lectroniques, radiolectriques etc. On pourrait les classer selon leur mode de fonctionnement ou bien leur fonction (informations de vitesse, d'attitude par rapport au milieu environnant, de navigation ou mme simplement par ordre alphabtique). La liste ci-dessous ne suit actuellement aucune de ces logiques.

Compas magntique [modifier]

Il utilise le champ magntique terrestre comme rfrence.

Il est constitu d'une lunette de lecture sur un boitier tanche rempli d'un liquide dans lequel se dplace librement un quipage mobile form par une rose des caps et des barreaux aimants. C'est un instrument peu prcis qui donne des indications fausses ds que l'avion n'est pas stable sur une trajectoire rectiligne, horizontale et vitesse constante. Il est nanmoins utile, notamment lors de prises de caps, ou de repres gographiques (voir article boussole).

De plus, il est influenc par les champs magntiques engendres par les quipements lectriques de l'avion. Aussi, il est accompagn d'une courbe de calibration, tablie dans des conditions standard de mise sous tension des quipements proches.

Enfin, comme pour tout compas magntique, il faut tenir compte de la dclinaison du ple magntique et des influences locales.

Instruments arodynamiques (ou anmobaromtriques) [modifier]

Ils utilisent les proprits lies la pression de l'air environnant. Une sonde (appele tube de Pitot) dispose sur l'avant du fuselage ou de la voilure permet de capter la pression totale un endroit o la pression cre par l'coulement de l'air autour de l'avion (vent relatif) et la pression atmosphrique rgnante s'additionnent. Des prises d'air disposes sur le ct du fuselage de l'aronef permettent de mesurer la pression atmosphrique pure (pression statique) un endroit o le dplacement de l'air n'a aucun effet. La vitesse de l'avion par rapport au vent peut alors tre dduite de la diffrence entre pression totale et pression statique. Cette diffrence reprsente la pression dynamique, proportionnelle la vitesse de l'avion par rapport l'air. Le systme install sur les aronefs est dsign par le terme anmobaromtrique (voir plus bas anmomtre).

Altimtre [modifier]

Un altimtre est un simple baromtre (exactement le mme qui sert aux mtorologistes pour lire une pression atmosphrique) qui est talonn pour indiquer directement une information d'altitude exprime en pieds ou en mtres.

Les scientifiques ont mis au point une chelle, qui met en relation une pression statique directement avec une information d'altimtrie.

On considre en atmosphre standard que 1 hPa (hectoPascal) correspond 27 ft (pieds). Pour mmoire la rfrence de l'atmosphre standard (ou atmosphre type OACI) a t ralise au niveau de la mer (Marseille) une temprature de 15C, 0% d'humidit et une pression atmosphrique de 1 013,25 hPa . La pression atmosphrique change constamment ; il faut donc recaler l'altimtre pour avoir une information correcte.

Diffrents calages altimtriques : (voir langage (aronautique), Code Q)

QNH : indique une altitude. Le "0" de l'altimtre correspond au niveau de la mer. QFE : indique une hauteur. Le "0" de l'altimtre correspond une altitude

topographique (en cours de disparition, remplac par les radiosondes sur les avions de ligne).

QNE, ou calage au FL (pour Flight Level, en franais Niveau de Vol). Le "0" de l'atimtre correspond l'altitude o l'on rencontre la pression atmosphrique standard ( 1013,25 hPa ). On indique ensuite l'altitude par tranches de centaines de pieds. Ex : le FL 100 correspond une altitude de 10 000 pieds au-dessus de l'altitude "1013,25 hPa". En raison de la variation constante de la pression atmosphrique, les FL se dplacent continuellement, dans le sens vertical.

Ce calage est trs utilis pour les avions de ligne, ainsi que pour la dlimitation de zones ariennes fixes, telles les TMA, CTR, et autres zones d'approches ou d'interdictions de survol.

Anmomtre (badin) [modifier]

Les premiers instruments de mesure de la vitesse taient constitus d'un levier vertical articul autour d'un pivot et supportant une palette rectangulaire oriente perpendiculairement l'coulement du vent relatif et une aiguille. Il tait maintenu en position zro par un ressort calibr (principe du peson). La pression du vent faisait dplacer l'aiguille sur un cadran pour indiquer la vitesse air. Conu en 1910, il tait dsign indicateur Etv du nom de son inventeur Albert Etv.

Ce systme tait appel antenne dflection sur le Stampe SV4. En 1965, certains Tiger Moth en taient encore quips.

Aujourd'hui, le dispositif utilis est un instrument appel badin en France (du nom de son inventeur, Raoul Badin) associ au tube de Pitot. C'est un manomtre talonn en fonction de la loi de Bernoulli qui dtermine la pression dynamique qui est gale la diffrence entre la pression totale et la pression statique. Cette pression dynamique, est fonction de la vitesse de l'avion par rapport l'air et permet d'afficher une information de vitesse air sur le badin. Elle est gnralement mesure en nuds, mais, sur quelques avions franais et sur les avions russes, elle est donne en kilomtres par heure. L'anmomtre donne la vitesse indique (Vi) ou vitesse lue. Cette vitesse correspond la vitesse propre (Vp) ou vitesse vraie la pression de 1 013,25 hPa (au niveau de la mer en atmosphre standard) et la temprature de 15C. Avec la baisse de la densit de l'air, donc en montant, la vitesse propre est suprieure la vitesse indique (une approximation peut tre faite en ajoutant 1% par tranche de 600 pieds au dessus de la surface 1 013 hPa).

Les arcs de couleurs indique les zones de vitesses maximale :

L'arc vert indique les conditions normales de vol de l'avion (braquage des commandes fond sans risque de dtrioration),

L'arc jaune les vitesses interdites en air turbulent, L'arc blanc la zone o l'on peut utiliser les quipements augmentant la tranes

(volets, trains d'atterrissage, etc.) Enfin le trait rouge indique vitesse limite, particulirement pour la structure de

l'appareil.

Voir les vitesses aronautiques

Pour les avions volant des vitesses proches de celle du son et au-del, d'autres lois sont applicable et donc, d'autres instruments : machmtre.

Variomtre [modifier]

Dans sa version classique, cet instrument utilise les variations de pression statique pour indiquer des variations d'altitude, c'est--dire des vitesses verticales. De l'air la pression statique extrieure est stock dans une bouteille appele capacit qui se met pression avec un temps connu. La pression dans la capacit est donc en retard par rapport la pression courante. Au moment de la mesure, l'instrument fait la diffrence entre la pression extrieure et la pression de la capacit. noter que le variomtre fonctionne avec un lger temps de retard, d au temps de remplissage de la capacit.

Il existe une version diffrente, o l'instrument est appel nergie totale (ou variomtre compens). Il indique la variation de la somme de l'nergie cintique (due la vitesse), et de l'nergie potentielle (due l'altitude). Il est utilis pour la pratique du vol voile, o il est intressant de connatre le gain d'nergie du planeur du la vitesse verticale de la masse d'air, et ce mme lors d'une ressource. En effet en vol voile, l'absence de moteur fait que la seule cause possible d'une augmentation de l'nergie est une masse d'air ascendante (les frottements sont ngligs). Le variomtre nergie totale indique donc la variation d'nergie traduite en vitesse verticale. Lors de la prise de vitesse prcdant le dcollage, il indique une valeur positive bien que la vitesse verticale soit nulle. Il existe enfin des variomtres dits netto qui dduisent la vitesse verticale de la masse d'air, en fonction des variations de l'nergie totale et des caractristiques du planeur.

Instruments gyroscopiques [modifier]

Ils utilisent les proprits des corps en rotation rapide que sont les gyroscopes : fixit de l'axe du rotor dans l'espace absolu, couple gyroscopique, prcession. Les gyroscopes classiques sont entrains par une pompe vide ou un moteur lectrique qui leur confre une vitesse de rotation trs leve (10 000 t/mn dans le premier cas, 20 000 t/mn dans le second).

Gyro compas / Gyro Directionnel [modifier]

Il s'agit d'un gyroscope deux degrs de libert qui permet de conserver une rfrence de cap de faon beaucoup plus prcise qu'un compas magntique. Il est asservi une vanne de flux (en anglais : flux valve) qui permet de le recaler automatiquement en fonction du champ magntique terrestre. Il est aussi appel plateau de route.

Horizon artificiel [modifier]

Il s'agit d'un gyroscope deux degrs de libert qui permet de visualiser l'attitude de l'avion par rapport ses axes de roulis et de tangage et plus prcisment de leurs angles avec un plan horizontal : assiette et inclinaison.

Indicateur de virage et de drapage (bille-aiguille) [modifier]

L'indicateur de virage est un gyroscope un degr de libert qui permet de visualiser le taux de virage (et non l'inclinaison) de l'avion.

Il est associ une bille qui se dplace dans un tube incurv selon la verticale apparente et qui visualise le drapage de l'avion. La bille fonctionne simplement par gravit. En effet, quand le drapage est nul et le vol symtrique, la gravit relative (gravit quivalente cre par le poids et la force centrifuge) est selon l'axe vertical de l'avion. Si la gravit relative forme un angle avec la verticale du planeur, c'est qu'il existe un drapage. En vol voile, l'indication donne par la bille est souvent double par un fil de laine coll sur la verrire. Le fil de laine est coll par une de ses extrmits, et la dizaine de centimtres du fil (souvent de couleur rouge) se dplace avec le vent relatif. Le fil indique alors l'angle entre le vent relatif et l'axe du planeur, ce qui est la dfinition du drapage ou de la glissade.

Centrale inertie [modifier]

La centrale inertie (en anglais Inertial Navigation System, INS) est compose de 3 gyroscopes 3 degrs de libert et d'un tridre d'acclromtres. Aprs une phase de stabilisation, tous les mouvements de l'avion autour de la position de rfrence sont connus. Elle remplace donc l'horizon artificiel et le gyro directionnel. Par intgration des signaux des acclromtres, les vitesses de l'avion selon les trois axes sont calcules dans le rfrentiel terrestre. La position de l'avion est ainsi calcule toujours dans le rfrentiel terrestre, faisant ainsi abstraction des mouvements dus aux courants ariens. La drive de position est de l'ordre du mile marin l'heure. Ce systme est donc insuffisant pour dterminer l'altitude avec une prcision suffisante. Pour corriger les dfauts, il existe plusieurs mthodes dont le couplage baromtrique ou encore le couplage avec un GPS. Les avions de ligne devant franchir les ocans en empruntant les espaces MNPS sont quips de trois centrales de ce type. On trouve deux types de centrales, celles qui sont quipes de gyroscopes mcaniques ou les plus modernes qui sont quipes de gyrolasers.

Gyrolaser [modifier]

Un gyrolaser est compos d'un circuit de lumire parcourant un triangle quilatral. La source de lumire (rayon laser) est applique au milieu de la base du triangle, ou elle est spare en deux faisceaux vers les deux angles infrieurs du triangle o sont placs deux miroirs qui redirigent les deux faisceaux de lumire vers le troisime sommet. La vitesse de propagation de la lumire tant constante, si le triangle est anim d'un mouvement de rotation dans son plan, la distance parcourue dans les deux branches devient diffrente. Grce aux proprits du rayonnement laser, on observe alors une interfrence au sommet du triangle. Un dtecteur photolectrique peut compter et dterminer le sens de dfilement des raies de cette interfrence, dont la frquence est proportionnelle la vitesse de rotation du triangle sur lui-mme. En montant trois dispositifs de ce type selon un tridre, et en traitant les signaux, il

devient possible de dterminer tous les mouvements d'un avion selon ses trois axes comme avec un gyroscope mcanique. En ajoutant les acclromtres et le traitement de leurs signaux, une centrale inertie a t reconstitue.

Instruments lectromagntiques [modifier]

Radioaltimtre [modifier]

Il utilise un radar plac sous le fuselage utilisant l'effet doppler.

Il est utilis pour les procdures d'approche finale ou dans le cadre de la prvention contre le risque de percuter le relief. Il indique de faon trs prcise ( 50 cm prs) la hauteur de l'avion par rapport au sol.

Instruments de radio-navigation [modifier]

Ils utilisent des stations au sol ou des satellites pour fournir des indications sur la position de l'avion dans l'espace (voir GPS).

Radiocompas (ADF - Automatic Direction Finder) [modifier]

Une antenne sur l'avion capte un signal radio (dans la bande de frquence de 190 kHz 1750 kHz) mis par un metteur au sol appel NDB (Non Directional Beacon). L'information dlivre au pilote est prsente par une aiguille qui indique la direction de cette station.

VOR (VHF Omnidirectional Range) [modifier]

Une antenne sur l'avion capte un signal radio (dans la bande de frquence de 108 118 MHz) mis par un metteur au sol appel VOR. L'information dlivre au pilote est prsente par une aiguille qui indique le cap suivre pour se diriger vers (ou s'loigner de, selon la slection) cette station.

RMI (Radio Magnetic Indicator) [modifier]

Il combine sur un mme instrument les fonctions ADF et VOR et donne le cap suivre pour se diriger vers (ou s'loigner de, selon la slection) ces stations.

DME (Distance Measuring Equipment) [modifier]

Un quipement sur l'avion change un signal radio (dans la bande de frquence de 960 1215 MHz) avec une station au sol. L'information dlivre au pilote est la distance oblique cette station, sa vitesse de rapprochement (ou d'loignement) ainsi que le temps ncessaire pour la rejoindre.

ILS (Instrument Landing System) [modifier]

Une antenne sur l'avion capte deux signaux radio lors des approches. L'information dlivre au pilote est l'cart de sa trajectoire par rapport l'axe de la piste et la pente qu'il doit tenir pour aboutir au seuil. L'ILS est utilis pour les atterrissages tous temps en IFR.

L'indication droite-gauche est vhicule par une mission VHF (de 108.1 111.95 Mz), tandis que l'indication haut-bas est vhicule par une mission UHF (de 334.7 330.95 Mhz)

GPS (Global Positioning System) [modifier]

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

Systmes de visualisation lectronique (EFIS - Electronic Flight Instruments System) [modifier]

Ils permettent de visualiser sur des crans (PFD - Primary Flight display, ND - Navigation Display) l'ensemble des paramtres ncessaires au pilote. De la mme faon, des crans (ECAM - Electronic Centralised Aircraft Monitoring sur Airbus) permettent d'afficher les paramtres moteurs. Sur Dornier Do 328, L'EICAS (Engine Indicating and Crew Alerting System) est un cran central divis en 2 parties, la 1re qui symbolise les paramtres moteurs, et la 2me, le CAS FIELD, dans laquelle sont centralises 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 traiter d'urgence par l'quipage.

Voir aussi : HUD / Affichage tte haute

Systme de gestion de vol [modifier]

Systme de gestion de vol (FMS - Flight Management System) [modifier]

Il permet grce notamment une centrale inertielle couple un calculateur d'assister le pilote pendant le vol. Il lui fournit des renseignements sur le pilotage, la navigation, les estimes, la consommation, etc.

Systme de pilotage automatique (PA en franais ou AFCS - Automatic Flight Control System) [modifier]

Il permet, grce un ensemble de servocommandes, d'asservir l'avion dans une configuration de vol (mode de base) ou sur une trajectoire donne (mode suprieur). Ces 2 systmes partagent le ou les mmes calculateurs. Ils fonctionnent selon 3 phases : arm (le calculateur acquiert les donnes), capture (le calculateur indique les corrections effectuer), maintien (le calculateur tient les paramtres).

Directeur de vol (DV) [modifier]

Il fournit au pilote une aide en lui indiquant le sens et l'amplitude des manuvres effectuer pour amener l'avion dans une configuration de vol ou sur une trajectoire slectionne. Il se

prsente 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 repre central reprsentant l'avion.

Instruments de surveillance des paramtres moteurs et autres systmes [modifier]

Manomtres [modifier]

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

Tachymtre [modifier]

Il indique le vitesse de rotation d'un moteur (en tr/min) ou d'un racteur (en % d'un rgime nominal).

Systmes d'alarmes [modifier]

Avertisseur de dcrochage [modifier]

Il met un signal sonore ou une vibration du manche le pilote lorsque l'avion s'approche de l'angle d'incidence maximum avant dcrochage. Ce systme s'appelle Stall Warning System

Avertisseur de proximit du sol [modifier]

L'avertisseur de proximit du sol (GPWS - Ground Proximity Warning System) permet de prvenir (par un message vocal terrain ou pull up ) le pilote lorsque l'avion s'approche du sol. Une version amliore possde en plus une cartographie plus ou moins fine du terrain qui est prsente aux pilotes sur les crans EFIS en cas d'alarme. Sur A380, le programme prsente une vue en coupe latrale du plan de vol.

Dispositif d'vitement de collisions [modifier]

Le dispositif d'vitement de collisions (TCAS - Traffic and Collision Avoidance System) permet de prvenir (sur un cran et par un message vocal trafic ) le pilote lorsque l'avion s'approche d'un autre avion. Il peut galement proposer (en se synchronisant avec le TCAS de l'autre appareil : coordination des manuvres) une manuvre d'vitement dans le plan vertical (climb: monter, descend: descendre). Le BEA prconise de suivre les instructions du TCAS en priorit sur les instructions donnes par le Contrle arien (suite la collision en plein ciel de 2 avions au-dessus du sud de l'Allemagne - voir Vol 2937 Bashkirian Airlines).

Unit en aviation Mme dans les pays o le systme international est en vigueur, les pilotes utilisent des units diffrentes. Il y a trois raisons essentielles :

l'habitude, le fait qu'ils volent sur des avions souvent anciens, l'importance du march tats-unien qui influence les fabricants d'instruments de bord.

Essentiellement, il s'agit des units suivantes :

le pied (ft), pour mesurer des distances verticales, le mille marin, ou nautique (NM), pour mesurer des distances horizontales, le pouce de mercure (inHg), pour mesurer des pressions d'admission.

Les quivalences sont les suivantes :

1 ft = 0,3048 m, 1 NM = 1852 m, 1 inHg 33,86 hPa.

Notons aussi des units drives telles que :

le pied par minute (ft/min), pour mesurer une vitesse verticale, le nud (kt), ou mille nautique par heure, pour mesurer une vitesse horizontale.

Les quivalences sont les suivantes :

100 ft/min = 0,508 m/s 1 kt 0,514 m/s

Il est intressant de noter quelques points concernant l'habitude qui tiennent quelques relations simples entre ces units ou des calculs plus complexes :

1 NM ~ 6000 ft (6076 ft) ; un plan de descente ou de monte exprim en pourcents multipli par une vitesse

horizontale en nuds donne une vitesse verticale approximative en pieds par minutes ; par exemple, 100 kt pour descendre sur un plan de 5 % il faut compter environ 500 ft/min ;

une vitesse exprime en nuds multiplie par 15 % donne approximativement un angle d'inclinaison en degrs permettant d'effectuer un demi-tour en une minute ; par exemple 140 kt, il faut incliner l'avion d'environ 21 pour ce faire.

Niveau de vol Un niveau de vol est en aronautique une altitude exprime en centaines de pieds au dessus de la surface isobare 1013.25 hPa.

Un niveau de vol est exprim en centaines de pieds, et prcd de l'acronyme FL (Flight Level, niveau de vol). Ainsi une altitude de 30 000 pieds avec un calage de 1013.25 hPa est note FL 300.

La rfrence 1013.25 [modifier]

En altimtrie, une altitude en aviation calcule partir d'une diffrence de pression entre une pression avec laquelle on calibre l'altimtre et la pression statique l'extrieur de l'avion. Pour mesurer une altitude par rapport un arodrome, on entre comme pression de rfrence la pression au sol sur l'arodrome, appele QFE. Pour avoir une altitude par rapport au niveau de la mer, on calibre l'altimtre avec la pression ramene au niveau de la mer, le QNH.

On pourrait penser que le QNH est la faon la plus simple d'obtenir une altitude en vol. Mais en fait, la pression atmosphrique ramene au niveau de la mer change suivant les endroits. Il faudrait donc, surtout pour un vol de longue dure, recalibrer constamment l'altimtre avec le QNH local pour avoir une altitude. Mais une telle prcision n'est pas ncessaire dans un vol. De plus, le risque est de voir deux avions avec un calage diffrent se retrouver beaucoup plus proches verticalement que les altitudes indiques sur leurs altimtres ne le laissent penser. Par consquent, au dessus d'une certaine altitude, quand la proximit du relief est moins importante, tous les pilotes changent leur calage en un calage standard, 1013.25, qui est la pression au niveau de la mer en atmosphre standard. Il est ainsi garanti que tous les avions au dessus de cette altitude, appele altitude de transition, utiliseront la mme rfrence pour calculer leurs altitudes.

Utilisation des niveaux de vol [modifier]

L'utilisation des niveaux de vol obit la rgle de la semi circulaire. Pour aider les aronefs se sparer, notamment dans les espaces ariens non contrls. Les rgles d'utilisation sont les suivantes :

Les vols VFR utilisent les niveaux de vol se terminant par un 5 : FL 45, FL 55, etc.

Les vols IFR utilisent les niveaux de vol se terminant par un 0 : FL 50, FL 60, etc.

Les niveaux de vols sont qualifis de pair et impairs suivant leur chiffre des dizaines :

Pairs : FL 40, FL 45, FL 60, FL 65, FL 80, FL 85, FL 100, FL 105, FL 120 etc.

Impairs : FL 50, FL 55, FL 70, FL 75, FL 90, FL 95, FL 110, FL 115, FL 130 etc.

Les niveaux de vols impairs sont utiliss quand l'aronef suit une route magntique entre 0 et 179. Le moyen mnmotechnique associ est : Impair comme Italie (qui est l'est de la France) Les niveaux de vols pairs sont utiliss quand l'aronef suit une route magntique entre

180 et 359. Le moyen mnmotechnique associ est : Pair comme Portugal (qui est l'ouest de la France)

Grace a ces rgles, on assure un espacement de 500 pieds entre un IFR et un VFR. On assure mille pieds entre deux aronef en rgime de vol identique, mais de direction oppose.

Le contrle arien peut droger la rgle de la semi circulaire, soit de manire ponctuelle a l'aide d'une clairance, soit de manire systmatique. Ainsi les rgles d'utilisation des niveaux de vols sur certaines routes sont dfinis comme "Pair vers le nord, et impair vers le sud". La rgle de la semi circulaire doit tre considre comme un guide, non comme une rgle fixe et absolue. Cependant le respect de cette rgle augmente grandement la scurit, et il est grandement conseill de la suivre chaque fois que cela est possible.

Cette rgle s'applique pour les vols d'altitudes gaux ou suprieurs 3000 pieds ASL.

COURS EN ANGLAIS Learn the elements of flight and flying

The Four Forces of Flight

Inventors and scientists struggled for centuries to understand the basic principles of flight, and experts still debate the details of aerodynamics. Pilots need to understand a few fundamental concepts, starting with the four forces that affect flight: lift, weight, thrust, and drag.

These four forces act in pairs. Lift (the sum of all upward forces) opposes weight (the sum of all downward forces). Similarly, thrust (forward pulling force) opposes drag (rearward pulling force). The opposing forces balance one another in steady-state flight. Steady-state flight includes straight-and-level flight and constant-rate climbs or descents at steady airspeeds. You can assume that the four forces act through a single point called the center of gravity (CG).

Lift

Lift is the force that makes an airplane fly. Most of an airplane's lift comes from its wings. You control the

amount of lift a wing creates by adjusting airspeed and angle of attack (AOA)the angle at which the wing meets the oncoming air. In general, as an aircraft's airspeed or angle of attack increases, so does the amount of lift created by the wings. As an airplane's speed increases, you must reduce the angle of attacklower the nose slightlyto maintain a constant altitude. As the airplane slows down, you must increase the angle of attackraise the nose slightlyto generate more lift and maintain altitude.

Remember that even in a climb or descent, lift essentially equals weight. An aircraft's rate of climb or descent is primarily related to the amount of thrust generated by its engines, not by the amount of lift created by its wings.

Weight

Weight opposes lift. As a practical matter, you can assume that weight always acts along a line from the airplane's center of gravity to the center of the earth.

At first you might assume that weight changes only as fuel is consumed. In fact, as an airplane maneuvers, it experiences variations in load factor, also known as G forces, which change the load supported by the wings. For example, an airplane making a level turn in a 60-degree bank experiences a load factor of 2. If that airplane weighs 2,000 pounds (907 kg) at rest on the ground, its effective weight becomes 4,000 pounds (1,814 kg) during that turn.

To maintain the balance between lift and weight during maneuvers, you must adjust the angle of attack. During a steeply banked turn, for example, you must raise the nose slightly (increase the angle of attack) to produce more lift and thus balance the increased weight.

Thrust

Thrust provided by an aircraft's power plant propels it through the air. Thrust is opposed by drag, and in steady-state flight, thrust and drag are equal. If you increase thrust and maintain altitude, thrust momentarily exceeds drag, and the airplane accelerates. Drag increases, too, however, and soon drag once again balances thrust. The airplane stops accelerating and resumes steady-state flight at a higher, but constant airspeed.

Thrust is also the most important factor in determining your airplane's ability to climb. In fact, an airplane's maximum rate of climb is related not to the amount of lift its wings create, but to the amount of power available beyond that required to maintain level flight.

Drag

Two kinds of drag affect an airplane. Parasite drag is friction between the air and an aircraft's structure

landing gear, struts, antennas, and so forth. Parasite drag increases as the square of an aircraft's velocity. If you double airspeed, parasite drag quadruples.

Induced drag is a byproduct of lift. It is caused by air moving from the high-pressure area below a wing into the low-pressure area above the wing. This effect is most pronounced at slow airspeeds where a high angle of attack is necessary to produce enough lift to balance weight. In fact, induced drag varies inversely as the square of the airspeed. If you reduce airspeed by half, induced drag increases four times.

A Balancing Act

You can observe the relationship between the four forces by trying some experiments in Flight Simulator. Set

up straight-and-level flight in the Cessna Skyhawk SP Model 172. Without moving the flight controls, add power. At first, airspeed increases, then the nose pitches up. Soon, however, the airplane stops accelerating and the airspeed returns to about its original value. Notice, however, that because you've added power, the airplane climbs at a steady rate. Reduce the power below the original setting, and the airspeed eventually settles near the original value, but the airplane descends at a steady rate.

The Axes of Flight

Aircraft rotate around three axes: the longitudinal axis, the vertical axis, and the lateral axis. In an airplane, movement about each axis is controlled by one of the three primary control surfaces.

Ailerons, Rudder, and Elevator

Pilots use ailerons to bank or roll about the longitudinal axis. Rudder controls yaw about the vertical axis, and

the elevator controls pitch about the lateral axis. The three axes intersect at the center of gravity. Smooth, coordinated use of controls separates pilots from airplane drivers. Good pilots use all the flight controls together to produce coordinated motion about the three axes.

Straight-and-Level Flight

Flying straight and level may look simple, but it's actually one of the more difficult flight maneuvers to master.

Because pilots want to control airplanes, they overdo it most of the time and interfere with the airplane's basic stability. Like a balancing act, straight-and-level flight requires that you make smooth, small corrections to keep the airplane from wobbling all over the sky.

Divide and Conquer

It's best to break down the task of establishing and maintaining straight-and-level flight into two parts: Holding a constant altitude and airspeed. This part requires that the pairs of opposing forceslift and weight, thrust and dragremain balanced.

Holding a Constant Heading

This part requires you to monitor the heading indicator and turn coordinator to hold the wings level, maintain coordinated flight, and correct minor deviations in heading.

Pitch + Power = Performance

Fortunately, there's a simple rule that can help you handle the first task.

The basic equation "Pitch plus power equals performance" is a pilot's golden rule. It means simply that if you establish a specific pitch attitude and set power at a constant level, the airplane will fly at a particular airspeed and either maintain level flight or climb or descend at a constant rate.

For example, to set up a typical cruise configuration at 3,000 feet (915 m) in the Skyhawk SP, set the throttle to deliver about 2,500 rpm. To maintain level flight, adjust the pitch attitude so that the miniature airplane on the attitude indicator is level with the horizon. The top of the instrument panel is below the real horizon when you look out the front window.

If you keep the nose from rising or falling and leave the power set at 2,500 RPM, the Skyhawk SP will maintain altitude and cruise at about 110 knots indicated airspeed.

If the airplane starts to gain or lose altitude, make small, smooth corrections to the pitch attitude and adjust the elevator trim so eventually the airplane flies "hands off."

Keeping It Straight

Maintaining a constant heading is a little easier than holding altitude, but you still need to keep a close eye on

the flight instruments. Check the heading indicator frequently to make sure the nose stays pointed in the right direction.

Cross-check the turn coordinator: If the wings on its miniature airplane are level, the airplane isn't turning. If the wings aren't level, you need to apply smooth, slight pressure on the ailerons and rudder to level the wings and maintain coordinated flight.

Turns

An airplane turns because some of the lift that the wings produce pulls it "around the corner," not because the

rudder swings the nose left or right. In theory, you could skid an airplane through a turn with the rudder, but that's an inefficient (and uncomfortable) way to change direction. That's why airplanes bank to turn.

The Horizontal Component of Lift

Banking the wings with the ailerons deflects sideways some of the lift that the wings produce. This part of the airplane's total lift is called the horizontal component of lift. It's this force that pushes an airplane around in a turn.

Adverse Yaw

Banking the wings changes the angle of attack of each wing. And the deflection of ailerons changes the drag of

each wing. These two factors create a tendency for the airplane to yaw opposite the turn. That is, if you bank to the left, the airplane's nose tends to swing toward the right.

To compensate for this effect, called "adverse yaw," you must apply rudder pressure in the same direction as the turn. As you bank left, you should add a little left rudder, and vice-versa.

Loss of Lift

Because some of the lift is deflected sideways in a turn, to maintain altitude you must increase the total lift that the wings produce. To increase lift, you must increase the angle of attack, so add a little up-elevator pressure (by pulling back on the stick) as you roll into a turn. The steeper the turn, the more up-elevator pressure you must add. In steeply banked turns of 45 degrees or more, you must add considerable up-elevator pressure

(and probably add power, as well) to maintain altitude. Just remember to relax that back pressure on the stick as you roll out of the turn.

Turn Coordinator

The turn coordinator is really two instruments. The gyro portion shows the aircraft's rate of turnhow fast it's changing direction. A ball in a tube called the "inclinometer" or "slip/skid indicator" shows the quality of the turnwhether the turn is "coordinated."

How It Works The gyro in the turn coordinator is usually mounted at a 30-degree angle. When the airplane turns, forces cause the gyro to precess. The rate of precession makes a miniature airplane on the face of the instrument bank left or right. The faster the turn, the greater the precession, and the steeper the bank of the miniature airplane.

Standard Rate Turn When the wings of the miniature airplane align with the small lines next to the "L" and "R," the aircraft is making a standard rate turn. For example, an aircraft with a standard rate turn of three degrees per second will complete a 360-degree turn in two minutes.

Balancing Act The black ball in the slip/skid indicator stays between the two vertical reference lines when the forces in a turn are balanced and the airplane is in coordinated flight. If the ball drops toward the inside of the turn, the airplane is slipping. If the ball moves toward the outside of the turn, the airplane is skidding.

To correct a skid

1. Reduce rudder pressure in the direction of the turn. - and/or -

2. Increase the bank angle.

To correct a slip

1. Add rudder pressure in the direction of the turn. - and/or -

2. Decrease the bank angle.

The auto-coordination feature in Flight Simulator automatically moves the rudder to maintain coordinated flight.

Climbs

An airplane climbs when its engine or engines produce more power (thrust) than is required to maintain level

flight at a particular weight and angle of attack. Airplanes do not climb because the wings generate more lift. This point may seem confusing, but it makes sense if you remember that whenever an airplane is in steady-state flightfor example, a climb at a constant airspeed and ratelift equals weight. If lift exceeded weight during a climb, an airplane would accelerate upward.

A Steady Pull

During a steady-state climb, the component of lift acting vertically toward the ground is actually slightly less than weight, because when the airplane is in a climb attitude, some of the lift vector is directed rearward, not upward. So a climb is caused by the thrust vector pulling the airplane up at an angle. Imagine someone tugging a sled up a hill, and you'll get the general idea.

More Power

If power determines rate of climb, then it's apparent that the throttle, not the control yoke, is the primary "up-

down" control in an airplane. Pulling back on the yoke to increase an airplane's pitch attitude usually does start a climb. But an increase in induced drag quickly counteracts the boost in lift, and the airplane, having gained a little altitude, settles into level flight at a lower airspeed or into a slow, constant-rate climb. To establish and maintain a steady rate of climb, excess thrust must be available, and you must add power.

Descents

Many people assume that to descend you simply push forward on the control yoke or stick to point the

airplane's nose down. In fact, the pilot must adjust both pitch and power to establish a stable descent at a constant airspeed.

You can descend with the airplane in a level or even nose-up attitude. Remember that if you hold an airplane's pitch attitude constant, thrustpowerdetermines whether the airplane maintains altitude, climbs, or descends. If the engine produces more thrust than is required to maintain level flight, the airplane climbs. It descends if you reduce power.

As a rule of thumb, limit descents in unpressurized airplanes to about 500 feet per minute (152 m/min). This rate allows passenger's ears to adjust to pressure changes during the descent.

Spend some time with the airplanes in Flight Simulator to familiarize yourself with the performance that you can expect at different power settings and airspeeds. Remember, the lower the power, the greater the rate of descent. Practice stopping a descent by smoothly adding power.

How Wings Work

Wingsnot enginesare what make an airplane fly. Although wings come in many shapes, they all produce lift

by splitting the oncoming air, called the relative wind. Air flowing under the wing maintains its ambient pressure. Air flowing over the curved upper surface accelerates, and due to several factors, including Bernoulli's principle, drops in pressure. The difference between the relatively high pressure below a wing and the relatively low pressure above creates a force, called lift. Deflection of the air downward from the bottom of the surface of the wing also contributes to the total lift that a wing produces. Pilots change a wing's lift by using the elevator to adjust the airplane's pitch attitude, and thus the wing's angle of attack.

Flight Path vs. Pitch Attitude

It's important to remember that the relative wind does not necessarily come from the direction in which the airplane's nose is pointed. To put it another way, angle of attack is not measured relative to the horizon. It's the angle between an airplane's flight path and its wings.

Stalls

A stall occurs when a wing reaches its critical angle of attack. Regardless of load factor, airspeed, bank angle, or atmospheric conditions, a wing always stalls at the same critical angle of attack. Pilots control angle of attack with the elevator.

A stall is an aerodynamic phenomenonit has nothing to do with an airplane's engine. Gliders, airliners, jet fighters, and prop-driven trainers all stall when their wings reach a specific angle of attacknot because their engines falter.

Anatomy of a Stall

Up to a point, increasing the angle of attack increases the amount of lift a wing produces. Eventually, however,

air flowing over the top of the wing can no longer follow the wing's contour and it begins to swirl like water flowing over rocks in a stream. At this point, called the critical angle of attack, total lift drops suddenly, and the wing stalls.

Every wing has a specific critical angle of attack, and it always stalls at that angle. Most general aviation aircraft

have wings with a critical angle of attack of about 15 degrees. Inexperienced pilots often mistake pitch attitude for angle of attack. Remember that the airplane's flight path (and therefore the relative wind) may not be in the direction that the nose of the airplane is pointing.

Warning Signs

A slight shaking or buffeting often precedes a stall. This vibration begins as the air flowing over the top of the wing becomes turbulent. When this air hits the horizontal stabilizer and elevator you may feel a slight vibration in the stick. Most airplanes have a stall warning horn to alert you as the airplane approaches a stall.

Recovering from a Stall

There is only one way to recover from a stallreduce the angle of attack. Apply forward pressure on the stick to reduce the angle of attack, and add power to minimize loss of altitude.

Center of Gravity

The center of gravity (CG) is the point at which an airplane would hang in perfect balance if it were suspended

by a cable. The CG is also the point at which the longitudinal, vertical, and lateral axes intersect and the point at which the four fundamental forces of flightlift, weight, thrust, and dragare assumed to act. . To ensure that an airplane is stable in flight and responds properly to control inputs, you must load your airplane carefully to keep the CG within its design range.

The CG Seesaw

An empty airplane is like a seesaw: It balances on its center of gravity. Each item added to the airplane shifts

the CG slightly. Objects placed forward of the original CG tend to tip the airplane forward. Objects placed

behind the CG tend to tip it backward. The amount of tipping force, or "moment," depends on the weight of the object and its "arm"the distance between the object and an arbitrary reference line called the datum. In many airplanes the datum is the firewall that separates the engine compartment from the cockpit.

Managing the CG

Pilots manage the CG by controlling how weight is distributed in the aircraft cabin. In most small airplanes, the

fuel tanks and seats are located close to the optimum CG, so the CG doesn't move much as fuel, people, and luggage are added. Nevertheless, before every flight a pilot must ensure that the CG of the loaded airplane falls between the forward and aft limits specified by the manufacturer.

The CG and Stability

Keeping the CG within its design limits is critical because the position of the CG affects an airplane's stability, just as the position of a child on a seesaw changes the board's balance point.

As the CG moves aft (toward the tail), an airplane becomes less stable in pitch. If the CG is too far aft, it may be impossible to lower the nose to recover from a stall.

If the CG is too far forward, the airplane is "nose heavy," making it difficult or impossible to flare during the final phase of landing.

Landings

For most pilots, landing is the most challenging part of flying. The secret to a soft, smooth landing, odd as it sounds, is to try to keep the airplane from touching down too quickly.

POUR COMPLEMENT ET EN FRANCAIS SVP .

Arodynamique

L'arodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte sur la comprhension et l'analyse des coulements d'air, ainsi qu'ventuellement sur leurs effets sur des lments solides quils environnent. L'arodynamisme (terme non technique) qualifie un corps en mouvement dans lair. Le champ dtudes peut se subdiviser en arodynamique incompressible et compressible en fonction du nombre de Mach auquel on se place.

Larodynamique incompressible concerne les coulements pour lesquels le nombre de Mach est infrieur 0.2 environ, et se placer dans cette classe d'coulements permet de prendre certaines hypothses simplificatrices lors de l'tude des ces coulements.

Larodynamique compressible quant elle se subdivise en arodynamique subsonique, transsonique, supersonique et hypersonique.

L'arodynamique s'applique aux corps en mouvements (aronefs, vhicules automobiles, trains) et aux btiments. Elle s'applique aussi aux applications industrielles utilisant l'air ou les gaz telles que la propulsion arienne (hlices, turboracteurs) ou la production d'nergie (oliennes, turbines).

Modle mathmatique [modifier]

L'arodynamique est une science qui fait partie de la mcanique des fluides, applique dans le cas particulier de l'air. A ce titre, les modles mathmatiques qui s'appliquent sont :

les quations de Navier-Stokes lorsque les effets visqueux ne sont pas ngligeables. Le paramtre principal quantifiant ces effets est le nombre de Reynolds.

les quations d'Euler ou de fluide parfait, lorsque les effets visqueux sont ngligeables. les quations de Stokes lorsque les effets visqueux sont prpondrants. l'quation d'tat du gaz (gaz idal pour l'air).

Efforts arodynamiques [modifier]

Forces et Coefficients [modifier]

Le champ de pression s'exerant sur un obstacle induit globalement un torseur d'efforts o l'on considre gnralement:

Une force de trane: Fx, parallle la direction moyenne de l'coulement Une force de drive: Fy, perpendiculaire la direction moyenne de l'coulement, dans

le plan horizontal Une force de portance: Fz, perpendiculaire la direction moyenne de l'coulement,

dans le plan vertical

L'expression de la force est de la forme gnrale: F = q . S . C

avec : q = pression dynamique = 1/2. rho . V S = surface de rfrence C = coefficient arodynamique

Les coefficients arodynamiques sont des coefficients adimensionnels servant quantifier les forces en x, y, z :

Cx: le coefficient de trane Cy: le coefficient de drive Cz: le coefficient de portance

Les forces tant mesures exprimentalement (en soufflerie), les coefficients sont dtermins en posant C = F / (q . S)

o S est une surface de rfrence de l'objet concern et V le vent relatif sur l'objet.

Dfinition de la surface de rfrence :

pour une surface portante gnralement bien profile, S est la surface projete dans le plan horizontal (ou dans le plan vertical pour un empennage vertical ou une drive),

pour un objet forte trane de forme (trane de pression) comme une automobile, dont le Cx est 5 8 fois celui d'un fuselage d'avion, on prend plutt le matre-couple (la surface frontale).

La trane [modifier]

Le coefficient de trane est le rapport de la trane de l'objet tudi celui d'un corps de mme surface qui aurait un Cx de 1.

En aviation, le coefficient de rsistance est dsign par le coefficient de trane, rapport dans le cas de l'aile sa surface projete. On peut qualifier la trane totale par un coefficient global rapport la surface de l'aile ou la surface mouille totale de l'avion. En arodynamique automobile, connatre le Cx nest pas suffisant, il est ncessaire de connatre aussi la surface frontale du vhicule. Dans un bilan de tranes compares, on utilise le produit S . Cx. On obtient une "surface de trane" quivalente qui aurait un Cx = 1.

la force de trane est : F = q . S . Cx = 1/2 . air . V . S . Cx

air : masse volumique de lair (1,225 kg/m3 15C au niveau de la mer)

V : vitesse de dplacement (en m/s) S : surface frontale du vhicule (matre couple) Cx : coefficient de pntration dans lair

L'quation fondamentale F = ma permet de calculer cette force de trane :

la masse d'air concerne est ( un coefficient caractristique prs) :

l'acclration est ( un autre coefficient caractristique prs) :

La force de trane est :

La portance [modifier]

Lquation de la portance est similaire celle de la rsistance avec Cx remplac par Cz ou bien Cy pour une portance latrale.

Dans la littrature anglo-saxonne le coefficient Cx est dsign par Cd (drag) et Cz par Cl (lift) la portance. Dans la littrature allemande, Cx et Cz sont dsigns respectivement par Cw (Widerstand) et Ca (Achsauftrieb). Les termes Cx et Cz sont sans dimension (ils n'ont pas dunit).

Portance / Trane [modifier]

La "finesse" d'une aile est dfinie par son rapport portance/trane Cz / Cx.

Bilan des tranes et Puissance de vol [modifier]

Nous considrerons ici seulement larodynamique en rgime subsonique (pas de compressibilit). La connaissance des forces agissantes et rsultantes sur un profil daile permet den dduire le comportement dans les diffrentes phases du vol.

La trane totale [modifier]

En arodynamique, il est dusage de dcomposer la trane totale dun avion en trois grandes catgories :

1. la trane induite (par la portance) 2. la trane parasite que lon dcompose elle-mme en :

. trane de frottement

. trane de forme ou trane de pression

. trane dinterfrence

3. la trane de compressibilit, ou trane d'onde.

Cette multiplicit de dnomination est un dcoupage pratique visant mettre en avant la contribution la trane de tel ou tel phnomne arodynamique. Par exemple, la trane induite renvoie la notion de l'effort induit par la portance de l'aile. La trane d'onde renvoie l'ide de dissipation au niveau de l'onde de choc. (Voir aussi Trane)

En consquence, Il convient de garder en mmoire qu'en termes physiques, seuls deux mcanismes contribuent la trane : le bilan de pression et le frottement parital (tangentiel). Ainsi, si on considre un lment de surface lmentaire de l'avion dS au point M muni d'une

normale et d'une tangente , l'effort lmentaire sur cette surface s'crit :

On voit que si on connat en tout point de la surface de l'avion la pression p(M) et le frottement Tw(M), on est en mesure d'exprimer l'ensemble des efforts arodynamiques

s'excerant sur celui-ci. Pour ce faire, il suffit d'intgrer sur toute la surface de l'avion. En

particulier, la trane s'obtient en projetant sur un vecteur unitaire oppos la vitesse de l'avion. On obtient alors :

Dans cette expression de la trane, le premier terme donne la contribution de la pression. C'est dans ce terme qu'intervient, via une altration du champ de pression, la trane induite et la trane d'onde. Le seconde terme regroupe la trane de frottement, due au phnomne de Couche limite

Trane induite [modifier]

L'expression complte est trane induite par la portance. Elle est proportionnelle au carr du coefficient de portance (Cz en franais, Cl en anglais), et inversement proportionnelle l'allongement de l'aile. La forme en plan de l'aile joue galement : la trane induite minimale est obtenue en thorie par une distribution de portance elliptique en envergure.

Calcul de la rsistance induite Ri

Ri = 1/2 rho . V. S . Ci

avec S surface de rfrence et Ci coefficient de trane induite

Ci = Cz / ( pi . lambda . e)

lambda = allongement effectif de l'aile (allongement gomtrique corrig) e = Oswald factor, infrieur 1 (valeur variable, environ 0.75 0.85), pour tenir compte d'une rpartition de portance en envergure non optimale.

La trane induite est maximale Cz lev, donc basse vitesse et/ou haute altitude (jusqu plus de 50 % de la trane totale). Le mcanisme de la trane induite a t thoris par Ludwig Prandtl (1918) de la manire suivante : Pour avoir une portance, il faut une surpression lintrados de laile et/ou une dpression lextrados de laile. Sous l'effet de cette diffrence de pression, lair passe directement de lintrados lextrados en contournant l'extrmit de l'aile. Il en rsulte que, sous lintrados, le flux dair gnral se trouve dvi de quelques degrs vers lextrmit de laile, et que sur lextrados le flux dair se trouve dvi vers le centre de laile. Lorsque les flux respectifs de lintrados et de lextrados finissent par

se rejoindre au bord de fuite de laile, leurs directions divergent, ce qui cause la fois la trane induite et des tourbillons en arrire du bord de fuite.

La puissance de ces tourbillons est maximale lextrmit de laile (tourbillons marginaux). L'nergie invisible contenue dans ces masses d'air en rotation constitue un danger pour la navigation arienne. Elle impose une distance de sparation minimale entre avions, spcialement pour des avions lgers suivant des avions de ligne.

La trane induite est une composante importante de la trane totale, notamment aux basses vitesses (forts coefficients de portance, et de mme pour les voiles de bateaux). Rduire la trane induite suppose de diminuer le Cz de vol (diminuer la charge alaire), augmenter l'allongement effectif et rpartir la portance de faon dcroissante en envergure (rpartition elliptique).

Concrtement, cest pour diminuer la trane induite que :

les planeurs ont des ailes grand allongement, les avions rapides ont des ailes dont la forme en plan donne une rpartition de portance

proche de l'ellipse :

soit un trapze d'effilement voisin de 0.5, soit une ellipse comme l'aile du Spitfire. Il semble nanmoins que le plan en ellipse n'amne pas d'avantage vraiment significatif; il n'a pas t repris depuis.

Les avions de ligne qui volent Mach lev (0.85) prsentent une effilement suprieur, de l'ordre de 0.3, cause de l'angle de flche des ailes (environ 25-30) qui a pour effet de surcharger les extrmits de la voilure.

les extrmits dailes des Airbus, et de certains Boeing rcents, portent des ailettes verticales ou winglets qui augmentent l'allongement effectif en rcuprant une partie de lnergie du tourbillon marginal.

Trane de frottement [modifier]

Dans lcoulement dun fluide sur un plan on constate au voisinage immdiat du plan un ralentissement du fluide. Lpaisseur o le fluide est ralenti sappelle la couche limite et varie de quelques diximes de mm en coulement laminaire plus ou moins 10 mm en coulement turbulent. Dans la couche limite les molcules d'air sont ralenties, ce qui se traduit en une perte d'nergie qui doit tre compense par lnergie fournie par la propulsion de lavion.

Nombre de Reynolds ( dvelopper) Re = V . L / nu

avec V : vitesse en m/s L : longueur du corps ou corde du profil en m, nu : viscosit cinmatique du fluide (variable avec la temprature, environ 1.15 10e-6 15C).

Trane de forme [modifier]

La rsistance arodynamique dun objet dpend de sa forme. Si lon compare un plan perpendiculaire l'coulement une sphre et une forme en goutte deau, on constate que la sphre prsente 50 % de la rsistance du plan, et la goutte deau peine 5 % de la rsistance du plan. La trane de forme est minimale quand l'coulement n'est pas dcroch. Les variations de section brutales du corps amnent des dcollements, de la turbulence et donc de la trane. Afin de rduire ces turbulences, il faut "profiler" le corps.

Trane de profil [modifier]

Le coefficient de trane d'un profil, valable pour une incidence, un allongement et un Nombre de Reynolds]] donns, est la somme de la trane de frottement et de la trane de forme (dcollements). Un corps bien profil a une composante de trane de forme nettement plus faible que sa trane de frottement. Les avions les mieux profils (les planeurs) ont un coefficient de trane global rapport leur surface mouille peine suprieur au coefficient de frottement d'une plaque plane de mme surface.

Trane dinterfrence [modifier]

La trane dinterfrence apparat par exemple aux intersections des surfaces portantes et du fuselage. La distribution de portance en envergure est localement perturbe et prsente des pics ( l'emplanture) et des manques (au niveau du fuselage).

Trane de compressibilit [modifier]

Trane engendre par des phnomnes spcifiques rencontrs lorsque les coulements imposent une variation de densit au fluide, comme par exemple les ondes de chocs en arodynamique transsonique et supersonique.

La puissance totale de vol [modifier]

La puissance de vol est le produit de la somme des tranes par la vitesse :

P = Rtot . V avec Rtot en newton et P en Watt

La puissance rsistante (l'nergie dpense par unit de temps) est en Watts :

(En revanche, la puissance dpense pour le maintien en l'air est nulle : sans dplacement il n'y a pas de travail. C'est donc le Cx seul qui intervient dans la formule de puissance).

Puissance minimale de vol [modifier]

La trane de frottement varie (et augmente) peu de choses prs (influence du Reynolds) avec le carr de la vitesse. Par contre la trane induite diminue avec la vitesse et tend vers

zro trs grande vitesse. Il existe une vitesse, suprieure la vitesse de dcrochage mais infrieure la vitesse de finesse max o la puissance de vol est minimale.

Les termes de larodynamique de laile [modifier] Allongement

Lallongement, sur un arodyne voilure non tournante, est le rapport entre lenvergure et la profondeur ou "corde moyenne" ; c'est aussi le rapport du carr de l'envergure la surface. Cest un des facteurs qui contribuent laugmentation de la finesse. Plus lallongement est grand, plus la finesse de laile est grande (plus langle de plan est faible). La pente de portance dpend de l'allongement.

Angle de calage Angle form par la corde de laile et laxe de rfrence du fuselage.

Angle dincidence Angle form par la corde de profil de laile et le vecteur vitesse, aussi appel angle dattaque.

Angle de plan Angle compris entre la trajectoire descendante et lhorizontale.

Bord dattaque Dans le sens de l'coulement, partie avant du profil. Il est gnralement de forme arrondie, de rayon plus important sur les machines subsoniques et plus fin sur les machines supersoniques.

Bord de fuite Dans le sens de l'coulement, partie arrire et amincie du profil.

Corde de profil Droite reliant le bord dattaque (partie arrondie l'avant de laile) au bord de fuite (partie fine larrire de laile) (voir aussi Profil (aronautique)).

Couche limite Couche dair au contact de la surface de laile. Les particules au voisinage immdiat de laile sont dotes dune vitesse propre infrieure celles situes dans la couche plus externe. Des tudes rcentes montrent que dans ce cadre la trane arodynamique d'une surface trs finement strie peut tre infrieure celle d'une surface lisse.

Dcrochage du profil Lorsque, vitesse constante du fluide on accrot la valeur de l'angle d'incidence, la portance gnre par le profil augmente, passe par un maximum (entre 15 et 18 degrs, approx.) et diminue plus ou moins brutalement, cela dpend du profil. Cest en fait la couche limite qui a dcroch sur 90 % de lextrados.

Dcrochage de l'aile le dcrochage commence localement l'endroit le plus charg arodynamiquement, et s'tend plus ou moins brusquement toute la surface de l'aile. L'assymtrie du dcrochage (qui peut amener une perte de contrle en roulis) est plus dangereuse que le dcrochage lui mme.

Didre voir Didre (avion)

Emplanture Partie de laile en contact avec le fuselage.

Envergure Distance entre les deux bouts daile.

paisseur relative Rapport de l'paisseur (distance maximum entre intrados et extrados) la corde du profil.

Extrados Surface suprieure de laile.

Finesse Rapport entre le coefficient de portance et le coefficient de trane. C'est aussi le rapport de la vitesse de la machine sur la vitesse de chute : pour un appareil volant 180 km/h (soit 50 m/s) et une vitesse de chute de 5 m/s la valeur du rapport est de 10. C'est aussi le rapport entre la distance parcourue et la perte d'altitude : quand l'avion parcourt 10 m, il descend de 1 m. La finesse maximum est indpendante du poids mais la vitesse de finesse maximum augmente avec le poids pour un mme avion. La finesse dpend du coefficient de portance et donc de l'incidence de laile.

Intrados Surface infrieure de laile.

Hypersustentateurs Les dispositifs hypersustentateurs sont des surfaces mobiles dont la fonction est de modifier la courbure de profil de laile afin den augmenter la portance. Ils sont gnralement constitus de becs de bord dattaque et de volets de courbure disposs au bord de fuite. Le bec de bord dattaque prolonge vers lavant et vers le bas la courbure du profil pour augmenter l'incidence maximale et donc la portance maximale du profil. Les volets de courbure sont braqus vers le bas pour augmenter la portance, mais cela augmente aussi la trane arodynamique (cet effet de freinage est recherch l'atterrissage, mais pas au dcollage). Ils sont utiliss pour les phases de vol basse vitesse (dcollage, atterrissage, ravitaillement en vol d'un chasseur raction supersonique par un avion ravitailleur subsonique). Les volets de courbure sont parfois braqus vers le haut vitesse leve pour rduire et adapter la cambrure (courbure) du profil au Cz de vol, ce qui rduit lgrement la trane (planeurs).

Moments arodynamiques Ce sont les couples qui sappliquent sur les trois axes d'un aronef. On distingue les moments de tangage, de roulis et de lacet.

Portance Force perpendiculaire au flux de lair et oriente vers lextrados (surface extrieure de laile situe sur le dessus). Pour comprendre la portance, il faut se remmorer nos cours de physique newtonienne. Tout corps au repos reste au repos, et tout corps anim dun mouvement continu rectiligne conserve cette quantit de mouvement jusqu ce quil soit soumis lapplication dune force extrieure. Si lon observe une dviation dans le flux de lair, ou si lair lorigine au repos est acclr, alors une force y a t imprime. La physique newtonienne stipule que pour chaque action il existe une raction oppose de force gale. Ainsi, pour gnrer une portance, laile doit crer une action sur lair qui gnre une raction appele portance. Cette portance est gale la modification de la quantit de mouvement de lair quelle dvie vers le bas. La quantit de mouvement est le produit de la masse par la vitesse. La portance dune aile est donc proportionnelle la quantit dair dvi vers le bas multiplie par la vitesse verticale de cet air. Pour obtenir plus de portance, laile peut soit dvier plus dair, soit augmenter la vitesse verticale de cet air. Cette vitesse verticale derrire laile est le flux descendant.

Profil voir Profil (aronautique).

Nombre de Reynolds Nombre sans dimension reprsentant le ratio entre les forces d'inerties et les forces visqueuses. Pour une viscosit et une gomtrie donnes il donne aussi la transition entre un coulement laminaire et un coulement turbulent.

Saumon Carnage de forme variable, le plus souvent arrondi, dispos l'extrmit de laile. Une aile peut cependant tre coupe net, sans prsenter de saumon.

Surface alaire Cest la surface projete de laile dans le plan horizontal, y compris la surface incluse dans le fuselage.

Tourbillon marginal Tourbillon prsent l'extrmit de l'aile, gnr par la diffrence de pression entre lintrados et lextrados. Ce tourbillon peu tre trs marqu dans le cas d'aile faible allongement et forte incidence (Concorde au dcollage). Cet effet tourbillonnaire peut tre utilis en prolongeant l'aile par des ailettes (ou winglets).

Trane La trane arodynamique est une force qui soppose au mouvement dun mobile dans un gaz; cest la rsistance lavancement. Elle sexerce dans la direction oppose la vitesse du mobile et saccrot avec le carr de la vitesse, except pour la composante de trane induite par la portance qui diminue avec la vitesse. La trane arodynamique dpend de la finesse : de 2 3 % de la portance pour un planeur de comptition, de 12 % jusqu' 20 25 % pour une machine faible allongement (Concorde) ou peu profile (ULM pendulaire). vitesse constante, la trane est quilibre par une force propulsive (avion moteur) ou par une perte dnergie potentielle (perte d'altitude dans le cas d'un planeur).

Winglet Ce sont de petites extensions verticales fixes lextrmit de laile dans le but daugmenter la longueur effective de laile (et donc l'allongement effectif) pour diminuer la trane induite. Les winglets rcuprent une partie de l'nergie des tourbillons marginaux.

Actions du vent sur les ouvrages [modifier] Cette section est vide ou n'est pas assez dtaille, votre aide est la bienvenue !

Arodynamique en soufflerie [modifier]

Voir Soufflerie

Arodynamique numrique [modifier]

Les essais en soufflerie sont le plus souvent inaccessibles aux particuliers de par leur cot trs lev. Depuis les annes 1980, plusieurs logiciels ont t dvelopps permettant de traiter numriquement l'arodynamique de corps fusels (en coulement peu ou pas dcroch) et sont maintenant disponibles sur Internet. La puissance de calcul des ordinateurs personnels a rendu certains de ces logiciels facilement exploitables, avec des temps de calcul trs courts (ce qui n'tait pas le cas il y a quelques annes). La plupart reprennent le logiciel Xfoil tabli par Mark Drela du MIT aux USA. Ce sont principalement :

Xfoil, qui calcule l'coulement sur un profil en 2D (allongement infini). L'coulement peut tre choisi de type parfait ou visqueux, avec dans ce cas la prise en compte d'une couche limite conforme la ralit et le calcul de l'emplacement de la transition laminaire-turbulent qui est essentiel pour tablir le coefficient de trane.

Profil. La saisie du fichier de profil demande de respecter certaines rgles, notamment une bonne dfinition gomtrique au bord d'attaque (densit des points et rgularit de la variation de courbure). Les profils disponibles sur Internet (NASG ou UIUC database) manquent souvent de dfinition, ce qui fait planter le calcul : les itrations d'quilibre ne convergent pas. Ceci peut tre corrig (mais pas toujours) par un lissage mathmatique dans Xfoil ou par un lissage graphique, en utilisant un outil de dessin grant les courbes (curve radius dans Rhino par exemple).

Volets. Le profil tudi peut tre cambr localement (dflexion d'une partie de la surface), mais reste monoprofil. Xfoil ne traite pas les configurations multi-profils comme les profils quips de becs de bord d'attaque et de volets fente. Les polaires obtenues sont allongement infini, et doivent tre corriges pour une application relle allongement fini.

Validit . La pente de portance (relation Cz / incidence) calcule est lgrement suprieure celle donne par les essais en soufflerie. Le niveau de coefficient de trane calcul est le plus souvent infrieur de 15 20 % celui donn par les essais en soufflerie. Il faut noter que les conditions d'coulement en soufflerie sont invitablement plus ou moins turbulentes, ce qui augmente la trane mesure (transition turbulente plus avance). Des mesures visuelles en vol portant sur l'emplacement de la transition ont confirm les calculs faits avec Xfoil.

Xfoil, forum de discussion en anglais, dans Yahoo Groups. XFLR5, bas sur le moteur de Xfoil, et ajoutant des possibilits 3D dans une interface

Windows. Ce logiciel permet d'tudier le comportement des profils et des ailes. Il reprend les dveloppements prototyps dans MIAReX pour ce qui est des aspect 3D en mode "ligne portante non-linaire".

Glider3d, Profili2, sont bass galement sur Xfoil, dans une interface Windows.

AVL (Athena Vortex Lattice), calcule l'quilibre, la portance et la trane induite d'une configuration complte plusieurs surfaces portantes et en 3D. Les parties mobiles (volets, ailerons, etc...) sont dfinies par une dformation de la ligne moyenne du profil. Cette fois i, le calcul considre un coulement de type fluide parfait :

- pas de viscosit, donc pas de frottement (donne externe qui doit tre calcule sparment), - pas de sparation; les pentes de portance sont linaires : les indications obtenues ne sont vraiment valides qu'aux faibles angles d'attaque, hors dcrochements arodynamiques (disons moins de 7), - l'coulement est incompressible; le calcul reste valide en subsonique subcritique (Mach < 0.7)

La dfinition dtaille des masses permet de calculer les inerties et les modes propres (Eigenmode) en tangage et en roulis-lacet. Visualisation du comportement en dynamique.

L'intrt majeur d'AVL est de pouvoir explorer rapidement des conditions de vol quilibres ou non. On peut rechercher un dcrochage (un excs de Cz) local, la rpartition de portance en envergure, les valeurs de dflexion des surfaces mobiles, les valeurs dfinissant les stabilits (moments et drives en tangage, lacet), etc... Si un problme est mis en vidence, la configuration peut tre modifie dans le fichier de dfinition et rexamine trs rapidement. Essayer de faire la mme chose la main, ou avec une feuille de calcul (tableur), ou bien avec un outil qui demande un maillage complet de la surface (comme Fluent) demanderait

beaucoup plus de temps : des heures au lieu de secondes. Des comparaisons AVL-Fluent montrent qu'AVL, par sa souplesse et sa rapidit, est mieux adapt aux phases initiales de projet (voir liens 5 et 6).

AVL n'a pas t conu pour traiter les interactions des surfaces portantes avec le fuselage, ce qui demande des corrections dlicates. Des comparaisons entre AVL et des essais en soufflerie donnent une ide des corrections ncessaires. Les effets de propulsion (souffle d'hlice) ne sont pas traits non plus.

AVL a t crit et dvelopp partir de 1988 par Harold Youngren et Mark Drela, et port sur Windows en 2004 (AVL 3.26).

Xrotor, crit galement par M. Drela, concerne spcialement les hlices. Le logiciel prend en compte hlices classiques, contra-rotatives, rotors d'hlicoptres, oliennes.