Manuel BIA Module II Connaissance des aeronefs M2 Connaissan… · Préparation au BIA/CAEA Module II- Connaissance des aéronefs ... des examens du Brevet d’Initiation à l

FORMATION à

L’AERONAUTIQUE

Préparation au BIA & CAEA

Module II

CONNAISSANCE DES AERONEFS

© 2011 Ciras - Académie de Versailles

Préparation au BIA/CAEA Module II- Connaissance des aéronefs

© 2011 Ciras – Versailles Page : 2 / 44

SOMMAIRE

1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................................4

2. CLASSIFICATION DES AERONEFS....................................................................................................................4

2.1 LES AEROSTATS (OU PLUS LEGER QUE L’AIR)....................................................................................................4 2.2 LES AERODYNES (OU PLUS LOURD QUE L’AIR) ..................................................................................................4

3. RESISTANCE DES MATERIAUX.........................................................................................................................5

3.1 CONSTRUCTION EN BOIS COFFRE OU BOIS ENTOILE............................................................................................5 3.2 CONSTRUCTION EN ALUMINIUM ........................................................................................................................6 3.3 CONSTRUCTION EN TUBES D’ACIER ...................................................................................................................6 3.4 CONSTRUCTION COMPOSITES............................................................................................................................6

4. CELLULE ET COMMANDES DE VOL................................................................................................................7

4.1 LES DIFFERENTES PARTIES DE L’AVION ..............................................................................................................7 4.2 STRUCTURE.......................................................................................................................................................8

4.2.1 Les ailes.......................................................................................................................................................8 4.2.2 Le fuselage...................................................................................................................................................9 4.2.3 L’empennage ...............................................................................................................................................9

4.3 LES COMMANDES ET GOUVERNES.....................................................................................................................9 4.3.1 Manche et palonnier..................................................................................................................................10 4.3.2 Commandes de vol électriques ..................................................................................................................10

4.4 CONTRAINTES SUR LA CELLULE.......................................................................................................................11 4.4.1 Les déformations .......................................................................................................................................12 4.4.2 Flutter et VNE............................................................................................................................................12

4.5 SYSTEME COMPENSATEUR..............................................................................................................................12 4.5.1 Compensateur de régime...........................................................................................................................12

4.6 DISPOSITIFS HYPERSUSTENTATEURS................................................................................................................13 4.6.1 Les volets de bord de fuite .........................................................................................................................13 4.6.2 Les becs de bord d’attaque........................................................................................................................14

4.7 TRAINS D’ATTERRISSAGE................................................................................................................................14 4.7.1 Le train classiques.....................................................................................................................................14 4.7.2 Le train tricycle .........................................................................................................................................15

5. GROUPE MOTOPROPULSEUR .........................................................................................................................15

5.1 GENERALITES..................................................................................................................................................15 5.1.1 Description ................................................................................................................................................16 5.1.2 Principe de fonctionnement.......................................................................................................................16 5.1.3 Différents types de configuration ..............................................................................................................17

5.2 L’ ALLUMAGE ..................................................................................................................................................17 5.3 REFROIDISSEMENT MOTEUR............................................................................................................................18 5.4 LUBRIFICATION ...............................................................................................................................................18

5.4.1 Le circuit....................................................................................................................................................19 5.4.2 Les huiles...................................................................................................................................................19

5.5 CIRCUIT CARBURANT ......................................................................................................................................20 5.5.1 Le carburant aéronautique........................................................................................................................20 5.5.2 La carburation...........................................................................................................................................21 5.5.3 Le givrage du carburateur.........................................................................................................................21 5.5.4 Le réchauffage du carburateur..................................................................................................................23

5.6 INJECTION.......................................................................................................................................................24



5.7 LE CIRCUIT ELECTRIQUE..................................................................................................................................24 5.8 L’ HELICE.........................................................................................................................................................24

5.8.1 Description ................................................................................................................................................24 5.8.2 Fonctionnement .........................................................................................................................................25 5.8.3 Principe de l’hélice....................................................................................................................................25 5.8.4 Hélice à pas variable.................................................................................................................................25 5.8.5 Hélice tractive ou propulsive.....................................................................................................................26 5.8.6 Les différents régimes de l’hélice ..............................................................................................................26

5.9 REACTEURS ET FUSEES....................................................................................................................................26 5.9.1 Principe de fonctionnement.......................................................................................................................26 5.9.2 Turbopropulseurs ......................................................................................................................................27 5.9.3 Réacteur double corps ou double flux .......................................................................................................28 5.9.4 Statoréacteur .............................................................................................................................................28 5.9.5 Les moteurs fusées.....................................................................................................................................29

6. POSTE DE PILOTAGE ET INSTRUMENTS DE BORD ..................................................................................30

6.1 LE TABLEAU DE BORD.....................................................................................................................................30 6.2 LES INSTRUMENTS DE PILOTAGE......................................................................................................................30

6.2.1 L’anémomètre............................................................................................................................................31 6.2.2 L’altimètre .................................................................................................................................................32 6.2.3 Le variomètre.............................................................................................................................................36 6.2.4 L’horizon artificiel.....................................................................................................................................36 6.2.5 L’indicateur de virage et la bille ...............................................................................................................37

6.3 LES EQUIPEMENTS DE RADIO ET DE RADIONAVIGATION...................................................................................37 6.3.1 Le compas..................................................................................................................................................37 6.3.2 Le conservateur de cap..............................................................................................................................38 6.3.3 La radio .....................................................................................................................................................38 6.3.4 Le VOR ......................................................................................................................................................39 6.3.5 Le radio Compas .......................................................................................................................................41 6.3.6 Le gonio ou VDF .......................................................................................................................................41 6.3.7 Le transpondeur ........................................................................................................................................41 6.3.8 La DME .....................................................................................................................................................42 6.3.9 ILS et GCAs ...............................................................................................................................................42

6.4 LES INSTRUMENTS DE CONTROLE DU MOTEUR................................................................................................43

7. BIBLIOGRAPHIE ..................................................................................................................................................44



1. INTRODUCTION

Le présent document a été réalisé à l’intention des animateurs et des candidats pour la préparation des examens du Brevet d’Initiation à l’Aéronautique (BIA) et du Certificat d’Aptitude à l’Enseignement Aéronautique (CAEA). Il peut être reproduit et diffusé librement à des fins pédagogiques et non lucratives.

2. CLASSIFICATION DES AERONEFS

Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère terrestre. On distingue deux catégories d'aéronefs : l'aérostat et l'aérodyne.

2.1 Les Aérostats (ou plus léger que l’air)

Un aérostat est un appareil communément appelé « plus léger que l'air », sa masse étant plus faible que la masse d'air déplacée. La sustentation est assurée grâce à la poussée d'Archimède. Pour produire cette force, un aérostat utilise une enveloppe contenant un gaz plus léger que l'air ambiant : de l'air chaud pour la montgolfière, de l'hélium pour le ballon à gaz. Dans le plan horizontal, l'aérostat est immobile par rapport à l'air ambiant : il se déplace grâce aux vents. Le contrôle de la trajectoire ne peut se faire qu'en changeant d'altitude pour chercher des courants dans la direction souhaitée.

Le ballon dirigeable est un ballon à gaz équipé de moteurs qui lui permettent de contrôler sa trajectoire.

Les aérostats comprennent deux grandes classes :

Les ballons : o à gaz (hélium, hydrogène), o à air chaud.

Les dirigeables : o souples, o rigides.

2.2 Les Aérodynes (ou plus lourd que l’air)

Communément appelé « plus lourds que l'air », la sustentation d’un aérodyne est assurée par une force aérodynamique, la portance, produite à l'aide d'une voilure. Une voilure a besoin d'un vent relatif pour produire de la portance. Ce vent relatif est créé par le mouvement de la voilure dans la masse d'air.

Les avions et les ULM produisent ce mouvement grâce à un propulseur (hélice) entraîné par un moteur ou par un réacteur. Les planeurs, les parapentes et les deltaplanes produisent ce mouvement grâce à leur énergie potentielle. Le mouvement de la voilure peut être obtenu par un aérodyne à l'arrêt. C'est le cas des girodynes par exemple l'hélicoptère et de l'autogire, qui ont une voilure tournante.



Les aérodynes sont composés de deux grandes classes :

Les non motorisés : o les cerfs volants, o les modèles réduits, o les planeurs (vol à voile), o les planeurs ultralégers :

� les parachutes, � les deltaplanes, � les parapentes.

Les motorisés : o les modèles réduits, o à voilure fixe :

� les ULM (ultralégers motorisés), � les avions ;

o à voilure tournante : � les hélicoptères, � les autogires, � les hybrides.

3. RESISTANCE DES MATERIAUX

Tout objet manufacturé est constitué de divers matériaux, dans le domaine de l'aviation légère, trois types de matériaux principaux coexistent : le métal, le bois et les composites.

Pour chacun de ces matériaux, il existe des contraintes générales qui sont la flexion, la torsion et la compression.

Chacun des matériaux possède des caractéristiques propres qui lui permettent de répondre plus ou moins bien à ces contraintes, et lui permettent également une mise en œuvre plus ou moins aisée.

Lors de la réalisation d'un avion, il est tout à fait possible de mélanger ces matériaux afin d'adapter l'aéronef construit à certaines contraintes et besoins (voltige, transport, entretien, etc.).

3.1 Construction en bois coffré ou bois entoilé

Cette technique, la plus ancienne, utilise des bois résineux de type Hemlock, Spruce ou pin d'Oregon, des bois dur de type Frêne ou Hêtre et des feuilles de contreplaqué d'okoumé ou de bouleau.

La structure réalisée est ensuite entoilée avec des tissus de lin, de coton ou des tissus synthétiques de type dacron, ou coffrée. Certain appareils réalisés ainsi il y a plus de 50 ans et ayant été rentoilés tous les 15 ans volent toujours de façon admirable.



Avantages Inconvénients

facilité de réalisation conditions de température et d'humidité

facilité de rattrapage des erreurs formes courbes difficiles à réaliser

légèreté formes évolutives difficiles à réaliser

bon vieillissement manque de respect du profil entre nervures

très bonne résistance aux efforts déformation à grande vitesse

3.2 Construction en aluminium

Cette technique consiste à utiliser des tôles d'alliage d'aluminium (AU4G 2017/2024) assemblées par rivetage entre elles et sur des profils d'aluminium extrudés. De nombreux appareils construits selon cette technique et ayant plus de 30 ans volent encore sans avoir subi de réfection notoire. Cette technique utilisée dans l'industrie est apparue au début des années 70 chez les constructeurs amateur. Une variante de cette technique utilise des tubes d'aluminium (ULM plus particulièrement).


pas de conditions de réalisation outillage spécifique

nombre de pièces réduit sensibilité à la corrosion

rapidité de construction difficulté de réalisation de formes évolutives

pas d'attente entre assemblages accumulation de fatigue suite aux efforts

bon respect des formes et profils

3.3 Construction en tubes d’acier

Cette technique utilise des tubes d'acier spéciaux (25CD4S, 15CDV6) assemblés en treillis et soudés en atmosphère neutre. L'entoilage est ensuite réalisé directement sur le treillis ou sur une structure secondaire en bois ou aluminium. Ce type de construction est principalement rencontré pour les gouvernes et fuselages d'appareils de voltige, ces parties travaillant peu.


très grande rigidité soudure en atmosphère neutre

treillis initial très simple demande un banc d'assemblage

facilité de reproduction du treillis Nécessite un habillage conséquent

3.4 Construction composites

Cette technique, la plus récente, utilise des tissus résistants et travaillants comme la fibre de verre, de carbone ou de kevlar imprégnés de résine thermodurcissable de type polyester ou époxy. Les



surfaces sont élaborées sur des pains de mousse mis en forme ou par mise en place du complexe composite dans un moule en creux.


possibilité infinie de formes lourd

respect absolu des profils sensible à la chaleur

nombre réduit de pièces allergie humaine aux produits utilisés

4. CELLULE ET COMMANDES DE VOL

4.1 Les différentes parties de l’avion

La voilure est constituée de deux demi-ailes qui assurent la sustentation, la distance séparant les extrémités des deux demi-ailes se nomme envergure.

La structure générale des avions est, quelque soit le type ou la taille, généralement la même, à savoir :



4.2 Structure

4.2.1 Les ailes

La rigidité de l'aile est assurée par des longerons et des nervures. Le revêtement de la voilure peut être en bois, en métal, en composite ou en toile. L'extrémité de chaque aile se termine généralement par une partie profilée dénommée saumon. Ce saumon supporte les feux de navigation. L'espace laissé libre entre les nervures permet de loger des réservoirs de carburant.

Les parties avant et arrière de l'aile se nomment respectivement le bord d'attaque et le bord de fuite. Sur le bord de fuite sont articulés les volets (le plus près du fuselage) et sur le bord d'attaque les becs.

Vers l'extrémité de l'aile se trouvent les ailerons, ces deux surfaces qui se braquent en sens inverse permettent en vol d'incliner l'avion à droite ou à gauche (l'aileron baissé génère de la portance qui permet à la demi-aile associée de se lever).



La partie de l'aile qui assure la jonction avec le fuselage se nomme l'emplanture, le profilage aérodynamique de l'emplanture se nomme le Karman .

4.2.2 Le fuselage

Le fuselage est un caisson dont la rigidité est assurée par des couples et des raidisseurs, de même que pour l'aile, son revêtement peut être du bois, du métal, du composite ou de la toile. L'implantation de l'aile sur le fuselage peut se faire à différents niveaux, basse, médiane ou haute.

4.2.3 L’empennage

A l'arrière du fuselage se trouvent les empennages. Ils sont généralement cruciformes. La partie verticale comprend un plan fixe dénommé dérive à l'arrière duquel est articulée la gouverne de direction. La partie horizontale est constituée par un plan fixe sur lequel s'articule la gouverne de profondeur. Sur certains avions, l'empennage horizontal est constitué par une seule surface entièrement mobile. Il s'agit dans ce cas d'un empennage monobloc.

Les empennages ne sont pas tous cruciformes, il existe également des empennages en T (la gouverne de profondeur est placée sur la partie supérieure de la dérive) et des empennages en V (les surfaces inclinées à 45° assurent ensemble les fonctions de profondeur et de direction).

4.3 Les commandes et gouvernes

Le poste de pilotage est constitué d'un tableau de bord (ensemble d'indicateurs de commandes), d'un manche ou volant et palonnier et au minimum d'un siège pilote. En général sur un avion ayant au minimum deux places de front, le siège de gauche est le siège pilote, alors que sur un hélicoptère le siège de droite est le siège pilote (pas cyclique à main gauche et manche à main droite). Le volant ou manche et les palonniers constituent les commandes de vol et sont doublées pour la plupart du temps.



4.3.1 Manche et palonnier

Le volant ou manche peut se déplacer d'avant en arrière, il commande alors la gouverne de profondeur. Il peut également se déplacer de droite à gauche et commande alors les ailerons.

Une action en profondeur sur l'axe de tangage vers l'avant (manche en avant) entraîne une rotation autour de l'axe du manche et une traction sur le câble supérieur (manche) et inférieur au niveau gouverne de profondeur. Celui ci met alors l'avion en piqué, de même dans l'autre sens à cabrer

Le palonnier, actionné aux pieds, commande la gouverne de direction. Une action à pousser au pied droit entraîne la gouverne de direction vers la droite et engage un virage plat à droite. Les deux palonniers sont liés mécaniquement, lorsque le pied droit avance, le pied gauche recule.

Une action latérale gauche sur le manche entraîne un effort vers la droite sur le câble situé entre la partie inférieure du manche (sous l'axe) et le renvoi. Le renvoi articulé autour de son axe transforme cet effort en traction vers l'avant. Cette traction tire alors l'aileron vers le haut. Cet ensemble d'action permet de lever l'aileron gauche, symétriquement de baisser l'aileron droit et ainsi d'incliner l'avion sur la gauche.

4.3.2 Commandes de vol électriques

Pour rendre les aéronefs plus manœuvrant (avions de combat) ou pour économiser du carburant (avions de ligne), il faut diminuer la stabilité des aéronefs car le pilotage devient délicat, voir impossible.



Il faut assister le pilote à l’aide d’un ordinateur. Cela s’appelle des commandes de vol électriques (CDVE) ou fly by wire (FBW) .

Principe d’une chaîne de commandes de vol électriques :

Les commandes de vol électriques apportent les avantages suivants:

- rendre pilotables des avions instables,

- optimiser les actions aux commandes du pilote,

- supprimer la gestion des effets secondaires,

- interdire les sorties du domaine de vol,

- diminuer la consommation en croisière.

Elles sont utilisées pour les avions de combat modernes et pour les avions de ligne.

4.4 Contraintes sur la cellule

Un avion, quel que soit sa construction, subit des efforts en vol, mais aussi au sol, à l’arrêt, lors des roulages ou lors des atterrissages et des freinages. Voici les principaux efforts auxquels est soumise la structure d’un aéronef :

De ces efforts en résultent des déformations.



4.4.1 Les déformations

Un matériau, sous l’effet d’une contrainte, se déforme. Ces déformations sont dites élastiques ou plastiques. Si la contrainte est trop forte, alors la rupture intervient. Par ailleurs, un métal soumis à des cycles répétés de contraintes perd progressivement ses qualités mécaniques. Ce phénomène est appelé fatigue.

On classifie 3 types de déformations :

- la déformation élastique (1) : à l’arrêt de la contrainte, le matériau reprend sa position initiale,

- la déformation plastique (2) (ou permanente) : à l’arrêt de la contrainte, le matériau ne reprend pas sa position initiale,

- la rupture (3).

Lors de l’utilisation de son aéronef, le pilote s’efforcera de limiter les contraintes sur son avion, afin de ne pas quitter la phase de déformation élastique.

A cette fin, les constructeurs définissent des limitations qui sont de trois ordres :

- masses maximales, - vitesses maximales, - facteurs de charge maximaux.

4.4.2 Flutter et VNE

La résonance en mécanique est un phénomène d’auto amplification conduisant à la rupture. La résonance va provoquer l’amplification des mouvements de contraintes (torsion et flexion) en un phénomène appelé flutter , qui, s’il se prolonge plus de quelques dizaines de secondes conduit à la rupture.

Lors de la conception de l’aéronef, les ingénieurs repoussent au maximum le flutter en augmentant la rigidité de certaines parties, mais il existe toujours une vitesse critique. Afin de rester en deçà de cette vitesse critique, le pilote ne doit jamais dépasser la vitesse indiquée par un trait rouge sur son anémomètre : la VNE (Velocity Never Exceed).

4.5 Système compensateur

Le compensateur (appelé aussi trim ) est un dispositif créé afin de supprimer les efforts permanents du pilote sur la gouverne de profondeur. C’est pour cette raison qu’il est nommé compensateur de régime. Il existe aussi sur des avions plus importants des compensateurs d’évolutions qui peuvent être assimilés à une direction assisté.

4.5.1 Compensateur de régime

Sur les surfaces mobiles il y a des efforts aérodynamiques. Si les gouvernes ne sont pas bien équilibrées, elles peuvent osciller dangereusement autour de leur axe. Pour éviter cela on les équilibre, ou compense, statiquement. La compensation des gouvernes permet aussi de soulager les



efforts du pilote pour les maintenir dans une position donnée. Is permettent de diminuer ou d’annuler les efforts nécessaires au pilote.

Exemples de dispositifs de compensation statique des gouvernes :

4.6 Dispositifs hypersustentateurs

Le but principal de ces dispositifs est la recherche d’une vitesse minimale pour le décollage et l’atterrissage permettant : - des distances nécessaires plus courtes, - une manœuvre plus facile.

� D’où l’utilisation de dispositifs hypersustentateurs qui ne sont que des dispositifs augmentant la portance de l’aéronef à ces moments-là.

On recherche pour : - le décollage un compromis entre bonne portance et faible traînée, - l’atterrissage une meilleure portance possible.

4.6.1 Les volets de bord de fuite

Les volets de bord de fuite augmentent la portance en modifiant la cambrure de l’aile et parfois aussi sa surface.

Les effets des volets de bord de fuite sont : - l’augmentation plus ou moins importante de la portance (en fonction du braquage utilisé), - l’augmentation importante de la traînée, - l’augmentation de la sensibilité au vent.

� L’effet recherché est donc une réduction de la vitesse de décrochage.



Au décollage, les effets recherchés sont :

- diminuer la vitesse de décollage,

- garder une bonne accélération.

� La solution est le braquage limité des volets (1er cran).

A l’atterrissage, les effets recherchés sont :

- une diminution de la vitesse d’approche.

� La solution est le braquage maximum des volets selon le vent.

4.6.2 Les becs de bord d’attaque

Les becs (ou volets) de bord d’attaque augmentent la portance en modifiant la cambrure de l’aile et parfois aussi sa surface.

Les effets recherchés des becs de bord d’attaque sont :

- l’augmentation plus ou moins importante de la portance (en fonction du type utilisé),

- l’une augmentation de la traînée,

- l’une augmentation de la sensibilité au vent.

� A l’instar des volets de bord de fuite, l’effet recherché est aussi une réduction de la vitesse de décrochage.

En utilisation normale lors du décollage, les dispositifs amovibles ne sont, en général, pas utilisés. En revanche lors de l’atterrissage, le déploiement maximum des becs va permettre d’obtenir une diminution de la vitesse d’approche.

4.7 Trains d’atterrissage

Son rôle est d'assurer la conduite de l'avion et d'amortir les efforts subis lors de la prise de contact de l'avion avec le sol. Il existe deux types de trains d'atterrissage.

4.7.1 Le train classiques

Il est constitué d'un atterrisseur principal disposé sous la voilure ou le fuselage de chaque coté de l'axe principal de l'avion, ainsi que d'une roulette de queue qui permet de diriger l'avion au sol. Ce système tend à disparaître car le centre de gravité étant en avant du système de rotation (roulette de queue), l'ensemble est particulièrement instable.



Le plus répandu aux débuts de l’aviation. Ce type de train d’atterrissage est sensible au vent et visibilité limitée vers l’avant.

� Plus difficile au sol et à l’atterrissage.

4.7.2 Le train tricycle

Il est constitué d'un atterrisseur principal disposé sous la voilure ou le fuselage de chaque coté de l'axe principal de l'avion, ainsi que d'une roulette de nez qui permet de diriger l'avion au sol.

Ce train d’atterrissage assure une meilleure visibilité vers l’avant et il est moins sensible au vent.

Sur ces deux types de trains, des freins sont montés sur les roues principales (train principal). Les efforts liés au roulage ou à l'atterrissage sont absorbés par des amortisseurs oléopneumatique, mécanique ou constitués de lames métalliques.

Qu'il soit tricycle ou classique le train principal doit supporter seul les efforts liés à l'atterrissage. Le train de type quelconque peut être rentrant afin de diminuer la traînée. Lorsque la roulette de nez ou de queue est liée mécaniquement à la gouverne de direction, on dit que la roulette est conjuguée.

D’autres systèmes d'atterrissage existent et dépendent de la nature de la zone d'atterrissage (flotteurs pour hydravion, skis en montagne, roue centrale et roulette en bout d'aile etc.).

5. GROUPE MOTOPROPULSEUR

Il est fixé à la cellule de l'avion par le bâti moteur et isolé de la cabine par la cloison pare-feu. Les capots moteurs et la casserole d'hélice permettent d'assurer un écoulement aérodynamique ainsi qu'un bon refroidissement du moteur. Dans le capot moteur sont aménagées des prises d'air de refroidissement et d'alimentation en air du carburateur. Certains appareils possèdent en plus des volets de capot, petites surfaces mobiles destinées à améliorer la circulation de l'air autour des cylindres.

5.1 Généralités

Le moteur à explosion 4 temps (ou aussi appelé à combustion interne) équipent la plupart des avions légers alors que les moteurs dits « à réaction » se trouvent dans la quasi-totalité des avions de chasse te de ligne actuels.



5.1.1 Description

La partie haute du moteur est constituée d’un piston qui se déplace de haut en bas à l’intérieur du cylindre. Le sommet du cylindre est fermé par la chambre de combustion où se produit l’inflammation des gaz. Les gaz frais sont admis dans cette chambre par le conduit ou pipe d’admission lorsque la soupape d’admission est ouverte. Les gaz brulés sont évacués par le conduit ou pipe d’échappement lorsque la soupape d’échappement est ouverte. Le rôle des bougies est de provoquer l’étincelle qui enflamme ce mélange gazeux (2 bougies par cylindre en aéronautique). Le bas du moteur contient le vilebrequin qui transforme le mouvement de translation du piston transmis par la bielle, en un mouvement de rotation.

L’étanchéité entre le piston et le cylindre est assurée par les segments.

5.1.2 Principe de fonctionnement

1) L’admission : La soupape d’admission est ouverte et celle d’échappement est fermée. Le piston descend sur son élan et aspire les gaz frais mélangés au carburant vaporisé.

2) La compression : Les deux soupapes sont fermées. Le piston remonte et comprime le mélange gazeux qui est alors enflammé grâce aux étincelles fournies par les bougies.

3) L’explosion et la détente : Les deux soupapes sont toujours fermées. L’augmentation de la pression due à la combustion du mélange gazeux propulse le piston vers le bas. C’est le temps moteur qui fourni l’énergie au vilebrequin pour faire tourner l’hélice.



4) L’échappement : La soupape d’admission est fermée et celle d’échappement est ouverte. Le piston remonte sur son élan et éjecte les gaz brulés. Le cycle reprend ensuite par une nouvelle phase d’admission.

5.1.3 Différents types de configuration

Les moteurs à piston comprennent en général de 4 à 8 cylindres (jusqu’à 24). Ils peuvent être disposés en ligne, en V, à plat ou en étoile comme le montrent les figures ci-dessous :

5.2 L’allumage

Son rôle est de fournir l'étincelle qui déclenche la combustion du mélange air essence. L'allumage est effectué par un circuit à magnéto. La magnéto est un organe autonome entraîné par le moteur qui fourni de l'électricité (attention : ne jamais manipuler une hélice si les magnétos ne sont pas coupées).

Au démarrage, la batterie fournie l'électricité nécessaire pour faire tourner le démarreur qui entraîne le moteur et les magnétos. Une fois le moteur démarré, le circuit de batterie est alors déconnecté du moteur.

Le circuit d'allumage est doublé, chaque circuit est indépendant de l'autre. Chaque magnéto fourni le courant à une bougie par cylindre, il y a donc deux bougies par cylindres. Ce système entraîne une commande de circuit magnéto à quatre positions soit :

ARRET, GAUCHE, DROITE, GAUCHE + DROITE, et se présente sous la forme :

Arrêt Gauche Droite Gauche + Droite

Off

0

Left

1

Right

2

Both

1+2



Ce système doublé permet d'améliorer la sécurité et la combustion du mélange. Lors de la préparation du vol, au sol il est nécessaire, moteur en route, de contrôler le fonctionnement des circuits magnétos en sélectionnant alternativement l'une et l'autre des rampes d'allumage.

5.3 Refroidissement moteur

La combustion du carburant produit une chaleur intense qu'il faut évacuer vers l'extérieur. Sur la plupart des moteurs d'avion léger, cette évacuation est assurée par l'air extérieur (refroidissement à air ) qui est forcé à passer, par le capotage moteur, entre des ailettes située sur les cylindres. Ce système nécessite des précautions particulières lors du roulage au sol à faible vitesse et des montées à faible vitesse. La température des cylindres peut être indiquée sur le tableau de bord par l'intermédiaire d'un indicateur de température cylindre et d’un indicateur de température d’huile .

En cas de surchauffe : - contrôler la pression d’huile, - ouvrir les volets du capot, - stopper la montée et/ou réduire la puissance, - contrôler la richesse du mélange gazeux (trop pauvre ?).

5.4 Lubrification

La lubrification des moteurs a trois fonctions principales :

- fonction de lubrification : réduire au maximum les frottements entre les pièces en mouvement afin de limiter leur échauffement et leur usure ;

- fonction de refroidissement : participer au refroidissement du moteur puisque l’huile véhicule des calories qui seront évacuées par le radiateur d’huile ;

- fonction de nettoyage ou d’évacuation : évacuer les impuretés qui sont filtrées par le filtre à huile.



5.4.1 Le circuit

L’huile est prélevée dans le carter par la pompe à huile, elle-même entraînée par le moteur. Elle chemine ensuite par le filtre à huile, puis dans un réseau de canalisations conduisant aux différents points du moteurs nécessitant d’être lubrifiés, notamment les cylindres et les pistons. Elle ensuite ramenée dans le carter pour y être refroidie par l’écoulement de l’air. Parfois, la présence d’un radiateur d’huile dans le circuit va permettre d’améliorer le refroidissement de l’huile, et donc aussi du moteur.

Le pilote dispose de deux instruments pour contrôler le fonctionnement du circuit d’huile :

- le thermomètre mesure la température de l’huile et donne aussi une indication sur la température du moteur,

- le manomètre indique la pression de l’huile dans le circuit (en bar).

5.4.2 Les huiles

Il existe deux catégories d'huiles :

Type Composition Caractéristique Utilisation

Minérale Naphte et paraffine Neutralité chimique

Viscosité constante

Point éclair élevé

Rodage moteur

Dispersante Huile minérale + aditifs

Pas de résidu de combustion

Grands écarts de température du milieu ambiant

Faible viscosité à basse température

Bon démarrage à froid

Bonne lubrification à froid

Grande plage de température de fonctionnement

Propriétés antifriction

De manière générale toutes les huiles sont miscibles, cependant il; faut éviter de mélanger de l'huile minérale pure et de l'huile dispersante, cette dernière n'étant pas neutre chimiquement

Le grade d'une huile correspond à ses qualités de viscosité. Le grade de l'huile à utiliser augmente avec la température ambiante.

entre -20° et +20 grade 65 commercialement SAE30

entre 0° et 30° grade 80 commercialement SAE40

au dessus de 15° grade 100 commercialement SAE35



5.5 Circuit carburant

L'alimentation en carburant assure l'approvisionnement du moteur en combustible. L'essence parvient au carburateur par des canalisations qui comportent en général un robinet sélecteur qui permet de fermer ou d'ouvrir l'arrivée d'essence.

Cette alimentation est effectuée soit par gravité, soit par l'intermédiaire d'une pompe mécanique entraînée par le moteur. Pour la sécurité, elle est doublée par une pompe électrique qui peut être utilisée en vol.

5.5.1 Le carburant aéronautique

Le carburant utilisé pour le moteur est une essence aviation. Les essences sont classées selon leur indice d'octane, qui caractérise leur pouvoir antidétonant.

Le carburant à utiliser est spécifié par le constructeur du moteur, il est indiqué dans le manuel de vol et généralement sur une plaque située à coté de l'orifice de remplissage des réservoirs. La contamination de l'essence par de l'eau ou de la poussière est dangereuse, ainsi il est conseillé d'effectuer le plein après le dernier vol de la journée afin d'éviter la condensation durant la nuit.

L'utilisation de carburant automobile est possible pour certains avions, sous réserve de l'acceptation de ces carburants plombés par le moteur (dans tous les cas attention). La densité moyenne de l'essence est de 0,72, une approximation correcte dans les calculs de centrage est 0,7 soit un litre de carburant pèse 700 grammes. L'essence est colorée de manière à pouvoir être reconnue immédiatement selon le code :

80 / 87 couleur rose

100 LL couleur bleue

100 / 130 couleur verte



5.5.2 La carburation

Le carburateur assure l'élaboration du mélange air essence avant son introduction dans les cylindres. Le flotteur et le pointeau assurent le débit correct en provenance des canalisations (moteur noyé).

En tournant, le moteur créé une dépression (pression à l'admission) qui aspire dans les cylindres le mélange carburé. La puissance délivrée par le moteur est fonction du volume de mélange aspiré. On peut modifier ce volume et donc la puissance en changeant la position du papillon des gaz grâce à la manette de gaz (accélérateur) (le schéma ci-dessus représente la pleine puissance).

Le mélange idéal devant parvenir au cylindre est sensiblement égal à 1gramme d'essence pour 15 grammes d'air (mélange 1/15e).

La densité de l'air variant avec la température et l'altitude, sur la plupart des moteurs on peut régler en vol les proportions du mélange air / essence grâce à la commande de richesse encore dénommée correcteur altimétrique ou mixture ou commande de mélange De plus afin de maintenir une densité d'air constante, certains moteurs sont équipés d'un turbocompresseur dont le rôle est de comprimer l'air admis dans le mélange.

5.5.3 Le givrage du carburateur

Il s'agit d'un phénomène dangereux en aviation légère, en effet le givrage de l'intérieur du carburateur arrête l'arrivée de carburant au moteur. Le mélange air / essence s'effectue dans une zone de dépression, le gicleur étant placé dans un étranglement de l'arrivée d'air. La vaporisation de l'essence et la détente du mélange sont génératrice de refroidissement (de 20 à 30 ° de perte) qui occasionne le givrage de la vapeur d'eau contenue dans l'air. La glace ainsi formée obture plus ou moins l'admission de carburant.

Sur un avion à calage fixe, le givrage se détecte par une chute du régime moteur, alors que sur un avion à calage variable et vitesse constante, il est annoncé par une chute de la pression d'admission.



Les conditions propices au givrage carburateur sont :

- une température carburatrice est comprise entre -15 et 0 degré Celsius, la température la plus favorable étant de -5 Avec une chute de 20 à 35° par rapport à l'air extérieur, par 15° extérieur on peut avoir -5° au carburateur. Cette température carburatrice peut être surveillée par un indicateur de température carburateur ;

- une atmosphère humide, le risque est plus grand au niveau des basses couches.

Pour éviter le givrage carburateur, un dispositif dénommé « réchauffe-carbu » permet le réchauffage de l'air admis (en général de 50°). Ce dispositif permet de prendre l'air, non plus à l'extérieur, mais autour des canalisations d'échappement du moteur. Ce dispositif de réchauffage possède un inconvénient, l'air chaud ainsi admis est moins dense ce qui entraîne une augmentation de la richesse du mélange ( le rapport 1/15 n'est plus respecté ).



Un autre dispositif éliminant le givrage carburateur est l'adoption sur l'avion d'un système d'injection de carburant.

5.5.4 Le réchauffage du carburateur

L'utilisation permanente de la réchauffe carburateur est impossible pour les raisons suivantes :

1 Détérioration du moteur (dosage explosif du mélange non contrôlé à forte puissance).

2 Peut amener un givrage lorsque la température de l'air avoisine les - 20 ° (altitude).

3 Surconsommation et diminution de puissance.

L'utilisation de la réchauffe carburateur est donc à effectuer en accord avec le manuel de vol et les conditions du moment (chute du régime, de la pression d'admission ou estimation de risque), soit :

Au sol Au minimum pour les essais et en cas de givrage réel (air non filtré).

Décollage Jamais de réchauffe car il y aurai diminution de puissance.

Croisière Dès que le risque est pressenti, en tout ou rien s'il n'existe pas d'indicateur de température carburateur :

- noter les valeurs des paramètres (régime ou pression) ; - enclencher la réchauffe, noter la chute de régime ou de pression ; - attendre 10 à 20 secondes la stabilisation des paramètres ; - couper la réchauffe ; - si les nouveaux paramètres sont inférieurs ou égaux aux initiaux pas de

givrage ; - si les paramètres sont supérieurs aux initiaux, givrage, recommencer

l'opération.

Descente Approche

Finale

Selon les recommandations du manuel de vol, mais de manière générale :

- réchauffe à fond 30 secondes à 1minute avant la diminution des gaz, - couper la réchauffe aux alentour de 300 ft lors de l'approche finale, cette

mesure permet de disposer de la totalité de la puissance en cas de remise des gaz.



5.6 Injection

Certains avions sont dotés d’un système d’injection qui remplace le carburateur. Ce dispositif est constitué d’une pompe et d’un distributeur (araignée) qui envoient l’air et le carburant sous pression aux injecteurs. Le rôle des injecteurs est de pulvériser l’air et l’essence dans la chambre de combustion du cylindre où le mélange s’effectue juste avant l’étincelle.

Le problème de givrage du moteur ne se pose plus, et de plus le moteur est alimenté dans toutes les positions.


- consommation réduite - givrage réduit ou absent - meilleur rendement - pollution réduite - souplesse d’utilisation

- démarrage à chaud difficile

5.7 Le circuit électrique

Le circuit électrique de bord est constitué de la batterie, utilisée au démarrage, et qui permet également d'alimenter la radio, les feux de navigation, le phare d'atterrissage et certains équipements de bord (GPS, etc.). Cette batterie est rechargée par un alternateur couplé mécaniquement au moteur et électriquement par un système de disjoncteurs et un régulateur.

Sur certains avions, il est possible au sol de brancher ce circuit électrique sur un circuit extérieur dénommé groupe auxiliaire de démarrage. Sur certains autres avions, il existe une unité complète de génération d'électricité indépendante de la rotation du moteur, il s'agit alors de microréacteurs dénommés APU (Auxiliaire Puissance Unit).

5.8 L’hélice

5.8.1 Description

L’hélice est l’organe dont le rôle est d’assurer la traction de l’aéronef. Elle est constituée d’un moyeu sur lequel sont fixées deux ou plusieurs pales. Le profil des pales est semblable à celui d’une aile ; les pales comportent un bord d’attaque et un bord de fuite. La droite passant par ces bords est la corde du profil.



5.8.2 Fonctionnement

Pour expliquer le fonctionnement de l’hélice, il fait définir deux angles et trois vitesses :

- l’angle de calage entre le plan de rotation de l’hélice et la corde du profil,

- l’angle d’incidence entre la vitesse résultante de la pale et la corde du profil,

- la vitesse résultante de la pale est la somme de deux vitesses : la vitesse tangentielle de l’hélice et la vitesse de déplacement de l’avion.

5.8.3 Principe de l’hélice

A chaque tour, l’hélice avance dans l’air d’une distance appelée pas : p = 2.Π.r.tan(Cr) . Pour un fonctionnement optimum le pas doit être constant sur toute la hauteur d’une pale.

� Cr diminue quand r augmente.

L’avance réelle de l’hélice est inférieure au pas. On définit le rendement de l’hélice :

R = avance réelle/pas

5.8.4 Hélice à pas variable

L’efficacité de l’hélice à une vitesse donnée varie en fonction du calage. Pour un calage fixe, le rendement varie beaucoup avec la vitesse.

Pour des vitesses différentes, le calage optimum n’est pas le même. Il existe alors deux solutions :

- On choisit un calage optimisé pour la croisière.

- Le calage est réglable en vol � on parle alors de pas variable.

Utilisation du pas variable :

- au décollage et à l’atterrissage, la vitesse est faible mais la puissance demandée est importante �� Petit pas,

- en croisière, la vitesse est élevée et on cherche à minimiser la puissance motrice demandée � Grand pas.

Le rendement, ou efficacité, de l’hélice se définit par :



5.8.5 Hélice tractive ou propulsive

Selon le calage de l’hélice, elle peut produire une force motrice dans un sens ou dans l’autre. Quand l’hélice est placée en avant de l’avion, elle est tractive. Quand elle est en arrière, elle est propulsive.

La modification du calage après l’atterrissage permet de réaliser une inversion de l’action des hélices pour freiner un appareil sur la piste.

5.8.6 Les différents régimes de l’hélice

- Fonctionnement normal : l’hélice est tractive, l’incidence des pales est positive, l’hélice fournit une traction et consomme de la puissance pour vaincre les frottements.

- Fonctionnement en transparence : pour la même vitesse de rotation, quand la vitesse de l’avion augmente, l’incidence devient quasi nulle. La force aérodynamique vient sur le plan de rotation. La traction de l’hélice est nulle (transparence) mais l’hélice consomme de la puissance pour vaincre les frottements.

Ce régime est utilisé en vol d’entraînement pour simuler un vol moteur coupé sans couper effectivement le moteur (meilleure sécurité).

- Fonctionnement en frein : toujours à la même vitesse de rotation, quand la vitesse de l’avion augmente encore, l’incidence devient négative et la force aérodynamique passe derrière le plan de rotation l’hélice fournit donc une force de freinage et consomme de la puissance par les frottements.

- Fonctionnement en moulinet : pour des vitesses avions assez élevées et des calages faibles, la force aérodynamique peut basculer de façon que la traction est toujours résistante (effet frein) mais provoque maintenant la rotation de l’hélice qui peut avoir lieu moteur arrêté (moulinet). L’hélice emprunte de l’énergie à l’écoulement.

- Fonctionnement en inversion de poussée (reverse) : pour un calage négatif et suffisamment important, l’hélice fournit une traction négative importante. C’est la position de l’hélice utilisée pour le ralentissement de l’hélice à l’atterrissage.

- Fonctionnement Drapeau : c’est le cas extrême où le calage vaut 90° : la pale est parallèle à l’écoulement et son incidence est nulle. La force aérodynamique vaut est faible, l’hélice n’absorbe ni ne fournit d’énergie : c’est la position qui traîne le moins est qui est préférable en cas d’arrêt moteur.

Lors du redémarrage moteur lorsqu’on passe de la position drapeau à la position à la position normale c’est le dévirage. Cette opération provoque une augmentation notable de la traînée, elle s’effectue donc moteur réduit pour éviter un emballement du moteur au moment du redémarrage.

5.9 Réacteurs et fusées

5.9.1 Principe de fonctionnement

Le système à réaction est un système ou la puissance est transmise à un flux d'air éjecté vers l'arrière du groupe propulseur. Le fonctionnement en est le suivant :

L'air est aspiré par l'ensemble de pales tournantes A, puis compressé par l'ensemble tournant B. Au point D est injecté le carburant (en général du Kérosène) dans la chambre de combustion C. L'étincelle permettant la combustion est produite également au point C.



L'ensemble ainsi brûlé produit des gaz chauds dont le volume est supérieur au volume d'air initialement admis. Ces gaz chauds sont évacués sous pression au niveau de la tuyère F. L'axe G permet de transmettre une partie de l'énergie aux ensembles A et B afin de les faire tourner.

Lorsque l'axe G est relié mécaniquement dans sa partie avant à une hélice il s'agit alors d'un turbopropulseur ou turbine et lorsque seul les gaz chaud éjectés assurent la poussée il s'agit d'un réacteur.

Les réacteurs délivrent de très fortes puissances, surtout à vitesse élevée. Ce sont des machines très gourmandes en carburant et d’autant plus bruyantes que la vitesse des gaz éjectés est grande.

Un moteur a réaction est un ensemble constitué d’une roue mobile suivie d’une roue fixe est appelé un étage. Un ensemble d’étages dont les éléments mobiles tournent à la même vitesse est appelé un corps. Chaque corps de turbine est solidaire d’un corps de compresseur.

D’autre part, la poussée peut être augmentée par la postcombustion.

5.9.2 Turbopropulseurs

Les turbopropulseurs fournissent des puissances importantes pour une consommation moindre que celle des réacteurs. Ils ne peuvent toutefois pas fournir des puissances aussi importantes. La persistance de l’hélice peut être un problème pour la sécurité au sol (personnel) et en vol (givrage).

Ils sont très utilisés pour les avions de transport régionaux et pour les avions d’affaire. Ils sont devenus le type de moteur exclusif des hélicoptères. Leur part dans la propulsion des avions est en diminution avec les récents progrès de consommation des réacteurs.



5.9.3 Réacteur double corps ou double flux

Un réacteur double flux permet de diminuer la consommation en kérosène et le bruit. Le flux primaire (ou flux chaud) traverse la chambre de combustion. Le flux secondaire (ou flux froid) ne passe que dans le premier compresseur (ou fan).

Ces réacteurs sont caractérisés par leur taux de dilution : flux froid/flux chaud. Les réacteurs civils ont de grands taux de dilution. Les réacteurs des chasseurs modernes sont aussi des doubles flux mais avec de faibles taux de dilution. L’avenir sera aux réacteurs à cycles variables, fonctionnant en mono flux, double flux ou statoréacteur selon le régime de vol.

5.9.4 Statoréacteur

Les statoréacteurs nécessitent une vitesse initiale d’environ 300km/h pour s’amorcer. La postcombustion des réacteurs d’avions de combat fonctionne sur ce principe. Les statoréacteurs propulsent certains missiles.

Sans la nécessité d’un premier moteur pour atteindre la vitesse d’amorçage, ils représenteraient la solution idéale pour les avions rapides. Leur intérêt est relancé avec les projets de réacteurs à cycles variables.



5.9.5 Les moteurs fusées

Le système fusé emporte son carburant en réservoir comme le moteur à explosion ou le réacteur, mais devant fonctionner sans atmosphère extérieure, emporte également son comburant sous forme liquide (air ou oxygène). En général le carburant est de l'hydrogène et le comburant de l’oxygène.

Dans le système fusée, le décollage étant vertical, les lois de l'aérodynamique (portance entre autre) ne sont plus utilisées, ce sont alors les lois de la balistique qui sont prises en compte.

La fusée décolle lorsque la poussée devient supérieure au poids. A noter que le poids diminue au fur et à mesure de la combustion (aucun apport extérieur).

La caractéristique principale des fusées est que les réservoirs représentent 80 à 90 % de la masse et du volume total du système.

Les carburants utilisés sont les plus énergétiques (ergols, propergols et hypergols) et permettent d’obtenir des poussées fantastiques. La mise en œuvre des moteurs fusée est très dangereuse.



6. POSTE DE PILOTAGE ET INSTRUMENTS DE BORD

6.1 Le tableau de bord

Bien que chaque avion possède un tableau de bord qui lui soit propre, on retrouve certaines constantes et groupe d'instruments imposés par la réglementation. Ce sont :

Les instruments de pilotage Position de l'avion dans son espace (par rapport à la terre)

Les instruments du moteur Surveillance, contrôle, conduite et réglages moteur

Les équipements de radio et de radionavigation

Communication avec l'extérieur et position de l'avion par rapport à un point de destination ou de départ

6.2 Les instruments de pilotage

Les instruments de pilotage permettent de contrôler les paramètres avion par rapport à la masse d'air. Ils utilisent un instrument de base dénommé capsule anéroïde qui permet de mesurer une différence de pression.

Il s'agit d'un ensemble fermé et sellé en usine sous atmosphère standard (1013,25 Hpa à 15° C).

Le gaz contenu exerce une pression Pint à laquelle s'oppose la pression à mesurer Pext.

Si Pext est différent de Pint, une déformation mécanique est engendrée et récupérée sur la partie haute.



6.2.1 L’anémomètre

L'anémomètre encore dénommé badin est l'indicateur de vitesse relative de l'avion par rapport à la masse d'air qui l'entoure (Vp vitesse propre). Il peut être gradué en nœuds (Kt), en MPH ou en Km/h.

Il mesure un écart entre la pression totale de l'air en avant de l'avion (tube de Pitot ou antenne anémométrique) et la pression statique mesurée sur les prises de pression statique.

Une capsule anéroïde vidée d'air se déforme plus ou moins en fonction de cet écart, et un dispositif mécanique relié à cette capsule fait tourner l'aiguille indicatrice.

Cet instrument est étalonné en usine pour une pression de 1013 HPa et une température de 15° C. Dans ce cas il indiquera une vitesse correcte, dans les autres cas il faut appliquer une correction de 1% par tranche de 600 ft au dessus de la surface 1013 HPa à la vitesse lu ou vitesse indiquée. , par exemple dans le cas suivant :

� vitesse lue 180 kt, altitude 2500 ft, QNH 990 entraîne un écart par rapport à la surface 1013 HPa : 2500 + (1013 - 990) x 28 soit 2400 ft. En pratique 5 tranches de 600 ft soit une correction de 5%, et Vp = 180 + 9 = 189 Kt.

Il existe des plages de vitesses critiques pour l'avion, ces plages seront repérées sur l'anémomètre par des arcs de différentes couleurs.

VNE : Vitesse Never Exceed VNO : Vitesse Normal Operation VFE : Vitesse Flap Extend VLE : Vitesse Land Extend

En bref :

- Arc vert zone d'utilisation normale limitée par VS1 et VNO : o VS1 : vitesse de décrochage en lisse, o VNO : vitesse à ne pas dépasser en atmosphère agitée.

- Arc jaune zone interdite en atmosphère turbulente, limité par VNO et VNE : o VNE : vitesse à ne jamais dépasser.



- Arc blanc zone d'utilisation normale en configuration d'atterrissage entre VSO et VFE et / ou VLE :

o VFE : vitesse max d'utilisation des volets sortis, o VLE : vitesse max d'utilisation du train sorti, o VSO : vitesse de décrochage volets et train sortis.

- Trait rouge limite de vitesse du domaine de vol.

6.2.2 L’altimètre

L'altimètre fournit une information de distance verticale par rapport à une référence choisie par le pilote (niveau de la mer, de l'aérodrome, de référence standard, etc.). Il faut interpréter ses indications, car ce n'est qu'un baromètre qui indique la pression extérieure sur un cadran gradué en pieds ou en mètres.

L'altimètre est un baromètre constitué d'une capsule anéroïde. La pression diminuant avec l'altitude, cette capsule se déforme plus ou moins selon l'altitude de l'avion. Cette déformation est transmise à une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué.

Tous les altimètres sont munis d'une fenêtre où apparaît une échelle de pression graduée en hectopascals (hPa). Le cadran est généralement gradué en pieds (ft), 1ft = 0,33 m (règle des 10 / 3).

150 m = 500 ft 450 m = 1500 ft 1200 m = 4000 ft 1800 m = 6000 ft

300 m = 1000 ft 600 m = 2000 ft 1500 m = 5000 ft 2100 m = 7000 ft

Etalonnage de l'altimètre :

Les constructeurs et les services de réglementation se sont mis d'accord pour choisir une pression standard à une altitude donnée (à une pression de 843 hPa, l'altimètre indique une altitude de 5000 ft).

Cette pression standard de base est située au niveau de la mer et calée artificiellement à 1013,25 hPa, les indications de l'altimètre seront donc valables uniquement si les conditions météo du jour donnent 1013,25 hPa au niveau de la mer.

Les calages :

En fonction des besoins, il est parfois souhaitable de connaître l'altitude par rapport à plusieurs références différentes. Ce sont :



QNH � par rapport au niveau de la mer. Le calage QNH est utilisé en vol régional en dessous du niveau de transition L'altitude s'exprime par rapport à la mer donc en ft QNH, les altitudes indiquées sur les cartes sont au QNH

QFE � par rapport à un points spécifique. Le calage QFE est utilisé en vol local au dessus d'un aéroport (hauteur par rapport au sol). La hauteur s'exprime par rapport à un point donc en ft QFE (ATTENTION par extension il est parfois utilisé le terme altitude QFE).

QNE � par rapport à la référence normalisée 1013,25 hPa. Le calage QNE est utilisé en niveau de vol (flight level) au dessus du niveau de transition. Les niveaux de vol s'expriment par rapport au QNE

Variation des pressions :

La pression atmosphérique varie, à une altitude donnée, en fonction des conditions du jour, les surfaces isobares se décalent (un calage QFE à 0 à 15h peut ne plus être valable à 18 h).

Les surfaces isobare ne sont ni planes ni parallèles, un avion suivant une surface isobare (volant à altitude indiquée constante) aura une trajectoire présentant des variations par rapport au sol.

En pratique :

Le calage de l'altimètre est effectué au moyen d'une molette situé sur l'appareil qui fait tourner la couronne graduée en HPa, En fonction du calage, on lira des valeurs différentes :

� altitude et pression ;

� la pression de l'air décroît avec l'altitude et la vitesse de décroissance augmente avec l'altitude ;

� l'altimètre mesure cette pression.

Problème Conséquence

P varie avec le temps Le zéro altimètre n'est pas fixe

La variation de P dépend de T Conversion P altitude dépend de T

Solution Standard de référence

Pression de référence à zéro 1013 Mb ou hecto pascal

Température de référence à zéro 15 ° Celsius



Utilisation des calages en fonction des vols :

Phase de vol Altimètre Remarque

Circuit de piste QFE Hauteur Hauteur pas de référence carte

Croisière sous S QNH Altitude Réf. régionale cartes et obstacles

Croisière sur S QNE 1013.25 Niveau de vol pas de ref carte

Problème lié aux niveaux de vol



Recommandations :

- indication altimètre approximative ;

- si QNH < 1013 les FL sont plus bas (attention au relief) ;

- si QNH > 1013 les FL sont plus haut ;

- si T° < T° Standard à l'altitude alors le vol est plus bas qu'indiqué ;

- si T° > T° Standard à l'altitude alors le vol est plus haut qu'indiqué ;

- isotherme 0° de givrage en millier de m = T ° / 6,5 (perte théorique de 2° par 100 ft ou de 6° par 1000 m).

Cap IFR VFR Exemple IFR Exemple VFR de 0° à 179 Impair Impair + 5 30, 50, 70, 90,110 35, 55, 75, 95, 115 de 180° à 359 Pair Pair + 5 40, 60, 80, 100, 120 45, 65, 85, 105, 125

Niveaux de vol à prendre en VFR (le plus 5) : la règle est : Le niveau de vol VFR sur un cap compris entre 0 et 179 ° est impair + 5.



6.2.3 Le variomètre

Généralement gradué en ft/mn, le variomètre permet de mesurer la vitesse verticale de l'avion.

La capsule du variomètre est reliée à un réservoir et est mise à l'air libre à l'aide d'un capillaire calibré, ce qui entraîne un retard à l'indication (retard à l'établissement de l'équilibre de pression). Cet instrument indique alors la différence de pression entre un instant t et l'instant précédent.

Cet instrument n'indiquant que des variations de pression, si l'avion est en palier, l'indicateur est à zéro

ATTENTION, cet instrument possédant un retard à l'indication ne doit pas être considéré comme un instrument de pilotage mais seulement comme un instrument de tendance (le maintien d'altitude en vol en palier doit être vérifié à l'altimètre et non au variomètre).

6.2.4 L’horizon artificiel

Il s'agit de l'un des instruments les plus important car il permet de mesurer simultanément une assiette et une inclinaison, il n'indique pas le taux de virage.

Il est constitué d'un gyroscope tournant à une vitesse élevée, dont la principale caractéristique est la fixité dans l'espace. Il reste fixe alors que son boitier, fixé à l'avion, se déplace.

Son alimentation peut être électrique ou par dépression (pompe à vide).

La maquette qui représente l'avion se déplace devant un tambour sur lequel figure une représentation de l'horizon naturel, de la terre (sombre) et du ciel (clair). Ce tambour gradué en degré donne l'assiette.

La couronne porte de part et d'autre du repère origine trois repères principaux à 30°, 60° et parfois 90° permettant de mesurer l'inclinaison. L'horizon doit être calé au sol



La partie ciel / terre reste immobile dans l'espace

6.2.5 L’indicateur de virage et la bille

Il est composé de deux éléments indépendants, une bille et une aiguille, d'ou son nom de bille aiguille.

La bille renseigne sur la symétrie du vol et l'aiguille sur le sens du virage

6.3 Les équipements de radio et de radionavigation

6.3.1 Le compas

Cet instrument permet de mesurer l'orientation magnétique de la trajectoire. Il s'agit d'une boussole élaborée dont l'élément indicateur est une rose des caps associée à un barreau aimanté.

La rose des caps est divisée en 360 °, l'information de cap est donnée par le déplacement de la ligne de foi, liée à l'avion, devant la rose graduée. Cet instrument donne des indications erronées en virage, en air agité et lors des variations de vitesses.



6.3.2 Le conservateur de cap

Il représente l'avantage de conserver une référence de cap choisie par le pilote, quelle que soit la phase de vol (montée, descente, virage, etc..).

Le directionnel est un gyroscope dont le rotor tourne à une vitesse élevée (10.000 t/mn) .et qui conserve sa position dans l'espace. Si le pilote choisi de le caler vers le sud magnétique, l conservera alors la référence du sud magnétique.

L'indication fournie par le directionnel est cependant altérée par les frottements et par la précision de fabrication. Il faut donc que le pilote, de temps en temps, recale son directionnel sur le compas magnétique.

6.3.3 La radio

Elle permet un contact permanent avec les organismes (chacun ayant sa fréquence) au sol et est un facteur de sécurité (prévention des abordages, etc..). Les fréquences utilisées pour les communications air / sol sont dans la gamme VHF (Very High Fréquency) de 118 à 136 Mhz. par pas de 0.01 ou 0.001 Mhz ( soit 720 fréquences ou canaux ).

La face avant du système radio possède un bouton de marche/arrêt, un bouton de réglage des fréquences associé à un cadran de visualisation de la fréquence en cours, ainsi qu'un squelch (SQL). Certains appareils possèdent un second système de sélection permettant la présélection de la fréquence suivante.



Pour ne pas encombrer la fréquence, il est nécessaire d'employer une phraséologie simple et précise, chaque message doit être concis en indiquant les informations nécessaires. Lorsque vous contactez un organisme de contrôle, celui ci doit remplir un formulaire dénommé « strip » dans lequel doivent figurer les renseignements tels que : immatriculation, provenance, destination, type d'appareil, etc.

Le fait de quitter la fréquence se nomme « clôturer » et vous devez impérativement en informer le contrôleur, afin d'éviter des recherches qui seront lancées sans nouvelle de vous. Les alphabets sont de deux types : l'alphabet radio et l'alphabet morse utilisé par les balises.

A-Alpha, B-Bravo, C-Charlie, D-Delta, E-Echo, F-Fox (trot), G-Golf, H-Hotel, I-India, J-Juliet, K-Kilo, L-Lima, M-Mike, N-November, O-Oscar, P-Papa, Q-Québec, R-Romeo, S-Sierra, T-Tango, U-Uniforme, V-Victor, W-Wisky, X-X ray, Y-Yankee, Z-Zoulou.

Une exception à la règle radio est la dénomination des routes aériennes ou A se dit Ambre, B - Blue, G - Green, R- Rouge et W - White. Les nombres d'un seul chiffre s'énoncent comme ils se prononcent à l'exception de 1 qui se dit unité. Les nombres à plusieurs chiffres s'énoncent comme une série de chiffres séparés. Il existe également un code dénommé code Q et qui utilise les éléments suivants :

QFE Pression atmosphérique au sol QDM Route magnétique vers une station

QNH Pression atmosphérique ramenée au niveau de la mer

QFU Orientation magnétique d'une piste

QNE Calage sur niveau de vol QDR QDM + 180°

6.3.4 Le VOR

Le VOR est un moyen de navigation parfois implanté sur un aérodrome, parfois implanté en campagne.. Son indicatif comporte 3 lettres et sa portée est optique (Réception à vue sans obstacle, plus l'avion est haut, meilleure est la réception).

L'émission VOR s'effectue dans la plage de fréquence VHF de 108 à 117,95 Mhz, et pour chaque émetteur, sur les cartes au 1/500000ème OACI et de radionavigation au 1/1000000ème sont indiqués :

- son emplacement, - son indicatif (en clair, transmis en morse), - sa fréquence, - une rose orientée NORD Magnétique permettant la lecture directe d'un QDR.

La réception VOR utilise trois éléments : l'antenne généralement en forme de V, le boîtier de commande comparable à un boîtier radio ( ne pas confondre, les fréquences ne sont pas les mêmes ).



L'indicateur comporte :

- une couronne graduée afin de choisir une orientation magnétique grâce à une molette ( OBS ),

- un rond central qui représente l'avion,

- une aiguille mobile qui représente la route,

- Un voyant TO et un voyant FROM

L'aiguille verticale peut varier de la gauche vers la droite (de - 10° à + 10 ° par rapport à l'orientation magnétique choisie).

� L'INDICATION EST INDEPENDANTE DU CAP DE L'AVION

Utilisation :

Phase une : Dès la mise sous tension et après avoir sélectionné une fréquence, vous devez entendre l'indicatif morse de cette fréquence (exemple pour Dinard trait-point-point suivi de point-point et de trait-point) Il est possible de réduire au maximum cette réception auditive.

Phase deux : En tournant la couronne sur 360°, l'aiguille se déplace et passe deux fois au niveau zéro, une fois avec l'indicateur TO et une fois avec l'indicateur FROM, car une fois sur le QDM et une fois sur le QDR (QDM et QDR sont à 180° l'un de l'autre).

Le QDM indique la direction à prendre pour rejoindre la station et le QDR pour s'en éloigner selon une orientation magnétique précise.

Sur le QDM 40 il faudrait prendre le cap compas 40 pour rejoindre la station et sur le QDR 220, il faudrait prendre le cap 220 pour avoir la station dans l'axe arrière

Le QDM et le QDR n’indiquent jamais le cap de l'avion mais la direction qu'il faudrait prendre pour rejoindre la balise.

Utilisation du VOR en alignement :

Vous êtes au sud / sud-ouest de la station et voulez suivre le QDM 40 jusqu'à la station. Après avoir affiché 040 en indication magnétique, vous virez jusqu'à avoir l'aiguille centrée et l'indicateur TO allumé (QDM 40). Ensuite, au point 1 il faut venir sur la droite, au point 2 vous êtes sur l'axe, et au point 3 il faut venir sur la gauche.

Une fois l'indicateur TO éteint et l'indicateur FROM allumé, vous êtes sur le QDR 40 et utiliser le même principe pour vous éloigner de la station.



A l'approche de la station, vous entrez dans le cône d'incertitude et l'appareil n'arrive plus à distinguer les routes, en général les deux voyant TO et FROM sont inactifs et parfois le voyant OFF est allumé.

Utilisation du VOR en butée de navigation :

Le VOR peut également être utilisé afin d'effectuer un point de navigation ou d'indiquer une butée de navigation (point particulier de la navigation).

Votre navigation vous fait parcourir le trajet de A vers B, au point A il vous est possible de contrôler votre position car vous devez être à la fois sur le QDM 60 de la station 2 et le QDR 120 de la station 1.

Au point B, le QDR 180 de la station 1 peut vous indiquer le moment auquel il faut contacter un contrôle, ou bien que vous avez manqué votre destination (elle est derrière).ou tout autre décision pré programmée de pilotage à prendre.

6.3.5 Le radio Compas

Le radio compas est constitué d'un ensemble antenne, boîtier et indicateur qui indique l'angle (ou gisement) que fait l'axe de l'avion avec la direction de la station.

Contrairement au VOR, deux avions sur le même QDM mais ayant des caps différents n'ont pas la même indication instrumentale. Pour obtenir le QDM à partir du gisement, il faut additionner le CAP et le GISEMENT :

� QDM = CAP + GISEMENT

Le radio compas est sensible aux perturbations atmosphériques de type orage (attention !).

6.3.6 Le gonio ou VDF

Le gonio ou VDF (VHF Direction Finding) est une aide à la navigation qui nécessite un équipement spécifique au sol. Cet équipement permet à l'opérateur au sol de relever votre relèvement par rapport à lui, et en retour il peut vous transmettre le QDM pour le rejoindre L'avantage de cette méthode est que vous n'avez besoin que d'une VHF, mais l'inconvénient réside dans le fait que toutes les stations sol n'en sont pas équipées (liste et fréquence dans les compléments aux cartes de radionavigation).

6.3.7 Le transpondeur

C'est un système dit de radar secondaire qui, associé au radar au sol permet d'identifier clairement un avion. Le radar au sol envoi à l'avion une interrogation à laquelle le transpondeur répond en indiquant le numéro à 4 chiffres (de 0 à 7 par chiffre) que le pilote a affiché. Cette réponse est alors, au sol, décodée et permet d'avoir un affichage personnalisé motif, immatriculation ou numéro) sur le scope radar du contrôleur.



Certains transpondeurs dit mode C indiquent de plus le niveau de vol de l'avion. Les transpondeurs simples sont dits mode A. Certains numéros sont réservés à des utilisations particulières :

7000 SANS INDICATION DE CONTROLE (Sécurité de vol)

7500 DETOURNEMENT

7600 PANNE RADIO

7700 DETRESSE

6.3.8 La DME

Le DME (Distance Measuring Equipement) est en général associé à un VOR, mais toutes les stations VOR ne disposent pas du retransmetteur. Cet appareil mesure la distance oblique entre l'appareil et une station au sol en analysant le signal émis par l'avion et retransmis par la station.

L'indication fournie correspond à la distance oblique entre l'avion et la station, et indique alors votre altitude lorsque vous êtes à la verticale de la station.

6.3.9 ILS et GCAs

Ce sont des installations au sol permettant de visualiser sur un indicateur similaire au VOR (deux aiguilles perpendiculaires) le plan de descente et l'axe de piste.

L'aiguille horizontale se nomme le Glide et indique la position par rapport au plan de descente (en haut, l'avion est trop bas, il faut remonter) ( en bas vous êtes trop haut il faut descendre) :

� TOUJOURS SUIVRE L'AIGUILLE

L'aiguille verticale indique la position par rapport à l'axe de la piste (a droite l'avion est trop à gauche et à gauche l'avion est trop à droite). L'indicateur associé est en général celui du VOR qui n'a plus d'utilité en approche de piste.

Parfois ce système est associé à des marqueurs permettant d'indiquer en plus la distance à la piste. Ces marqueurs sont des faisceaux d'onde très fin qui, captés par l'avion lorsqu'il passe à leur verticale allument des voyants de distance (il y en a trois), ce sont les « outermarkers ».



6.4 Les instruments de contrôle du moteur

Les instruments de contrôle et commande moteur sont nombreux et dépendent du type de GMP, du calage d'hélice et de la personnalisation de l'avion. En général on trouve les éléments suivants :

Compte tour Commande de richesse Commande magnétos

Pression carburant Commande de gaz Breakers divers

Jauge à carburant Réchauffe carburateur Température moteur

Température et pression huile

Commande de pompe Température cylindres

Charge alternateur Commande générale batterie etc.



7. Bibliographie

� Ressources documentaires du CIRAS de l’Académie de LILLE) : http://www2.ac-lille.fr/ciras/

� Ressources documentaires du CIRAS de l’Académie d’Orléans-Tours : http://www.ac-orleans-tours.fr/aero-scolaire/ressources.htm

� Fiches pédagogiques du B.I.A. (FNA).

� Manuel du pilote de vol à voile, SFACT (Ed. CEPADUES).

� Manuel du pilote d’avion « vol à vue », SFACT (Ed. CEPADUES).

� Initiation à l’aéronautique de T. du PUY de GOYNE, Y. PLAYS, P. LEPOURRY, J. BESSE (Ed. CEPADUES).

� Mécanique du vol, 2ème édition A.C. KERMODE (Ed. MODULO).

� Le manuel de pilotage d’avion, PPL (A) et Brevet de Base Avion, éditions Maxima, Paris, 2010.

� Le site Web de la FFPLUM : http://www.ffplum.com/Website/site/accueil.htm

� Les cours mis en ligne dans le site Web du Ciras de l’académie de Lille : http://www2.ac-lille.fr/ciras/cours.htm

� Le page Web concernant le BIA dans l’encyclopédie en ligne Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Brevet_d'initiation_à_l'Aéronautique

� Le page Web concernant les ULM du site Web Techno-Science.net : http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=1547

� Plein d’autres choses sur Internet, et en particulier les productions de Météo France, du musée de l’air et de l’espace, du C.N.E.S, etc.

Documents

Manuel BIA Module II Connaissance des aeronefs M2 Connaissan… · Préparation au BIA/CAEA Module II- Connaissance des aéronefs ... des examens du Brevet d’Initiation à l