Instruments de vol 1 Instruments 2 1 3

Instruments de vol 1

Instruments 2

1 3 2 4 5 6 8 7 23 9 12 10 11 13/14 15 16 18 17 19 21 27 24 20 25 1. Anémomètre / Badin 2. Horizon artificiel 3. Altimètre 4. Radio Nav igation / VOR 5. Indicateur de dépression 6. Indicateur de Virage/ Bille 7. Conservateur de Cap 8. Variomètre 9. Pression huile 10. Température huile 11. Compte tours 12. Pression essence 13. Contact batterie 14. Contact Alternateur 15. Contact Magnétos 16. Voltmètre 17. Jauge carburant 18. Réchauffe carburateur 19. Pompe électrique 20. Mixture/ Richesse 21. Frein de parc 22. Fermeture carburant 23. Commande de gaz 24. Manche 25. Palonniers / Freins 26. Compensateur / Trim 27. Position Volets 22 26 3

28 29 30 31 32 33 34 39 28. Compas Magnétique 29. Test voyants 30. Voyants 31. Balise détresse 32. Réglage éclairage cabine 33. Feux 27. Atterrissage 28. Roulage 29. À éclats 30. Navigation 34. GPS 35. Radio Com 36. Radio Nav 37. Transpondeur 38. Inter. général COM /NAV 39. Prises Casques 40. Intercom 27. Squelch 28. Volume 41. Horamètre 42. Fusibles 35/36 40 37 41 42 38 39 4

Les six instruments de vol de base sont préférentiellement disposés de cette façon : • • • l'anémomètre (1) ; l'horizon artificiel (2) ; l'altimètre (3) ; l’indicateur de virage (4) ; le gyro directionnel ou conservateur de cap (5) ; le variomètre ou vario (6). Cette disposition permet d'optimiser le circuit visuel au cours du vol. La disposition des autres instruments est variable mais respecte certains standards. 5

Parmi les instruments de base : • Trois sont basés sur une mesure de la Pression Atmosphérique • Anémomètre (1) • Altimètre (3) • Variomètre (6) 6

Parmi les instruments de base : • Trois sont basés sur une mesure de la Pression Atmosphérique • Anémomètre (1) • Altimètre (3) • Variomètre (6) • Trois sont basés sur un principe Gyroscopique • Horizon artificiel (2) • Indicateur de virage (4) • Conservateur de cap (5) 7

Anémomètre L’anémomètre que l’on appelle plus communément badin, nom de son inventeur, indique la vitesse de l’aéronef par rapport à l’air qui l’entoure. Elle est exprimée en nœuds (un mile nautique par heure) ou en kilomètre par heure. 1 kt=1, 852 km/h Rappel : 1 nm=1, 852 km=1852 m (mile nautique) 8

Anémomètre Il comporte des arcs de couleurs qui correspondent à des vitesses caractéristiques : Arc blanc : zone d’utilisation des volets §De la vitesse de décrochage volets sortis §A la vitesse maximale d’utilisation des volets (VFE : Flap extended) 9

Anémomètre Il comporte des arcs de couleurs qui correspondent à des vitesses caractéristiques : Arc vert : vitesse normale d’utilisation § De la vitesse de décrochage en lisse § A la vitesse à ne pas dépasser en atmosphère turbulente (VNO : Normal Operating) 10

Anémomètre Il comporte des arcs de couleurs qui correspondent à des vitesses caractéristiques : Arc jaune : vitesse à ne pas utiliser en atmosphère turbulente §De la vitesse à ne pas dépasser en atmosphère turbulente (VNO) §A la vitesse à ne jamais dépasser (trait rouge) VNE : Never Exceed 11

Anémomètre Principe de fonctionnement : la mesure de vitesse repose sur 2 composants : 1. Le tube Pitot ou tube de Prandtl, qui permet de mesurer : § pt , la pression totale, d’une part § et éventuellement ps la pression statique Pression totale (pt) = Pression statique (ps ) + pression dynamique (pd) pd = pt – ps Or on sait que la pression dynamique est proportionnelle au carré de la vitesse : pd = ½ V² La pression dynamique étant fonction de la vitesse cela permet de mesurer la vitesse de l’avion : § pd pression en Pascal Pa, § standard=1, 225 Kg/m 3 est sensiblement constante dans la zone de vol, § V vitesse de l’avion en m/s 12

Tube Pitot (Aspect pratique) 13

Tube Pitot (sur Cessna 172) tube opérationnel en vol tube protégé au sol Position de l’interrupteur « heat pitot » 14

Anémomètre Principe de fonctionnement : la mesure de vitesse repose sur 2 composants : 1. Le tube Pitot qui permet de déterminer la pression dynamique (pd) pd = ½ V² ? ? 15

Anémomètre Principe de fonctionnement : la mesure de vitesse repose sur 2 composants : 1. Le tube Pitot qui permet de déterminer la pression dynamique (pd) pd = ½ V² ? ? 2. La capsule anéroïde crée le lien entre la pression dynamique et le déplacement du mécanisme d’entrainement de l’aiguille. 16

Anémomètre Capsule anéroïde en perspective Capsule anéroïde vue en coupe Capsule anéroïde déformée Il s’agit d’une pièce cylindrique creuse dont les parois minces et ondulées se déforment en fonction de la pression atmosphérique. Dans le cas de l’altimètre, la capsule est étanche après que le vide ait été réalisé à l’intérieur. Le lien que permet cette capsule entre la pression atmosphérique et l’altitude réside dans le fait que dans le cas d’une atmosphère standard la pression baisse de 1 h. Pa tous les 28 ft. 17

Anémomètre Tube pitot 18

Anémomètre pt ps Tube pitot • A vitesse nulle (exemple au sol), pt=ps → pas de déformation de la capsule • La déformation de la capsule est proportionnelle à la différence de pression dans la capsule (pt) et à l’extérieure de la capsule (ps) → pd → V 19

Anémomètre Voici deux figures indiquant l’altimètre en position 1 puis en position 2. 20

Anémomètre Voici deux figures indiquant l’altimètre en position 1 puis en position 2. 1. A partir des informations sur la position 2, est-ce que P 2>P 1 ou P 2<P 1 ? Rappel : P. V= pression x volume = constante 21

Anémomètre Voici deux figures indiquant l’altimètre en position 1 puis en position 2. 1. A partir des informations sur la position 2, est-ce que P 2>P 1 ou P 2<P 1 ? Rappel : P. V= pression x volume = constante 2. Pour cette déformation de capsule, l’avion est-il en train de monter ou de descendre ? 22

Anémomètre Voici deux figures indiquant l’altimètre en position 1 puis en position 2. 1. A partir des informations sur la position 2, est-ce que P 2>P 1 ou P 2<P 1 ? Rappel : P. V= pression x volume = constante 2. Pour cette déformation de capsule, l’avion est-il en train de monter ou de descendre ? 3. Quelle est la position de l’aiguille des altitudes si on suppose qu’elle a tourné d’un quart de tour. Rappel : • montée = sens horaire • descente = sens anti-horaire 23

Anémomètre Voici deux figures indiquant l’altimètre en position 1 puis en position 2. 1. A partir des informations sur la position 2, est-ce que P 2>P 1 ou P 2<P 1 ? Rappel : P. V= pression x volume = constante 2. Pour cette déformation de capsule, l’avion est-il en train de monter ou de descendre ? 3. Quelle est la position de l’aiguille des altitudes si on suppose qu’elle a tourné d’un quart de tour. Rappel : • montée = sens horaire • descente = sens anti-horaire 4. Vérifier que ce mouvement de rotation correspond à celui imposé par les engrenages. 24

Anémomètre Aiguille d’altitude Pignon Bras à secteur Si la pression diminue (phase de montée) l’aiguille tourne bien dans le sens horaire 25

Anémomètre (ne pas confondre) Anémomètre utilisé en météorologie Anémomètre (ou indicateur de vitesse) utilisé en aéronautique 26

Anémomètre - Dysfonctionnement Givrage de la prise de pression totale seule • La pression totale n’est plus mesurée, la pression transmise est celle captée par le drain d’évacuation d’eau. • On a donc Pt = Ps ce qui fausse le calcul de la pression dynamique • Calcul de la pression dynamique Pd = Pt – Ps = 0 Vi = 0 27

Anémomètre - Dysfonctionnement Givrage de la prise de pression totale et du drain • La pression totale n’est plus mesurée, la pression transmise est celle mesurée avant le givrage. • On a donc un calcul erroné de la pression dynamique. • Exemple: en montée, Ps diminue Pt restant identique Vi sera plus forte qu’en réalité, si le pilote réduit sa vitesse il peut y avoir risque de décrochage 28

Anémomètre - Sécurisation Chicane Le tube PITOT est équipé d'une résistance chauffante (qui empêche le givrage) et de chicane et drain (qui favorisent l’évacuation de l’eau). 29

Anémomètre Il faut retenir que l'avion ne peut pas voler : • trop lentement sous peine de décrochage (l’appareil tombe par manque de vitesse), • trop vite sous peine de déformations et / ou ruptures de matériaux (risque de dislocation de l'appareil). Des marges sont donc prévues pour ne pas s'approcher dangereusement des valeurs critiques (basse et haute). 30

Anémomètre : résumé v L’anémomètre (badin) indique la vitesse de l’aéronef par rapport à l’air qui l’entoure. v Son principe de fonctionnement repose sur 2 composants : 1. Le tube Pitot qui permet de déterminer la pression dynamique (pd = ½ V² ) 2. La capsule anéroïde crée le lien entre la pression dynamique et le déplacement du mécanisme d’entrainement de l’aiguille. 31

Anémomètre : résumé La base de l’arc vert indique la vitesse de décrochage sans volets (Vs 1) La base de l’arc blanc indique la vitesse de décrochage avec volets (Vs 0) INDIQUER SUR LA FIGURE : ü plage de vitesse à ne pas utiliser en atmosphère turbulente ü plage de vitesse où l’utilisation des volets est possible Vs 1 ü utilisation normale (volets rentrés) Ø la vitesse limite d’utilisation des volets (VFE) Ø vitesse à ne jamais dépasser (VNE) Graduations : les vitesses sont indiquées Ø la vitesse limite en atmosphère turbulent • soit en nœuds ou Knots (Kt) (1 Kt = 1 nm/h) (VNO) Vs 0 • soit en Kilomètres par heure (km/h) 1 Nm = 1852 m d’où 1 Kt = 1, 852 km/h. 32

Anémomètre : résumé VNO VFE VNE ARCS : plage de vitesse où l’utilisation des volets est possible : arc blanc utilisation normale (volets rentrés) : arc vert plage de vitesse à ne pas utiliser en atmosphère turbulente : arc jaune VITESSES : La vitesse à ne jamais dépasser (VNE) La vitesse limite en atmosphère turbulent (VNO) La vitesse limite d’utilisation des volets (VFE) Vs 1 Vs 0 La vitesse de décrochage sans volets (Vs 1), La vitesse de décrochage avec volets (Vs 0), Graduations : les vitesses sont indiquées • soit en nœuds ou Knots (Kt) (1 Kt = 1 Nm/h) • soit en Kilomètres par heure (km/h) 1 Nm = 1852 m d’où 1 Kt = 1, 852 km/h. 33

Anémomètre : vitesse indiquée L’anémomètre (badin) indique la vitesse de l’aéronef par rapport à l’air qui l’entoure, toutefois si : • Il y a du vent de face ou arrière la vitesse de l’aéronef sera impactée ; • La pression et la température de l’air influent sur la vitesse ; • Si il y a des erreurs de mesure avec l’instrument (pression statique, totale), … La vitesse indiquée par l’anémomètre n’est pas la vitesse au sol de l’aéronef, il y a des corrections à considérer. 34

Anémomètre (corrections) Vitesse indiquée (Vi) : fournie par l’anémomètre Influence de la pression de référence et des corrections instrumentales (statique, pitot) NB : négligeables pour l’aviation légère Vitesse conventionnelle (Vc) : corrigée de l’erreur instrumentale Influence de la densité de l’air (Z , T°) Vitesse vraie (Vv) ou (Vair) Influence de la pente air (négligeable) Vitesse propre (Vp) Vitesse sol (Vs) Influence du vent effectif Vs = Vp +/- Ve 35

Anémomètre • 36

Anémomètre (exemple de correction) • + 1% par tranche de 600 ft, • +/- 1% par tranche de +/- 5° par rapport à la T° standard (15°C) Exemple : Un avion volant à 6000 pieds avec une Vc de 150 Kts et une température mesurée à 6000 pieds de 8°C. Quelle est sa vitesse propre Vp ? Correction d'altitude: Vp= 150 + 10% ( 10% car on ajoute 1% par tranche de 600 pieds) Correction de température: La température standard est de 15° et on considère qu'on perd 2 degrés par 1000 pieds dans les basses couches à 6000 pieds en atmosphère standard, il ferait 15 - (2*6) = 3° Comme il fait 8°, on obtient ici une différence de +5° par rapport à la température standard. On ajoute donc 1% par tranche de 5°, c'est à dire dans ce cas 1%. Bilan : on applique une correction de + 10% de 150 et + 1% de 150 donc : Vp = 166. 5 Kts (150 + 15 + 1, 5) 37

Anémomètre (exercice) Vitesse conventionnelle (Vc) Influence de la densité de l’air (Z , T°) • +1% par 600 ft de ΔZ • ± 1% par ± 5° de ΔT Vitesse propre (Vp) Influence du vent effectif Vs = Vp +/- Ve Vitesse sol (Vs) Un avion vole à 3000 pieds avec une vitesse conventionnelle de 100 Kts. La température mesurée à 3000 pieds vaut -1°C. Quelle est sa vitesse propre ? Cet avion rejoint l’aérodrome d’Aix les milles (code OACI LFMA) à l’aéroport d’Avignon caumont (code OACI LFMV), à 3000 pieds, le vent souffle à 20 Kts dans le sens Avignon-Aix. Quelle est la vitesse de l’avion par rapport au sol à l’aller (sens LFMA LFMV) et au retour (sens LFMV LFMA) ? Aller : Vs(aller) = Retour : Vs(retour) = 38

Altimètre L’altimètre indique l’altitude en pieds (ft) ou en mètres (rappel : 1 ft=0, 3 m) La grande aiguille indique les centaines de pieds La petite aiguille indique les milliers de pieds. 39

Altimètre Principe: il mesure la pression atmosphérique aux environs de l’aéronefs (pression statique ps) On sait que la pression diminue lorsque l’altitude augmente. Il suffit donc de graduer l’indicateur qui rend compte de cette variation en unité d’altitude. L’altimètre fonctionne par rapport à une référence de pression atmosphérique (h. Pa) que le pilote affiche dans la petite fenêtre à l’aide d’une molette. La variation de pression est mesurée en fonction d’une pression de référence • QNH : mesurée au niveau de la mer (MSL : Mean Sea Level) • ou au niveau du sol elle est appelée QFE. Ces références servent au calcul de l’altitude. Conclusion: en connaissant la pression de référence au niveau de la mer ( QNH ) , on peut connaître l’altitude en mesurant la pression au niveau où l’on se trouve. 40

Altimètre Comment ça marche ? 1 - Une capsule déformable reliée à une aiguille se déplaçant sur une échelle graduée, 2 - La capsule est placée dans une chambre équilibrée sur la pression statique qui varie avec l’altitude. 41

Altimètre Dans cet exercice vous allez calculer la hauteur d’un avion par rapport au sol ou son altitude par rapport à la mer à partir des différentes valeurs de pression. ? ? ? Remarque importante : • On parle d’altitude par rapport au niveau moyen de la mer (AMSL pour Above Mean Sea Level) • On parle de hauteur par rapport au sol (ASFC pour Above Sur. Fa. Ce). 42

Altimètre 1. Placer le QFE (1004 h. Pa) et le QNH (1014 h. Pa) sol mer 43

Altimètre On mesure à l’altitude de l’avion une pression qui vaut 914 h. Pa. 2. Que vaut la différence de pression avec la mer ? P. mesurée: 914 h. Pa Différence de pression = ? Altitude = ? QFE : 1004 (h. Pa) QNH : 1014 (h. Pa) 44

Altimètre On mesure à l’altitude de l’avion une pression qui vaut 914 h. Pa. 2. Que vaut la différence de pression avec la mer ? P. mesurée: 914 h. Pa Différence de pression = 1014 -914 = 100 h. Pa Altitude = ? QFE : 1004 (h. Pa) QNH : 1014 (h. Pa) 45

Altimètre 3. Que vaut l’altitude par rapport à la mer sachant que vous connaissez la différence de pression ? P. mesurée: 914 h. Pa Différence de pression = 1014 -914 = 100 h. Pa Altitude = ? QFE : 1004 (h. Pa) QNH : 1014 (h. Pa) 46

Altimètre 3. Que vaut l’altitude par rapport à la mer sachant que vous connaissez la différence de pression ? P. mesurée: 914 h. Pa Différence de pression = 1014 -914 = 100 h. Pa Altitude = 100 x 28 = 2800 ft QFE : 1004 (h. Pa) QNH : 1014 (h. Pa) 47

Altimètre 5. Indiquer les différences de pression, hauteur et altitude demandées. P. mesurée: 914 h. Pa Différence de pression = 1014 -914 = 100 h. Pa Altitude = 100 x 28 = 2800 ft Différence de pressions = ? ? Hauteur = ? ? QNH : 1014 (h. Pa) QFE : 1004 (h. Pa) Différence de pressions = ? ? Altitude sol = ? ? 48

Altimètre P. mesurée: 914 h. Pa Différence de pression = 1014 -914 = 100 h. Pa Altitude = 100 x 28 = 2800 ft Différence de pressions = 90 h. Pa Hauteur = 90 x 28 = 2520 ft QNH : 1014 (h. Pa) QFE : 1004 (h. Pa) Différence de pressions = 10 h. Pa Altitude sol = 10 x 28 = 280 ft 49

Variomètre ou Vertical Speed Indicator (VSI) On sait mesurer la vitesse horizontale (VI) et l’altitude ou les variations d’altitude. Comment mesurer la vitesse verticale ? Mesurer les variations de pression statique (donc l’altitude) à intervalles réguliers. Conclusion: Il suffit de « lire » la pression statique au début et à la fin d’un intervalle de temps, on en déduit la variation d’altitude en un temps donné : c’est la vitesse verticale. 50

Variomètre Comment ça marche ? Le principe de base est voisin de celui de l’altimètre, il utilise la mesure de la pression statique 1 - Une capsule déformable reliée une aiguille se déplaçant sur une échelle graduée 2 - La capsule peut équilibrer sa pression interne sur la pression ambiante grâce à un capillaire calibré 3 - Le calibre du capillaire permet d’avoir un intervalle constant entre chaque équilibre 51

Variomètre Comment ça marche ? : . PS: 998 h. Pa Gain altitude : 56 ft La différence de pression mesurée en moins (montée) ou en plus (descente) donne la variation d’altitude en un temps donné d’où la vitesse verticale. Vz = 56 ft / 5 s Vz = 670 ft / mn PS: 1000 h. Pa Temps écoulé: 5 s L’indication est donnée avec un léger retard dû au temps d’équilibrage. Unité: la vitesse verticale est indiquée en pieds par minute (ft/mn) Note: le variomètre peut être considéré comme un manomètre différentiel. 52

Variomètre Taux de montée / taux de descente Vv Vz α Vz = Vitesse verticale de l'avion (composante verticale de la vitesse de l'avion par rapport à l'air), Vv = Vitesse vraie de l'avion (vitesse de l'avion par rapport à l'air), α = pente de la trajectoire Vz = Vv x sin α « En montée : On pilote sa vitesse et on subit le vario » 53

Variomètre Exemple d’utilisation en contrôle de la pente en approche Vv Vz α Vs Données : α = pente de la trajectoire 5% (ou 3°) Vz = Vitesse verticale de l'avion Vs = Vitesse sol de l’avion (connue ; par exemple: 60 kt (=60 nm/h)) Calcul approximatif de Vz : Vz = Vs x 5% Application Numérique : Vz ≈ 60 x 5 ≈ 300 ft/mn ft/min kt pente en pourcentage 54

Variomètre Exemple d’utilisation en contrôle de la pente en approche Vv Vz α Vs Données : α = pente de la trajectoire 5% (ou 3°) Vz = Vitesse verticale de l'avion Vs = Vitesse sol de l’avion (connue ; par exemple: 60 kt (=60 nm/h)) Calcul approximatif de Vz : Vz = Vs x 5% Application Numérique : Vz ≈ 60 x 5 ≈ 300 ft/mn ft/min kt pente en pourcentage Vérifions la validité de ce calcul approximatif. 55

Variomètre Exemple d’utilisation en contrôle de la pente en approche Vv Vz α Vs Données : α = pente de la trajectoire 5% (ou 3°) Vz = Vitesse verticale de l'avion Vs = Vitesse sol de l’avion (connue ; par exemple: 60 kt (=60 nm/h)) Calcul exact de Vz : Vz= Vs x tanα ft/min sans unité 56

Variomètre Exemple d’utilisation en contrôle de la pente en approche Vv Vz α Vs Données : α = pente de la trajectoire 5% (ou 3°) Vz = Vitesse verticale de l'avion Vs = Vitesse sol de l’avion (connue ; par exemple: 60 kt (=60 nm/h)) Calcul exact de Vz : Vz= Vs x tanα Conversion de Vs ; de kt en ft/min : Vs= 60 kt = 60 nm/h = 60*1852 m/h (1 nm = 1852 m) = 60*1852/0, 3 ft/h (1 ft = 0, 3 m) = 60*1852/0, 3/60 ft/min (1 h = 60 min) 57

Variomètre Exemple d’utilisation en contrôle de la pente en approche Vv Vz α Vs Données : α = pente de la trajectoire 5% (ou 3°) Vz = Vitesse verticale de l'avion Vs = Vitesse sol de l’avion (connue ; par exemple: 60 kt (=60 nm/h)) Calcul exact de Vz : Vz= Vs x tanα Application Numérique : Vz= (((60 x 1852)/0, 3)/60) x tan(3°) Vz= 308 ft/mn 58

Variomètre Exemple d’utilisation en contrôle de la pente en approche Vv Vz α Vs Données : α = pente de la trajectoire 5% (ou 3°) Vz = Vitesse verticale de l'avion Vs = Vitesse sol de l’avion (connue ; par exemple: 60 kt (=60 nm/h)) Calcul approximatif de Vz : Vz = Vs x 5% Vz ≈ 5 x 60 ≈ 300 ft/mn Calcul exact de Vz : Vz= Vs x tanα = ( ( (60 x 1852 ) / 0, 3 ) / 60 ) x 0, 05 = 308 ft/mn Le taux de descente en calcul approximatif est correct. 59

Variomètre (exercice) On effectue un tour de piste de contrôle sur Cessna 172. On donne une vue en perspective du tour de piste ainsi que les caractéristiques de ce tour de piste. Calculer l’indication du vario en finale en l’absence de vent. 60

Variomètre • Le variomètre est un instrument dit « à retard » – En début d'évolution, le variomètre a besoin d'un laps de temps pour réaliser la mesure imprécis à court terme – En atmosphère standard, en montée ou descente stabilisée, c'est-à-dire à Vz constante, le variomètre est un instrument précis à long terme • Les erreurs du variomètre instrumentales Retard à l'indication (5 à 6 secondes) Problème de l'isolement thermique du boîtier 1°C/min 100 ft/min d'erreur de principe La masse volumique de l'air diminue avec l'altitude. Pas d’ajustement en vol erreur en altitude de ± 10 % de la valeur indiquée ( à 11000 m). – La température de l'air modifie sa viscosité et modifie le temps de fuite capillaire en altitude. Ø – – Ø – 61

Appareils utilisant la pression (prise statique de secours) 62

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