Étude des aéronefs et des engins spatiaux
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Structures , commandes de vol et
instrumentation
Structures et matériaux
1 : plan fixe horizontal
2 : Plan fixe vertical (Dérive) 4 : Gouverne de direction 5 : Aileron droit
6 : Aileron gauche
7 : Volet hypersustentateur droit 8 : Volet hypersustentateur gauche 9 :Bord d’attaque
10 : Bord de fuite 11 : Saumon
12 : Emplanture 13 : Extrados
3 : Gouverne de profondeur
Structures et matériaux
15 : Longeron 16 : Nervure
18 : Réservoir de carburant gauche 19 : Roue droite du train principal 20 : Roulette de nez
21 : Cloison pare-feu 22 : Bâti-moteur
23 : Cône d’hélice ou casserole 24 : Verrière
25 : Tableau de bord 26 : Couple
27 : Etambot
17 : Réservoir de carburant droit
28 : Feu anticollision (Rotating)
29 : Feu de navigation gauche (rouge) 30 : Feu de navigation droit (vert)
Structures et matériaux
Voilures
Les structures ont pour rôle de donner ses formes à l’avion. Elles doivent être légères et capables d’absorber les contraintes.
Les modes de construction seront fonction des matériaux utilisés :
• Bois et toile
• Métallique
• Composite
Structures et matériaux
Voilures métalliques de structure type «caisson»
• Nervures : elles donnent la forme du profil et transmettent les efforts aux longerons
• Longerons : Ils absorbent les efforts de flexion
• Le revêtement : Il transmet les efforts aux nervures et aux longerons
Duralinox, Aciers, Alliages de magnésium, Alliages de titane, Duralumin, Alpax
Structures et matériaux
Voilures en Bois et toile
Structures et matériaux
Voilures en Bois et toile
Les pièces maitresses et secondaires sont réalisée en résineux
• Pin d’orégon
• Spruce
• Epicéa
• Sapin
Les remplissages, contre plaqués sont réalisés en Feuillus
• Frêne et hêtre : patins, fixations de train
• Okoumé et bouleau : contreplaqué
Toiles : lin et coton dans les débuts, dacron aujourd’hui.
Structures et matériaux
Voilures en Bois et toile
Le bois est deux fois moins résistant aux efforts de compression qu’aux efforts de traction.
L’extrados de l’aile subit des efforts de compression alors que l’intrados subit des efforts de traction
La semelle d’extrados d’un longeron sera plus épaisse que la semelle d’intrados Semelle d’extrados :
4 plis
Semelle d’intrados
Structures et matériaux
Voilures en Composite
Matériaux constitués par l’assemblage de matériaux de base qui se différencient par leurs propriétés. On obtient ainsi des propriétés mécaniques et physiques de hautes performances.
Matériaux sandwichs :
Matériaux légers et de grandes résistances. Ils sont notamment utilisés sans nécessité de raidisseurs, pour la réalisation d’organes à fonctions aérodynamiques
• gouvernes
• pales d’hélicoptères
• spoilers
Structures et matériaux
Voilures en Composite
Matériaux constitués par l’assemblage de matériaux de base qui se différencient par leurs propriétés. On obtient ainsi des propriétés mécaniques et physiques de hautes performances.
Matériaux agglomérés :
Ils sont constitués de fibres de verre, de carbone ou de bore, liées par une "matrice" de résine organique ou d’alliage métallique. On les utilise en particulier :
• revêtements de voilure
• revêtement pales d’hélicoptère
• renforcement de bord d’attaque
• trappes de visite
Structures et matériaux
Empennages
Leur fonction principale est de supporter deux des trois ensembles de gouvernes de l’avion.
• Empennage vertical :
Il se trouve à l’arrière du fuselage. Il se compose :
• d’un plan fixe (dérive)
• de la gouverne de direction.
• Empennage horizontal : Il se compose :
• d’un plan fixe
• de la gouverne de profondeur
Structures et matériaux
Empennages
Cruciforme En T
Structures et matériaux
Empennages
Lorsque l'empennage horizontal est placé à l’avant de l'appareil, on parle d’une formule
"canard"
Deux surfaces obliques remplacent les empennages traditionnels et assurent de manière combinée les fonctions de
gouverne de profondeur et de direction.
Empennage papillon :
Structures et matériaux
Fuselage
Structure en treillis :
La structure en treillis, constituée de barres longitudinales reliées par des verticales et des diagonales, le tout formant une structure triangulée rigide.
La poutre en treillis est recouverte par des tissus ou des matériaux plastiques
Ces structures en treillis sont en bois (vieux avions), en tubes d'acier ou en alliages légers
Structures et matériaux
Fuselage
Semi-monocoque en bois : L'ossature de ce
fuselage est composée de lisses, de cadres et de cintres supérieurs collés entre eux
Un revêtement intégral en contreplaqué
également collé assure la rigidité de l'ensemble.
Le tout est marouflé en dracon puis peint
Structures et matériaux
Fuselage
Semi-monocoque métallique : Le fuselage est de type
semi-monocoque constitué de cloisons verticales et de cadres reliés par des lisses qui courent de l'avant à l'arrière du fuselage
Le revêtement en tôle d'aluminium est riveté ce qui permet d'étaler les contraintes sur toute la
Structures et matériaux
Fuselage
Fuselage d'un avion de transport :
La structure semi-monocoque est la méthode la plus utilisée pour les avions de transport.
Le fuselage est constitué :
• de cadres ou couples, pièces rondes ou ovoïdes
• d'un ou de plusieurs planchers
• de cloisons de fin de pressurisation
• du revêtement ou peau fixé sur les lisses et les cadres.
• de lisses profilés longitudinaux perpendiculaires aux cadres.
Structures et matériaux
Fuselage
Fuselage d'un avion de transport : Les cadres :
Ils donnent la forme du fuselage - ronds pour les Airbus (300 à 340) et ovoïdes pour le Boeing 747 et l'Airbus 380
Structures et matériaux
Fuselage
Fuselage d'un avion de transport : Les lisses :
Elles sont constituées de différents tronçons reliés entre eux afin d'en assurer la continuité de l'avant à l'arrière de l'avion.
Elles aident le revêtement dans l'absorption des contraintes longitudinales de traction et compression.
Structures et matériaux
Fuselage
Fuselage d'un avion de transport : Le revêtement :
Longtemps composé uniquement d'un alliage aluminium- cuivre,
aujourd'hui certaines parties sont réalisées en matériaux composites, afin d'en diminuer le poids.
Structures et matériaux
Atterriseurs
Un train d'atterrissage d'un avion à plusieurs missions:
• manœuvres au sol à très basses vitesses de roulage avec virages ou pivotements sur place;
• orientation des roues pendant le roulage pour se diriger vers la piste ou vers le point de stationnement;
• roulage de l’avion sur la piste, à des vitesses allant de zéro à la vitesse de décollage;
• absorption de l'énergie cinétique verticale de l'avion lors de l'impact avec le sol à l'atterrissage;
Structures et matériaux
Atterriseurs
Différents types de trains d'atterrissage :
• Le train classique :
Elément principal disposé sous la voilure
élément secondaire placé à la queue de l'appareil
Structures et matériaux
Atterriseurs
Différents types de trains d'atterrissage :
• Le train tricycle :
Elément principal disposé sous la voilure Roulette de nez
Structures et matériaux
Atterriseurs
Différents types de trains d'atterrissage :
• Autres types
Structures et matériaux
Atterriseurs
Différents types de trains d'atterrissage :
• Autres types
Train monotrace
Balancines
Les commandes de vol
Rôle :
Les gouvernes de vol sont des dispositifs mobiles, qui permettent de produire ou de contrôler les mouvements d'un aérodyne autour de son centre de gravité suivant trois axes.
• Axe de tangage
• Axe de roulis
• Axe de lacet
Les commandes de vol
Rôle :
Les gouvernes de vol
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de tangage
Le tangage est contrôlé par l'empennage horizontal.
Celui-ci est composé généralement de deux parties :
• Une partie fixe appelée aussi stabilisateur.
• Une partie mobile appelée gouverne de profondeur, elle est actionnée par le manche
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de tangage
manche au neutre manche tiré en arrière
Assiette à cabrer Assiette à piquer vol rectiligne
horizontal stabilisé
manche poussé en avant
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de roulis
Le roulis est contrôlé par la commande des ailerons.
Les ailerons sont des surfaces horizontales généralement situées à l'extrémité des ailes
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de roulis
manche au neutre manche incliné à droite
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de lacet
Le lacet est contrôlé par la gouverne de direction à l'aide du palonnier.
Cette commande sert également pour garder l'axe de la piste pendant les phases de décollage et d'atterrissage
Elle ne dirige pas l'avion mais sert surtout à contrôler la symétrique du vol
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de lacet
En vol symétrique le vecteur du vent relatif est par rapport à la vitesse de déplacement de l'aérodyne :
• égal en intensité
• de sens opposé
• parallèle à l'axe longitudinal
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de lacet
Ici la pédale droite du palonnier a été enfoncée, cette action par
l'intermédiaire de la gouverne de direction va créer une rotation autour de l'axe de lacet et engendrer une résultante aérodynamique vers la gauche sur l'empennage vertical.
Position du palonnier
Les commandes de vol
Rôle :Effets primaires des gouvernes
L'axe de lacet
Position du palonnier Position du
palonnier Position du
palonnier
Les commandes de vol
Technologies :
Mécaniques : commandes par câbles et poulies, tringles
Les commandes de vol
Technologies :
hydrauliques : commandes par servomoteur - vérin
Les commandes de vol
Technologies :
Electriques : vérins à vis
L’instrumentation de bord
Normalisations et réglementations :
Equipement minimal exige en vol VFR de jour : Vol et navigation
• un anémomètre ;
• une montre marquant les heures et les minutes ;
• un indicateur de dérapage ;
• si l’aéronef vole en espace aérien contrôlé, un altimètre qui doit être sensible et ajustable ;
• un compas magnétique compensable ;
• un récepteur VOR ou un radiocompas automatique en fonction de la route prévue ou un GPS homologué en classe A, B ou C, si l’aéronef vole sans contact visuel du sol ou de l’eau ;
• pour les planeurs, un variomètre ;
• pour les aéronefs de catégorie acrobatique un dispositif scellé d’enregistrement des facteurs de charge ;
L’instrumentation de bord
Normalisations et réglementations :
• Vert : utilisation normale
• Jaune : utilisation avec précaution
• Rouge : utilisation interdite
• Blanc : utilisation particulière
• Bleu : utilisation particulière
L’instrumentation de bord
Rôle et fonctionnement
Les instruments sont chargés de renseigner l'équipage de conduite sur les valeurs des paramètres indispensables au pilotage et à la sécurité des vols.
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.
On définit trois grandes familles d'instruments:
• les instruments de conduite, position de l'avion dans son espace.
• les instruments moteur, surveillance, contrôle , conduite et réglages moteur(s)
• les instruments de navigation et de radio communication
L’instrumentation de bord
Rôle et fonctionnement
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Ils utilisent les propriétés liées à la pression de l’air environnant.
Une sonde (appelée tube de Pitot) permet de capter la pression totale et la pression statique .
Elle permet d’en déduire la vitesse de déplacement de l’aéronef dans la masse d’air, par la relation :
air s
2 2 pt p
V
)
(
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Ils utilisent les propriétés liées à la pression de l’air environnant.
Une sonde (appelée tube de Pitot) permet de capter la pression totale et la pression statique .
Tube de Pitot
Prise de pression statique
anémomètre altimètre variomètre Circuit de pression totale
Circuit de pression statique
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Prises de pression statique.
Celle d’un Cessna 172 (à gauche) et celle d’un McDonnell Douglas KC-10A (à droite).
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
À l’intérieur de ces trois instruments anémométriques, on retrouve une capsule anéroïde reliée mécaniquement à un système d’engrenages de grande précision.
La capsule anéroïde est un dispositif cylindrique hermétiquement scellé sous vide, constituée d’une membrane souple et extensible joignant deux embouts métalliques rigides.
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
L’anémomètre : (badin)
L'anémomètre fournit la vitesse de déplacement de l'avion par rapport à la masse d'air.
L'anémomètre est un manomètre qui mesure la différence entre la pression totale Pt et la pression statique Ps. Cette différence s'appelle la pression dynamique
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le variomètre :
Le variomètre fournit la vitesse verticale Vz de l'avion, c'est à dire la composante verticale de la vitesse de l'avion par rapport à la masse d'air.
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
L’altimètre :
L’altimètre est l’instrument qui donne l’altitude de l’aéronef par rapport au niveau moyen de la mer
Grande aiguille : centaines de pieds Petite aiguille : milliers de pieds
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Altitude : distance verticale entre l’avion et le niveau de la mer (AMSL)
Hauteur : distance verticale entre l’avion et un point de référence (aérodrome) Le calage altimétrique :
Altitude : 4600 ft Hauteur :
2600 ft
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altitude et pression atmosphérique Lorsqu’on monte en
altitude, la pression atmosphérique diminue
Mesurer la pression atmosphérique permet
de connaitre l’altitude
Les météorologues ont établi une table des
pressions en fonction de l’altitude. C’est le tableau de l’atmosphère standard Pression hPa Altitude
1013.25 0 ft
940 2000 ft
890 3600 ft
840 4600 ft
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altitude et pression atmosphérique
L’altimètre fait correspondre des pressions et des altitudes
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre et réglage
La pression en un lieu n’est pas la même au cours du temps. Elle varie en fonction des passages d’anticyclones et de dépressions. Si la pression varie , l’altimètre indiquera des altitudes variables alors qu’il n’aura pas changer de lieu
Un altimètre doit disposer d’une possibilité de réglage
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre et réglage
Réglage de l’altimètre et pression atmosphérique sont liés Pour régler l’altimètre, on tourne le bouton de réglage afin d’afficher une pression de référence dans la fenêtre
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre et réglage
Exemple de réglage :
Un jour, au bord de la mer, la pression est de 1020 hPa.
Je tourne le bouton de réglage de l’altimètre pour faire apparaitre 1020 dans la fenêtre de réglage.
L’altimètre affiche alors 0 ft
En affichant la pression atmosphérique du niveau de la mer, l’altimètre affichera l’altitudede l’avion.
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre et réglage Autre réglage :
Sur l’aérodrome à 2000 ft d’altitude, la pression atmosphérique est de 950hPa.
En affichant 950 dans la fenêtre de réglage, mon altimètre m’indique 0 ft
En affichant la pression atmosphérique du terrain, l’altimètre affichera la hauteur de l’avion au
dessus de l’aérodrome.
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre réglage QNH
La pression au niveau de la mer est appelée le QNH.
Régler l’altimètre au QNH consiste à afficher la pression du niveau de la mer.
L’altimètre indique alors une altitude
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre réglage QFE
La pression au niveau du terrain est appelée le QFE.
L’altimètre indique alors une hauteur au dessus du terrain.
Régler l’altimètre au QFE consiste à afficher la pression régnant sur le terrain.
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimètre QNH - QFE
Un altimètre au QNH donne une altitude Un altimètre au QFE donne une hauteur
Un avion volant à 4000 ft QNH vole à une altitude de 4000 ft Un avion volant à 2600 ft QFE vole à une hauteur de 2600 ft
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : altimétrie en croisière
En fonction des dépressions et anticyclones, le QNH n’est pas le même sur le pays, ce
qui obligerait le pilote à régler en permanence son altimètre au cours d’un voyage.
Pour éviter cela, il a été décidé d’un calage unique pour tous les avions volant en croisière.
Il s’agit du calage 1013,25 hPa.
En croisière au dessus de 3000 ft sol, tous les avions doivent régler leur altimètre au calage standard 1013,25 hPa
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : calage standard
Lorsque l’altimètre est réglé au standard, il indique un niveau de vol, noté FL (flight level).
3000 ft se lit «niveau de vol 30» (ou FL030).
Les niveaux de vol utilisables sont séparés de 500 ft.
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L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : calage standard
Les avions évoluant envol à vue (VFR) prennent les niveaux finissant par 5 les avions volant aux instruments (IFR) prenant ceux finissant par 0
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L’instrumentation de bord
Les instruments aérobarométriques :
Le calage altimétrique : Résumé
• Le QNH est la pression au niveau de la mer.
• Niveau en 5 pour les VFR, en 0 pour les IFR
• Un altimètre au QNH donne une altitude.
• Le QFE est la pression sur l’aérodrome.
• Un altimètre au QFE donne une hauteur.
• Le calage standard est 1013,25 hPa.
• Un altimètre au standard donne un niveau de vol.
• Niveau pair vers l’ouest, impair vers l’est
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L’instrumentation de bord
Les instruments gyroscopiques :
L’horizon artificiel
Cet instrument sert à représenter ce que verrait le pilote en regardant à l’extérieur de l’avion. Il sert principalement aux pilotes autorisés à voler dans les nuages.
Cette maquette représente l’avion
Repère indiquant l’inclinaison (roulis) de l’avion
Le fond représente l’horizon : le ciel et la terre
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments gyroscopiques :
L’horizon artificiel
Avion en montée, incliné à gauche
Avion en palier, en virage à droite
Avion en descente, ailes à plat
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments gyroscopiques :
L’horizon artificiel - comment ça marche..
Cet instrument utilise un gyroscope Gyroscope :
c’est une toupie tournant à très grande vitesse. Il a la particularité de garder une direction fixe dans l’espace lorsque l’avion change de direction.
Ce gyroscope permet de suivre les évolutions de l’avion, en particulier lorsqu’il vole dans les nuages
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments gyroscopiques :
Boussole (Compas) et conservateur de cap.
Ils indiquent le cap de l’avion
Barreau aimanté baignant dans un liquide
Instrument gyroscopique, c’est une rose des caps qui tourne lorsque l’avion tourne
AVANTAGES :
indique toujours le nord
AVANTAGES :
information stable
INCONVENIENTS : INCONVENIENTS :
information très instable, inexploitable en virage,
l’instrument doit être recalé régulièrement sur la boussole
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L’instrumentation de bord
Les instruments gyroscopiques :
L’indicateur de virage :
Maquette d’avion blanche, indiquant si l’avion est en virage
Bille
C’est aussi un instrument gyroscopique qui indique le sens du virage de l’avion.
L’indicateur de virage est utilisé lorsque l’horizon artificiel tombe en panne
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation:
©"François Jomard"
VOR
Balise de positionnement
ADF
Balise de positionnement
DME
Mesure de distance ILS
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : Le VOR
©"François Jomard"
Le but du VOR est de permettre au pilote de suivre un axe radio au départ de la balise au sol
Balise au sol STR 115,6 Mhz
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : Le VOR
©"François Jomard"
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : L’ADF
©"François Jomard"
Le récepteur ADF donne simplement la direction d’une balise au sol, ou gisement
Balise au sol SE 368 Mhz
On le nomme aussi radiocompas
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : L’ ILS
©"François Jomard"
ILS (Instrument Landing System) a pour but d’amener un avion à se poser sur une piste. Il y a donc 2 guidages :
Maintenir l’axe de piste Maintenir un plan de descente
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : Le DME
©"François Jomard"
Le DME ou distance mesuring equipment donne une information de distance.
Il est très souvent associé à une balise VOR ou un ILS.
En passant à la verticale du DME, celui-ci indiquera la hauteur de l’avion!
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : Le Radar
©"François Jomard"
Il émet des ondes qui sont renvoyées par tout ce qui vole dans le ciel.
Il «dialogue» avec le transpondeur de l’avion qui lui donne son
numéro et l’altitude de 2 types de radars
RADAR PRIMAIRE RADAR SECONDAIRE
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : Le Radar
©"François Jomard"
Sur son radar, le contrôleur voit tous les avions, avec leur altitude, leur vitesse, leur nom...
L’instrumentation de bord
Les instruments de radionavigation : Le GPS
©"François Jomard"
Comme pour les voitures, il existe des GPS avion.
Pour pouvoir être utilisés, ils doivent :
• être homologués
• être à jour
