Cours PPL(A) : Les instruments et le groupe motopropulseur

Les instruments & Le groupe motopropulseur

 Objectif :
 Utilité :
OBJECTIFS ET UTILITÉ
 Comprendre le fonctionnement des instruments.
 Être capable d’exploiter les informations données
par les instruments.
 Être capable de conduire le moteur et de détecter
une panne.
Instruments & GMP
François SUTTER (23/12/2018) 3/101
 Comprendre le fonctionnement du GMP.

Rappels 05
• Le tableau de bord 06
• L’équipement minimum en VFR de jour 07
• L’équipement minimum en VFR de nuit 10
• Le circuit anémométrique 13
• Le circuit de dépression 14
• Le gyroscope 16
• Les instruments basés sur un principe gyroscopique 17
• Les instruments basés sur la pression atmosphérique 18
Chapitre I : L’anémomètre 20
• Pression dynamique et pression totale 21
• Le système de graduation 22
• Les différentes vitesses 23
• Le contrôle du fonctionnement 24
Chapitre II : L’altimètre 25
• Le principe de fonctionnement 26
• Les différents calages 34
• Les erreurs de l’altimètre 35
Chapitre III : Le variomètre 36
• les corrections 40
• Les erreurs 41
4/101
Chapitre IV : Le compas magnétique 42
• Présentation 43
• Composition de l’instrument 44
• Les erreurs du compas à flotteur 45
• Les autres modèles 48
Chapitre V : Le conservateur de cap 49
• Systèmes érecteurs et recalage 51
Chapitre VI : L’horizon artificiel 52
• Lecture de l’instrument 64
Chapitre VII : La bille et l’indicateur de virage 66
• Bille 67
• L’aiguille 72
Chapitre VIII : Les EFIS 74
Chapitre IX : Le groupe motopropulseur 78
• Le moteur 79
• L’hélice 87
• Le circuit carburant et la combustion 90
• L’avitaillement 92
• L’allumage 93
• La carburation 94
• Le refroidissement et la lubrification 97
• La conduite du moteur 99
Conclusions & Questions 101
Entraînement au QCM théorique 102
SOMMAIRE
Instruments & GMP
François SUTTER (23/12/2018)

Rappels
-> Le tableau de bord
-> L’équipement minimal en VFR de jour
-> L’équipement minimal en VFR de nuit
-> Le circuit anémométrique
-> Le circuit de dépression
-> Le gyroscope
-> Les instruments basés sur un principe gyroscopique
-> Les instruments basés sur la pression atmosphérique
Instruments & GMP

Instruments & GMP
Rappels : Le tableau de bord (1/8)
[I] ANÉMOMÈTRE – [II] ALTIMÈTRE – [III] VARIOMÈTRE – [IV] COMPAS – [V] CONSERVATEUR DE CAP – [VI] HORIZON – [VII] BILLE AIGUILLE – [VIII] EFIS – [IX] GMP
6/101

 Direction magnétique ;
 La MEL (Minimum Equipment List) en VFR doit fournir un minimum de 5
informations :
Rappels : L’équipement minimal en VFR en VMC (2/8)
 Le temps en Heures, minutes et secondes ;
 L’altitude-pression ;
 La vitesse air indiquée ;
 Virage et dérapage ;
 Si jamais l’avion ne peut pas être maintenu (vol de nuit par exemple) sur
la trajectoire de vol souhaitée sans référence à un ou plusieurs
instruments, il doit être équipé en plus de 6 instruments :
 Assiette ;
 Vitesse ascensionnelle ;
 Cap stabilisé ;
 Dispositif indiquant si l’alimentation électrique des instruments
gyroscopiques n’est pas adéquate ;
 Dispositif destiné à éviter les défaillances du système
anémométrique en raison de la condensation ou du givre.
Sources : Arrêté de 1991 + PART.NCO.IDE.A.120
+ PART.NCO.IDE.A.200
Instruments & GMP
 1 transpondeur si l’espace aérien traversé l’exige.

 Les instruments sont détaillés dans les AMC (Acceptable
Means of Compliance).
Rappels : L’équipement minimal en VFR en VMC (2/8)
 1 Indicateur de virage ;
 1 Bille ou ;
 Pour un vol local (AMC2 : vol qui n’excède pas 60 minutes et
dont l’atterrissage se fait sur le même terrain que celui du
décollage et qui reste dans les 50 NM de l’aérodrome) :
 À la fois 1 Horizon artificiel et 1 Bille ;
 1 Boussole ;
 1 Montre avec les heures, les minutes et les secondes ;
 1 Altimètre ;
 1 Anémomètre en kts (sauf si la MCTOM est
inférieure à 2000 kg) ;
 Ne pas oublier la MEL du manuel de vol.
Instruments & GMP

Rappels : Les instruments en VFR en VMC de jour (2/8)
Instruments & GMP
ARRÊTÉ DU 24 JUILLET 1991
https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=LEGITEXT000006077971
Équipement minimal exigé en VFR de jour (2.6.2)
Vol et navigation (2.6.2.1)
1 anémomètre ;
1 indicateur de dérapage ;
Si l'aéronef vole en espace aérien contrôlé, 1 altimètre qui doit être sensible et ajustable ;
1 compas magnétique compensable ;
1 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 ;
1 montre marquant les heures et les minutes (différence avec le PART.NCO qui exige les secondes) ;
Pour les planeurs, 1 variomètre ;
Pour les aéronefs de catégorie acrobatique 1 dispositif scellé d'enregistrement des facteurs de charge ;
Communication (2.6.2.2)
1 émetteur-récepteur VHF conforme aux dispositions en matière d'équipements exigés par les services de la circulation aérienne ;
En zone de type H, 1 émetteur-récepteur H.F. ;
Surveillance (2.6.2.3)
l'équipement de surveillance conforme aux dispositions en matière d'équipements exigés par les services de la circulation aérienne ;
9/101

Rappels : Les instruments en VFR en VMC de jour (2/8)
Instruments & GMP
Anémomètre (Badin)
Airspeed Indicator
Indicateur de symétrie et de taux de virage (Bille / Aiguille)
Turn coordinator
Altimètre
Altimeter
Compas magnétique (Boussole)
Magnetic Compass
VOR
VHF Omnidirectional Range
GPS
Global Positioning System
Chronographe avion
Aircraft clock
Bloc radio
Radio control panel
Transpondeur
Squawk
10/101

Rappels : Les instruments en VFR en VMC de nuit (3/8)
Instruments & GMP
ARRÊTÉ DU 24 JUILLET 1991
https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=LEGITEXT000006077971
Équipement minimal exigé en VFR de nuit (2.6.3)
Vol et navigation (2.6.3.1)
1 anémomètre ;
1 un altimètre sensible et ajustable, d'une graduation de 1000 pieds (304,80 mètres) par tour et avec un indicateur de pression barométrique de référence en hectopascal ;
1 compas magnétique compensable ;
1 variomètre ;
1 indicateur gyroscopique de roulis et de tangage (horizon artificiel) ;
1 deuxième horizon artificiel ou un indicateur gyroscopique de taux de virage avec un indicateur intégré de dérapage (indicateur bille-aiguille) alimenté indépendamment du premier horizon ;
1 indicateur de dérapage si l'aérodyne est équipé de deux horizons artificiels ;
1 indicateur gyroscopique de direction (conservateur de cap) ;
1 récepteur VOR ou 1 radiocompas automatique en fonction de la route prévue ou 1 GPS homologué en classe A, B ou C ;
1 lampe électrique autonome ;
1 jeu de fusibles ;
1 système de feux de navigation ;
1 système de feux anticollision ;
1 phare d'atterrissage. Sur les giravions ce phare doit être réglable en site depuis la place pilote sauf si un ou plusieurs phares fixes suffisent pour l'approche et l'atterrissage ;
1 dispositif d'éclairage des instruments de bord et des appareils indispensables à la sécurité ;
1 montre marquant les heures et les minutes (différence avec le PART.NCO qui exige les secondes).
Communication (2.6.3.2)
En zone de type H, 1 émetteur-récepteur HF ;
1 émetteur-récepteur VHF conforme aux dispositions en matière d'équipements exigés par les services de la circulation aérienne ;
Surveillance (2.6.3.3)
1 équipement de surveillance conforme aux dispositions en matière d'équipements exigés par les services de la circulation aérienne.
11/101

Rappels : Les instruments en VFR en VMC de nuit (3/8)
Instruments & GMP
Anémomètre (Badin)
Airspeed Indicator
Indicateur de symétrie et de taux de virage
(Bille / Aiguille)
Turn coordinator
Altimètre
Altimeter
Compas magnétique (Boussole)
Magnetic Compass
VOR
VHF Omnidirectional
Range
GPS
Global Positioning System
Chronographe avion
Aircraft clock
Bloc radio
Radio control panel
Transpondeur
Squawk
Horizon artificiel
Attitude indicator (Artificial horizon)
Variomètre
Variometer
Conservateur de cap
Magnetic Heading
12/101

 Le circuit anémométrique fournit une pression « totale » et une pression
« statique » aux instruments qui en ont besoin :
Rappels : Le circuit anémométrique (4/8)
Instruments & GMP
 Variomètre ;
 Altimètre.
 Le circuit anémométrique est constitué :
 De capteurs de pression ;
 De canalisations d’air qui transmettent aux instruments les pressions
mesurées ;
 D’indicateurs des informations de pression aux instruments anémo-
barométriques.
 La « pression totale » est mesurée à l’aide d’un capteur de pression appelé « tube de
Pitot » (Inventé par un ingénieur et physicien français 1695-1771).
 Anémomètre ;
 La pression statique est la pression d’un gaz au repos (comme la pression atmosphérique
par exemple). Elle est mesurée grâce à au moins 1 prise statique perpendiculaire à
l’écoulement de l’air (parfois doublée sur le fuselage pour compenser les conséquences
d’un vol dissymétrique). La prise statique a des « erreurs » (car elle n’est pas placée de
manière idéale dans toutes les phases de vol) mais ça n’est pas une erreur instrumentale.
Sur certains avions une prise statique de secours existe (en ouvrant une valve reliant le
circuit de pression statique à l’intérieur de la cabine).
13/101

 Un restricteur de pression ;
 Les canalisations ;
 Un filtre à air (installé entre le tableau de
bord et la cloison pare-feu) ;
 Le circuit de dépression fournit l’énergie pneumatique nécessaire
au fonctionnement de ces instruments. Il est composé de :
Rappels : Le circuit de dépression (5/8)
Instruments & GMP
 Il existe 2 systèmes d’entraînement pour les instruments gyroscopiques :
pneumatique et électrique. Le circuit de dépression concerne les instruments
entraînés de manière pneumatique (alimenté par l’air).
 Certains instruments utilisent une force de succion :
 Conservateur de cap ;
 Indicateur de virage.
 Les instruments liés (Horizon artificiel,
conservateur de cap, indicateur de virage).
 Une pompe à vide (entraînée par le moteur
de l'avion à l'aide d'un axe cannelé) ;
 Un clapet régulateur (évite la surpression) ;
 Un vacuomètre (manomètre de contrôle indiquant la
dépression du circuit) ;
 Horizon artificiel ;
14/101

 Ensuite l'air est expulsé à l'extérieur par la pompe.
Rappels : Le circuit de dépression (5/8)
Instruments & GMP
 L'indicateur de dépression vacuomètre indique en permanence la valeur de la dépression.
 En cas de défaillance du moteur (sur un monomoteur), le pilote n’aurait plus d’information
d'orientation. C’est pourquoi l'indicateur de virage (bille/aiguille) fonctionne souvent avec un
gyroscope entraîné électriquement et branché directement sur la batterie. Avec cette solution
+ le compas magnétique, une information d'orientation reste toujours disponible.
 Avant les années 30 les pompes à vide étaient alimentés par un ou deux tubes de venturi
fixés sur le côté du fuselage. À partir des années 30, les pompes à vide humides ont
remplacé les tubes de venturi. Elles fonctionnent dès que le moteur tourne et fournissent une
valeur de dépression supérieure. Ces pompes humides sont lubrifiées par l'huile du moteur
nécessite un séparateur huile/air. À partir des années 60, les pompes sèches fonctionnent
sans lubrification externe et l'installation ne nécessite aucune connexion à l'alimentation en
huile du moteur (+ légères et – chères). Elles sont entraînées par le moteur de l'avion à l'aide
d'un axe cannelé.
 Les palettes montées sur le rotor cylindrique sont inclinées par rapport au rayon et tournent
dans une chambre elle-même cylindrique. Avec la vitesse de rotation les palettes sont en
repoussées contre la paroi du carter. Il se crée alors une compression à l'avant et un vide à
l'arrière de chaque palette.
 L'air aspiré par la pompe à vide passe d'abord par un filtre (pour empêcher des corps
étrangers de pénétrer dans le système de vide), puis rentre dans les instruments et provoque
la rotation des gyroscopes, un clapet de surpression ou décharge empêche la pression
d'aspiration, de dépasser les limites prescrites.
15/101

Instruments & GMP
 3 instruments utilisent un gyroscope : l’horizon artificiel, le conservateur de
cap et l’indicateur de virage.
 Afin d’être soustrait aux perturbations extérieures, le rotor est suspendu.
Grâce à la suspension, son axe de rotation acquiert une très grande stabilité et
devient fixe dans l’espace en pointant toujours dans la même direction.
 Un gyroscope est composé d’un rotor (tournant à grande vitesse autour d’un
axe).
 L’entraînement du rotor est assuré par la pompe à vide du circuit de dépression
(ou par un moteur électrique).
 Si l'on tente de faire tourner un gyroscope autour d'un axe
perpendiculaire à son axe de rotation, celui-ci réagit avec un couple
s'exerçant de manière à faire basculer l'axe initial de rotation de manière
à faire tourner le gyroscope dans le sens de l'action appliquée.
 Le gyroscope a deux propriétés :
 Parce qu’il tourne à vitesse élevée (12 000 t/mn), il conserve la même
orientation dans l'espace (comme une toupie tant qu’elle tourne à une
vitesse importante qui reste verticale même sur un plan incliné). Cette
propriété (fixité dans l’espace) permet au gyroscope d’être utilisé
comme repère angulaire.
Rappels : Le gyroscope (6/8)
16/101

Instruments & GMP
 La propriété́ de fixité́ des gyroscopes permet de les utiliser comme des plateformes de référence stables, à bord des avions.
Rappels : Le gyroscope (6/8)
 Les différents types de gyroscope sont caractérisés par leur degré de liberté.
Premier
cadre
Deuxième
cadre
Deuxième
dimension
Axe de
rotation
Premier
cadre
Deuxième
dimension
Axe de
rotation
: Roulement
 1 degré de liberté
 Conservateur de cap
 2 degrés de liberté
 Horizon artificiel
17/101

Instruments & GMP
Rappels : Les 3 instruments basés sur un principe gyroscopique (7/8)
Indicateur de taux de virage Horizon artificiel Conservateur de cap
18/101

Instruments & GMP
Rappels : Les 3 instruments basés sur la pression atmosphérique (8/8)
Anémomètre Altimètre Variomètre
19/101

Chapitre I : L’anémomètre
-> Pression dynamique et pression totale
-> Le système de graduation
-> Les différentes vitesses
-> Le contrôle du fonctionnement
Instruments & GMP

ANÉMOMÈTRE : Pression dynamique et pression totale (1/4)
Instruments & GMP
 Lorsqu’un objet est placé dans un écoulement d’air, l’air contourne l’objet par le
haut et par le bas.
 En un point précis, les particules ne contournent plus l’objet, elles sont arrêtées à
la surface de cet objet en un point nommé le « point d’arrêt » (A sur la figure).
A Lors de l’impact, les particules cèdent à l’objet l’énergie cinétique accumulée et
exercent une pression au point A qui s’ajoute à la pression atmosphérique
ambiante. Cette pression s’appelle la « pression dynamique ». Plus la vitesse est
élevée plus la pression dynamique est élevée.
 Si on place un capteur au point A, on peut mesurer la somme des deux pressions
(pression statique ambiante + pression dynamique). La somme de ces deux
pressions s’appelle la « pression totale ».
 Pour connaître la pression dynamique permettant de déterminer la vitesse d’un
avion il faut faire une soustraction :
 PD = PT-PS
 Pression Totale – Pression Statique = Pression Dynamique
 L’anémomètre est donc un manomètre (car il effectue une mesure de pression)
différentiel (car il effectue une soustraction : PT-PS=PD). Le résultat obtenu est la
pression dynamique qui correspond à la vitesse de l’avion.
 Pour effectuer la différence, entre PT et PS, une capsule anéroïde (Capsule de
Vidie) se déforme sous l’effet des deux pressions.
 L’intérieur de la capsule est raccordé au capteur de pression totale (Tube de Pitot) et l’extérieur est raccordé au capteur de pression statique. La PT fait
gonfler la capsule, la PS tend à l’écraser. La déformation est transmis à une aiguille qui se déplace sur le cadran. Lorsque l’avion accélère, la PT augmente,
donc la capsule gonfle.
21/101

ANÉMOMÈTRE : Le système de graduation (2/4)
Instruments & GMP
 Un avion qui se déplace à 1kt parcourt 1 mille nautique (NM) par heure.
 1 kt = 1,852 km/h
 Les paramètres densité, pression statique et température ont été fixés de manière
conventionnelle en 1948, par les constructeurs aéronautiques qui ont établi une
correspondance entre la pression et la vitesse :
 Densité = 1
 Pression = 1 013,25 hPa
 Température = 15°
 La vitesse indiquée est une vitesse conventionnelle (VC). Elle n’est pas la vitesse
propre de l’avion (VP).
 Arc blanc : zone d’utilisation normale en configuration atterrissage entre la vitesse de
décrochage volets et train sortis VS0 (Velocity Stall 0 indiquant la configuration
atterrissage à la masse maximale) et la vitesse maximale d’utilisation des volets VFE
(Velocity Flaps Extended). Il existe d’autres limites : VFO (Velocity Flaps Operating), VLE
(Velocity Landing gear Extended) et VLO (Velocity Landing gear Operating).
 Arc vert : zone d’utilisation normale limitée par la vitesse de décrochage en
configuration lisse VS1 et la VNO.
 Arc jaune : zone interdite en atmosphère turbulente, limitée par la vitesse à ne pas
dépasser en atmosphère agitée appelée VNO et la vitesse à ne jamais dépasser VNE qui
est indiquée par le trait rouge.
 L’anémomètre ou badin (Du nom de son inventeur Raoul BADIN) est gradué en
nœuds (kt) ou en kilomètre par heure (km/h).
22/101

 Vitesse Propre (Vp) : vitesse réelle de l'avion par rapport à l'air, corrigée de la densité et de la
température.
 Correction d’altitude : + 1% par tranche de 600 ft.
 Correction de température : + 1% par tranche de 5° d’écart avec ISA.
 Vitesse Sol (Vs) : vitesse de l'avion par rapport au sol. Il s’agit de la Vp corrigée (+/-) de la
composante de vent (avant ou arrière).
ANÉMOMÈTRE : Les différentes vitesses (3/4)
Instruments & GMP
 Vitesse Conventionnelle (Vc) : vitesse indiquée (Vi) corrigée des
erreurs instrumentales ou de mesure. On l'appelle conventionnelle
parce que l'anémomètre est étalonné par convention en
atmosphère standard (Elle serait égale à VIC si l'installation de
l'antenne anémomètrique était parfaite).
 Vitesse équivalente (Ve) : Vc corrigée de la compressibilité (les
effets de compressibilité́ apparaissent au-delà de 300 kt). Elle
serait égale à la VC si l'air était incompressible
 Vitesse Indiquée (VI) : vitesse indiquée sur l'anémomètre (celle
montrée sur l'aiguille).
23/101

ANÉMOMÈTRE : Le contrôle du fonctionnement (4/4)
Instruments & GMP
 Une obstruction du tube de Pitot (Oubli d’enlever la flamme ou givrage) ou des prises
statiques va provoquer des erreurs dans les indications fournies.
 Lors de la prévol vous devez vérifier le bon état des prises de pression et vérifier
qu’elles ne sont pas obstruées.
Problème Conséquences
Cache-Pitot en place Anémomètre indique Vi = 0
Blocage du tube Pitot sauf drain
d’évacuation d’eau
Anémomètre indique Vi = 0
Blocage partiel du tube de Pitot Retard anémométrique
Blocage total du tube de Pitot et du
drain
Vi surestimée en montée
Vi sous-estimée en descente
Blocage des prises de pression statique Altimètre = Aucune variation indiquée
Variomètre = Indique 0 ft
Anémomètre = Vi sous-estimée en
montée et surestimée en descente
Blocage total du tube de Pitot et du
circuit de pression statique
Altimètre = Aucune variation indiquée
Variomètre = Indique 0 ft
Anémomètre = Vi égale dans toutes
les configurations (montée/descente)
24/101

Chapitre II : L’altimètre
-> Exemple de différents types d’altimètres
-> Présentation et utilité
-> L’instrument sur lequel vous allez travailler
-> Ce qu’on peut lire dessus
-> Schéma d’un altimètre
-> Mode de fonctionnement
-> Historique de la capsule de Vidie
-> Les différents calages altimétriques
Instruments & GMP

Tambour Aiguilles Numérique
L’ALTIMÈTRE : Il existe plusieurs types d’altimètres (1/9)
Instruments & GMP
26/101

 Il est étalonné en fonction de ISA :
 Pression au niveau de la mer : 1013.25 hPa
 Température au niveau de la mer : +15°C
 Décroissance de température : -2°C par 1000 ft
 Les informations données par l’altimètre sont nécessaires à
tout moment du vol :
 Lors du décollage ou de l'atterrissage, il est nécessaire
de connaître sa hauteur par rapport à l'aérodrome.
 Lors d'un vol en région montagneuse, il est nécessaire
de connaître sa hauteur par rapport aux obstacles,
obtenue par comparaison et interprétation de
l'indication donnée par l'altimètre et l'altitude des
obstacles.
 Lors des vols sur des routes aériennes ou en espace
contrôlé, il est nécessaire de voler à certains niveaux de
vol imposés par la règlementation.
 L'altimètre est un baromètre qui mesure la pression statique
et déduit une distance verticale par rapport au niveau de
référence pour lequel il est réglé avec la pression choisie
par le pilote.
Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : Présentation et utilité (2/9)
27/101

 Le calage peut être affiché en hPa
(Hectopascal) : suite de 3 ou 4 chiffres. Par
exemple : 999 hPa ou 1020 hPa.
L’hectopascal vient de la France (inventé par
Blaise Pascal).
 Sur un altimètre, on peut lire, au moins 2
valeurs :
 Le calage peut aussi être affiché en IN.Hg (Pouce de mercure) : suite de 2 chiffres
avec une virgule et 2 chiffres après la virgule. Par exemple : 29,92 inHg ou 31,20
inHg. Le pouce de mercure vient des Etats-Unis.
 L’altitude
(Par exemple 290 ft dans l’image).
 Le calage
(Par exemple 1018 hPa dans l’image).
Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : L’instrument sur lequel vous allez travailler (3/9)
28/101

 Exemple d’altimètre affichant les 2 unités de calage
Dans la fenêtre de
Kollsman de
gauche, on voit le
calage avec les
unités française
 Pouce de Mercure
 IN.Hg
 Hectopascal
 hPa
Dans la fenêtre
de Kollsman de
droite, on voit le
calage avec les
unités
américaines
La grande aiguille
indique les
centaines et la
petite indique les
milliers de pieds.
La molette
permet de régler
le calage.
Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : Ce qu’on peut lire dessus (4/9)
29/101

Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : Schéma (5/9)
30/101

 Une prise de pression statique
située sur le fuselage de l'avion
(dans le cas du Pa28, elle est
située sur le Pitot) est reliée à un
boîtier étanche par un système de
canalisations.
 Par un mécanisme d'amplification et de transmission, les déformations de la ou des
capsules font pivoter un râteau autour d'un axe. Par un système d'engrenage le râteau
commande une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué en altitudes.
 Dans ce boîtier soumis à la
pression statique (Ps), une ou
plusieurs capsules anéroïdes dans
lesquelles règne une pression
quasiment nulle, servent
d'éléments sensibles à la pression
statique.
Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : Mode de fonctionnement (6/9)
31/101

 La capsule est constituée de deux flasques circulaires d'un diamètre de 40 à 60
mm et d'une épaisseur de 1 à 2 dixièmes de mm , où règne un vide poussé
(capsule de VIDIE). Généralement plusieurs capsules dont les déformations
s'ajoutent sont utilisées.
 Pour éviter l'écrasement de la capsule sous l'action de la pression statique un
ressort antagoniste est utilisé.
Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : Mode de fonctionnement (6/9)
32/101

 Lucien Vidie est un physicien français
(Nantes, 1805 - Nantes, avril 1866),
inventeur de la capsule de Vidie en 1844.
 Il est de ce fait l'inventeur du baromètre
anéroïde, qui fait appel à la capsule de
Vidie pour mesurer les variations de la
pression atmosphérique.
Instruments & GMP
L’ALTIMÈTRE : Historique de la capsule de Vidie (7/9)
 Lorsque la pression atmosphérique varie,
la capsule se déforme et cette
déformation est transmise à une aiguille
qui se déplace devant un cadran gradué.
À chaque valeur de la pression mesurée,
correspond une altitude.
33/101

 En aéronautique, il y a plusieurs façons d’exprimer la position verticale d’un
avion :
Hauteur (QFE) Altitude (QNH) Niveau (QNE ou FL)
La hauteur est la position
verticale de l’avion au-
dessus du sol ou de la
surface (eau ou terre).
L’unité est le pieds ASFC
(Above SurFaCe) ou AGL
(Above Ground Level) ou
AAL (Above Airfield Level).
L’altitude est la position
verticale d’un avion au-
dessus du niveau moyen
de la mer.
L’unité est le pieds AMSL
(Above Mean Sea Level).
Le niveau de vol est la
position verticale d’un
avion au-dessus de la
surface isobare 1013.25
hPa (ou 29.92 inHg).
La pression 1013.25 est
appelée « calage
altimétrique standard ».
 Il y a donc 3 calages possibles.
L’ALTIMÈTRE : Les différents calages (8/9)
Instruments & GMP
34/101

L’ALTIMÈTRE : Les erreurs de l’altimètre (9/9)
Instruments & GMP
 Erreur de gradient de pression : l'altimètre mesure une différence de pression par rapport à une référence, en se basant sur les gradients de pression
de l'atmosphère type.
 Si entre 0 ft et 4000 ft, le gradient de pression moyen est inférieur au gradient type, imaginons un gradient de 20 ft / hPa au lieu de 28 ft /
hPa, l'altitude indiquée par l'altimètre sera supérieure à l'altitude réelle. En mesurant une différence de 1 hPa, l'altimètre croit qu'il est monté
de 28 ft alors qu'en fait il n'est monté que de 20 ft.
 Pour corriger cette erreur, il faudrait connaître le gradient de pression en permanence dans la tranche d'atmosphère dans laquelle on vole, ce
qui n’est pas possible.
 Erreur de température : une masse d'air froid est moins volumineuse qu'une masse d'air chaud. L'altimètre affichera donc une altitude erronée si
l'atmosphère n'est pas à la température standard. Lorsque la température moyenne de la masse d'air entre le sol et l'avion est plus froide qu'en
atmosphère type, l'altimètre indiquera une altitude supérieure à l'altitude réelle. C'est une situation dangereuse car vous êtes plus bas que ce que
vous pensez. En VFR, le danger est minime, car vous avez la vue du relief.
 + chaud + haut
 + froid + bas
 Correction de 4 ft par tranche de 1000 ft d’altitude et de 4 ft par tranche de 1° par écart avec ISA
 Exemple : votre altimètre indique 5000 ft, la température est de -5° (au lieu de +5°)
 Nombre de tranches de 1000 ft = 5 tranches
 Température standard à 5000 ft = 15 - (5 x 2) = +5°
 Écart de température avec ISA = 10°
 Correction = 4 x 5 x 10 = 200 ft
 L’altitude réelle est de 4800 ft (5000 ft – 200 ft)
 En cas d'obstruction totale des prises statiques, la pression emprisonnée dans le boîtier de l'altimètre restera constante, et si cette obstruction est
étanche, l'altitude indiquée ne bougera plus. Si l’obstruction est partielle, l'altimètre connaîtra alors du retard à l'affichage.
35/101

Chapitre III : Le variomètre
-> Présentation
-> Schéma
-> Les corrections apportées au variomètre
-> Les erreurs du variomètre
Instruments & GMP

LE VARIOMÈTRE : Présentation (1/4)
Instruments & GMP
 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.
 Le variomètre est utile au pilotage pour
 Déterminer une vitesse ascensionnelle Vz > 0 ;
 Déterminer un taux de descente Vz < 0 ;
 Contrôler le vol en palier Vz = 0 .
 Il peut être gradué :
 En centaine de pieds par minutes (ft/mn) pour les avions
 En mètre par seconde (m/s) pour les planeurs
 La variation de la pression statique (Ps) avec l'altitude est donnée par la loi de
Laplace :
 La vitesse verticale de l’avion (Vz) peut s’écrire Vz = dz/dt
 Dz = différence d’altitude / Dt = différence de temps
 Taux de variation d'altitude par rapport au temps écoulé
 La VZ sera donc proportionnelle au taux de variation de la pression
statique PS par rapport au temps t.
37/101

LE VARIOMÈTRE : Présentation (1/4)
Instruments & GMP
 Sur un altimètre, on peut lire, 1 valeur : la vitesse verticale (notée Vz)
graduée en ft.
 Une capsule identique à celle de l’anémomètre est utilisée est reliée
à un réservoir mis à l’air libre par un tube très fin appelé capillaire.
 Lorsque l’avion est en montée ou en descente, la
pression atmosphérique varie. Comme le réservoir
est relié à l’extérieur par le tube capillaire, la
pression à l’intérieur du réservoir prend la même
valeur que la pression atmosphérique (mais avec
du retard). Il y a donc une différence de pression
entre l’extérieur et l’ensemble du réservoir et de
la capsule. La déformation est amplifiée
mécaniquement et transmise à l’aiguille de
l’instrument.
 Si l’avion se met en palier, les pressions
extérieures et intérieures s’équilibrent via le
capillaire et l’aiguille revient à 0.
38/101

Instruments & GMP
LE VARIOMÈTRE : Schéma (2/4)
Variomètre simple (Badin)
Variomètre instantané
(avec accéléromètre)
39/101

LE VARIOMÈTRE : Les corrections apportées au variomètre (3/4)
Instruments & GMP
 L'influence des variations de la viscosité se
compense en général par une deuxième fuite à
débit variable (commandée par un élément
sensible à la température).
 Lorsque la température augmente la viscosité de
l’air augmente. L’augmentation de la viscosité
freine l'air dans le tube capillaire et génère un
retard de la pression à l'intérieur du boîtier. Ce
retard se traduit par une augmentation de la VZ
indiquée (par rapport la VZ réelle).
 Le système utilise deux fuites :
 L'une provenant du tube capillaire avec une
vis pointeau pour gérer le débit ;
 L'autre provenant d'un orifice à paroi mince commandée par un pointeau à tige. Le
mécanisme est sensible à la température du boîtier (qui se dilate ou se contracte) et permet
une compensation partielle de l'influence des variations de la viscosité.
40/101

LE VARIOMÈTRE : Les erreurs du variomètre (4/4)
Instruments & GMP
 Erreur de température : les variations de la température de l'air dans le boitier
influencent les indications, d’où la nécessité de bénéficier d’une isolation
thermique. Certains variomètres sont protégés par une double enveloppe
thermique.
 Erreur de statique : Une prise statique de mauvaise qualité influe sur les indications
en vol non stabilisé (virages, ressources, rafales de vent, …).
 Erreur de viscosité : la viscosité de l'air varie avec la pression et la température.
L'étalonnage de l'instrument se fait pour une température et une pression données.
Il fournira donc des indications erronées pour des altitudes et des températures
différentes à celles de l'étalonnage. Il faut retenir que la Vz lue est supérieure à la
Vz réelle quand l'altitude augmente.
 Erreur de rapidité : l'indication se fait avec un certain retard, du fait du principe de
fonctionnement. Il faudra attendre quelques secondes (environ 5) pour que l'aiguille
de l'instrument fournisse une indication valable. Ce retard sera d'autant plus grand
que l'altitude sera élevée.
41/101

Chapitre IV : Le compas magnétique
-> Présentation du compas magnétique
-> Composition du compas à flotteur
-> Les erreurs du compas à flotteur
-> Les autres modèles de compas
Instruments & GMP

LE COMPAS MAGNÉTIQUE : Présentation (1/4)
Instruments & GMP
 Le système mobile baigne dans un liquide (incongelable et non
corrosif à base d'hydrocarbure : kérosène blanc ou white-spirit ...)
qui amortit les oscillations et compense (via la poussée d’Archimède)
la composante verticale du champ magnétique terrestre (pour
maintenir la rose la plus horizontale possible).
 Les indications de cap sont affichés en dizaine de degrés.
 Cet instrument est perturbé par les masses métalliques proches. Les
compensations ne peuvent pas toujours être corrigées. Dans ce cas,
elles sont reportées sur la tableau de déviation en dessous de
l’instrument.
 Le compas mesure l’orientation de l’avion par rapport au Nord
magnétique.
Compas magnétique
(flotteur)
 Le compas est difficilement exploitable en vol (Il ne sert qu’à recaler le conservateur de cap) car ses indications sont
erronées lors de certaines phases du vol. Chaque mouvement (accélération, décélération, turbulence, virages) entraîne
l’ensemble mobile par inertie ce qui écarte l’alignement de l’aimant avec le Nord magnétique.
 Une graduation de 0 à 360 degrés tourne devant une ligne de foi
figurant l'axe de l'aérodyne, ce qui permet au pilote de savoir le cap
magnétique suivi.
 Le compas est composé d’une rose des caps mobile associée à un
barreau aimanté aligné sur l’axe Nord/Sud de la rose. On trouve
plusieurs types de compas.
Compas magnétique
(cadran vertical)
Compas gyromagnétique
(vanne de flux)
43/101

LE COMPAS MAGNÉTIQUE : Composition du compas à flotteur (2/4)
Instruments & GMP
 Des barreaux aimantés servent d'éléments sensibles à la composante du champ magnétique terrestre. La position des barreaux
aimantés induit un centre de gravité de la partie mobile en-dessous du pivot, l'action du poids et de la poussée d'Archimède
diminuent l'effet de la composante du champ magnétique terrestre ;
 Un flotteur, sur lequel sont fixés les barreaux aimantés sert à
diminuer les frottements sur le pivot ;
 Un pivot par l'intermédiaire d'un palier en rubis repose sur une
crapaudine ;
 Une rose des caps en métal léger, solidaire du flotteur est graduée
de 0 à 360 degrés ;
 La partie liquide (qui a 3 fonctions : amortir les oscillations de la partie
mobile, lubrifier le pivot et alléger le poids de la partie mobile) ;
 La partie mobile du compas est composée de 4 éléments :
 Une chambre d'expansion dans laquelle une membrane et un soufflet
permettent de compenser les dilatations du liquide dues aux variations
de températures ;
 Une fenêtre permettant la lecture de la rose des caps ;
 Une ligne de foi quelque fois réglable servant d'index ;
 Un système de compensation pour diminuer la déviation du compas. La compensation d'un compas n'est jamais parfaite. Il existe
toujours des petites erreurs entre le cap indiqué par le compas et le cap magnétique réel. Ces erreurs sont reportées, après chaque
compensation, dans un tableau ;
 Un boîtier contenant la partie étanche, le dispositif de compensation et l'éclairage de la rose.
44/101

LE COMPAS MAGNÉTIQUE : L’erreur du Nord du compas à flotteur (3/4)
Instruments & GMP
 L’erreur de Nord : Lors d'un virage , la rose des
caps soumise à la pesanteur s'incline comme
l'avion et son plan est perpendiculaire à la
verticale apparente.
 La partie mobile s'oriente alors suivant la
direction de la projection du champ
magnétique terrestre sur le plan de la rose
(Nord rose). Comme le cap est un angle défini
sur le plan horizontal, le nord indiqué par le
compas NC sera défini comme étant la
projection dans le plan horizontal du Nord
rose.
 CMT : Champ magnétique terrestre
 NM : Nord magnétique
 NR : Nord de la rose projection du champ magnétique sur le plan de la rose
 NC : Nord compas projection du Nord rose sur le plan horizontal
 CM : Cap magnétique (Angle entre la ligne de et le Nord magnétique)
 ∆N : Angle entre le Nord compas et le Nord magnétique
 IM : Inclinaison magnétique (Angle entre le Nord magnétique et le champ magnétique terrestre)
45/101

LE COMPAS MAGNÉTIQUE : Les autres erreurs du compas à flotteur (3/4)
Instruments & GMP
 Au cap Est, si l'avion accélère l'inertie de la masse fait pivoter le flotteur
vers le Nord.
 Les erreurs dues aux accélérations et décélérations :
 Les erreurs en virages :
 Lors d’un virage à partir d’un cap Nord : le compas retarde.
 Lors d’un virage à partir d’un cap Sud : le compas devance..
 Lors d'un virage, pour s'arrêter face au Nord, il ne faut JAMAIS voir le Nord.
 Lors d'un virage, pour s'arrêter au face au Sud, il faut TOUJOURS voir le
Sud.
 La valeur de l'erreur variera en fonction de l'inclinaison donc de la rose.
 La terre étant ronde, les champs magnétiques suivent cette rotondité. Donc
la rose d'un compas sans mouvement ne devrait pas être horizontale mais
légèrement penchée. Pour compenser un lestage est ajouté et induit des
erreurs de lecture si le mouvement n'est pas uniforme.
 Lorsque l'avion vole à une vitesse constante au cap Est ou Ouest, le flotteur
est horizontal (les effets de l'inclinaison magnétique et le poids étant quasi
égaux).
 Au cap Est, si l'avion décélère, l'inertie de la masse provoque une rotation
le flotteur vers le Sud.
 Au cap Ouest, si l'avion accélère l'inertie de la masse fait pivoter le flotteur
vers le Nord.
 Au cap Ouest, si l'avion décélère, l'inertie de la masse provoque une
rotation le flotteur vers le Sud.
 L'erreur est nulle lorsque l'avion est stabilisé au Nord ou au Sud.
46/101

LE COMPAS MAGNÉTIQUE : Les autres erreurs du compas à flotteur (3/4)
Instruments & GMP
 Erreur liée à la rapidité : Le temps de réponse d'un compas est de
plusieurs secondes du fait des oscillations de la rose sur son pivot
et de son balancement dans le plan transversal.
 Erreur liée au parallaxe : Le décalage de la ligne de foi du compas
par rapport à l'axe visuel du pilote introduit une erreur de
parallaxe. Plus la ligne de foi est éloignée de la rose, plus l’erreur
sera importante.
 Erreur liée à la déclinaison : L’angle compris entre le Nord
géographique et le Nord magnétique est appelé déclinaison. Cette
valeur n'est pas constante (elle varie avec le lieu). Elle est portée
sur les cartes utilisées pour la navigation aérienne sous forme de
lignes isogones.
 Erreur liée à la proximité d’objets magnétiques : La présence
d'objets magnétiques à bords va provoquer un champ
perturbateur qui faussera les indications du compas (Casque
caméra, tablette, téléphone, GPS,…).
47/101

LE COMPAS MAGNÉTIQUE : Les autres modèles (4/4)
Instruments & GMP
 Conçu comme un directionnel, sa rose tourne devant une silhouette d'avion fixe dont la pointe
avant sert de ligne de foi, ce qui permet d'éliminer un certain nombre d'erreurs et de confusions
de caps.
 Le compas à cadran vertical est un nouveau type de compas de conception plus récente. Cette
boussole à "sec" ne comporte ni flotteur ni liquide.
 L'avantage réside dans la suppression des fuites du fluide.
 Un équipage mobile monté sur pivot fait tourner la rose par l'intermédiaire d'un jeu d'engrenages.
 Les oscillations sont amorties par courants de Foucault.
 Cet instrument ne nécessite pas d'alimentation électrique pour fonctionner (hormis pour
l'éclairage en vol de nuit).
 Le compas gyromagnétique est un compas dont le conservateur de cap est recalé sur une
référence donnée par un détecteur à induction.
 Il fournit une indication de cap précise et une référence de cap à conserver.
 Il se compose d'un détecteur de champ magnétique (vanne de flux), d'un asservissement
d'azimut, d'un amplificateur et d'un gyroscope directionnel.
 Lors de la mise en virage le directionnel provoque une erreur d'affichage du cap qui est d'environ
5°, pour des inclinaisons de 30°. Durant les virages la vanne de flux étant suspendue
perpendiculairement, le compas présente une erreur de changement de Nord. La vitesse de
l'asservissement en azimut doit donc être limitée pour éviter la prise en compte trop rapide de
cette erreur par le directionnel. La vitesse résulte donc d'un compromis de l'ordre de 2 à 4 degrés
par minute.
48/101

Chapitre V : Le conservateur de cap
-> Présentation
-> Schéma
-> Principe de fonctionnement
-> Systèmes érecteurs
-> Recalage du conservateur de cap
Instruments & GMP

LE CONSERVATEUR DE CAP : Présentation (1/5)
Instruments & GMP
 Un mécanisme permet de transformer les déplacements autour de l'axe vertical en
une rotation sur l'axe horizontal qui supporte la rose.
 Avec une rose fixe : l’aiguille indique le cap
 Avec une rose entraînée : une maquette fixe représente une silhouette d'avion
qui sert de ligne de foi.
 Un bouton (en bas à gauche) permet de régler le conservateur et parfois un
bouton (en bas à droite) permet de déplacer un repère (« pinnule ») pour
sélectionner un cap à mémoriser/maintenir.
 Le conservateur de cap (également appelé « directionnel »), à l’aide du gyroscope,
donne une information de cap. La lecture du cap se fait sur une « rose des caps »
solidaire de l’axe du gyroscope, grâce à une ligne de foi (flèche ou avion).
 Son inertie est suffisante pour ne pas subir les perturbations et accélérations
parasites affectant le compas magnétique, ce qui permet une tenue de cap précise.
 L’alimentation peut être :
 pneumatique (dans ce cas, à l’instar de l'horizon artificiel, le rotor du gyroscope est constitué d'une
turbine à air et la vitesse de rotation du rotor du gyroscope est de l'ordre de 10 000 tours/min à 15
000 tours/min )
 ou électrique (et dans ce cas à l’instar de certains horizons artificiels le rotor du gyroscope est
constitué par un moteur asynchrone triphasé en 26 volts/400 Hz ou en 115 volts/400 Hz).
50/101

LE CONSERVATEUR DE CAP : Schéma (2/5)
Instruments & GMP
51/101

LE CONSERVATEUR DE CAP : Principe de fonctionnement (3/5)
Instruments & GMP
 Le cadre intérieur (horizontal) supporte le rotor du
gyroscope.
 Le conservateur de cap se compose d'un gyroscope à deux
cadres et à axe horizontal suspendu à la cardan. La direction
de son axe est quelconque sans référence initiale, il faudra
donc lui fournir une origine par recalage manuel ou
automatique sur une référence choisie.
 Le cadre extérieur (vertical) est solidaire d'une rose de cap,
directement ou via des engrenages.
 Un système érecteur maintient les deux cadres
perpendiculaires l'un par rapport à l'autre.
 Un bouton de sélection faisant pivoter l'ensemble permet le recalage du cap désiré.
 L'ensemble est contenu dans un boitier comportant une fenêtre avec une ligne de foi (ancien
système) ou une silhouette d'avion dont la pointe sert de ligne de foi (système plus récent).
52/101

LE CONSERVATEUR DE CAP : Les systèmes érecteurs (4/5)
Instruments & GMP
 Le but du système érecteur est de maintenir l'axe du gyroscope horizontal. Ce principe sera réalisé en maintenant en
permanence les deux cadres perpendiculaires l'un par rapport à l'autre à long terme (vitesse d'érection faible). Le système
érecteur peut être pneumatique ou électrique (en fonction de l’alimentation du gyroscope).
 L'axe du gyroscope s'écarte en permanence de la verticale locale à cause de la rotation terrestre, du déplacement de
l’avion, des imperfections mécaniques et des inclinaisons de l’avion. La dérive gyroscopique peut atteindre 10° en 15
minutes, d’où la nécessité de recaler régulièrement le directionnel.
 Système érecteur pneumatique : le rotor du gyroscope est constitué d'une turbine alimentée par un jet
d'air sortant d'une tuyère solidaire du cadre vertical (extérieur). Ce jet provoque une force sur le rotor
lorsque les deux cadres sont perpendiculaires.
 Système érecteur électrique : un dispositif formé de deux demi-disques
isolés entre eux électriquement et solidaires du cadre intérieur (cadre
horizontal) détecte la non perpendicularité des deux cadres. Un curseur
solidaire du cadre vertical fournit l'alimentation à un moteur-couple à
deux enroulements permettant ainsi au moteur de tourner dans les deux
sens.
 Système érecteur à niveau : sur certains directionnels un niveau à goutte
de mercure solidaire du cadre intérieur et parallèle à l'axe du rotor,
détecte l'erreur et permet par l'intermédiaire d'électrodes l'alimentation
d'un moteur-couple pouvant tourner dans les deux sens.
53/101

LE CONSERVATEUR DE CAP : Recalage du conservateur (5/5)
Instruments & GMP
 Exploité dans l’hémisphère Nord, un gyroscope va précessionner en vous dirigeant à droite de la route à suivre.
Exploité dans l’hémisphère Sud, un gyroscope va précessionner en vous dirigeant à gauche de la route à suivre.
 Vu que la précession est fonction du sinus de la latitude, la
précession est maximale aux pôles et nulle à l’équateur. En
conséquence, si le gyroscope est situé sur un méridien, même
bien calé sur le Nord magnétique au début, il n’indiquera plus
exactement le Nord magnétique au bout de 15 minutes.
 Au bout d’un certain temps, le gyroscope perd sa référence
d’orientation à cause des frottements et de la précession, ce qui
implique de recaler le conservateur de cap.
 Le pilote doit vérifier le bon fonctionnement du gyroscope après
la mise en route, lors du roulage via la taxi-check (lors des
virages), au point d’attente, ainsi qu’à l’alignement.
 La précession est due à la rotation de la Terre. La rotation de la
Terre étant de 15° par heure. En France, la latitude est comprise
entre environ 42°N et 51°N. On peut donc estimer une précession
d’environ 11°/ heure en moyenne (15 x sin 46,5° de latitude
moyenne = 10,8).
T0
T0
T0
T1
T1
T1
54/101

Chapitre VI : L’horizon artificiel
-> Présentation
-> Schéma
-> Principe de fonctionnement
-> Les systèmes érecteurs
-> Les erreurs de l’horizon artificiel
-> Lecture de l’instrument
Instruments & GMP

L’HORIZON ARTIFICIEL : Présentation (1/6)
Instruments & GMP
 En utilisant les références de l'axe du gyroscope (dont la direction reste
fixe tandis que le boîtier solidaire du tableau de bord suit les
mouvements de l'avion), l'horizon artificiel fournit simultanément des
informations d'assiette et d'inclinaison.
 L’instrument permet le vol sans repère visuel extérieur (vol de nuit et vol
sans visibilité) en restituant la position de l’horizon naturel lorsque celui-ci
n’est plus visible.
 Il existe plusieurs modèles :
 horizon artificiel à sphère mobile (pneumatique, électrique) ;
 horizon artificiel à cylindre mobile (tambour) ;
 horizon artificiel avec une bille intégrée au bas de la maquette ;
 horizon artificiel de type EFIS ;
 L'instrument est constitué d'une couronne fixe, d'un disque ou d'un tambour sur
lequel figurent la ligne d'horizon, le ciel (en bleu), la Terre (en marron ou noir)
associée à l'axe du gyroscope et d'une maquette.
 La maquette, qui représente l'avion, est solidaire du boîtier (donc de l'avion).
 Une molette permet d'aligner le cône d'hélice sur l'horizon pour tenir compte de la
hauteur de l'oeil du pilote.
56/101

Instruments & GMP
L’HORIZON ARTIFICIEL : Schéma (2/6)
57/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Principe de fonctionnement (3/6)
Instruments & GMP
 Il faut que quelque chose reste fixe par rapport à la Terre pour indiquer l’inclinaison et l’assiette de l’avion : un
peu comme une boussole qui indique toujours le nord. C’est pour ça qu’on utilise donc un gyroscope.
La maquette centrale
représente l’avion : elle est
fixe
Le disque intérieur, gradué
en degré, permet de
déterminer la valeur de
l’assiette
La couronne supérieure
porte, de part et d'autre du
repère origine, trois repères
principaux à 30°, 60° et 90°°
permettant de mesurer
l’inclinaison
La molette permet de régler
la hauteur de la maquette
 Lors d’un mouvement de l’avion, l’ensemble de l’instrument (avion/boîtier/maquette) qui se déplace autour du
disque.
58/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Principe de fonctionnement (3/6)
Instruments & GMP
 Un deuxième cadre (cadre extérieur) à axe de rotation dirigé suivant
l'axe de roulis. L'ensemble est associé à une référence pendulaire,
qui transmet par l'intermédiaire d'un dispositif cinématique à une
barre, à une sphère ou à un cylindre représentant le plan horizontal,
la position relative de l'axe du gyroscope par rapport aux axes de
l'avion.
 Axes
 Cadre intérieur : axe de tangage
 Cadre extérieur : axe de roulis
 L'horizon artificiel se compose d'un gyroscope à axe vertical monté
à la cardan dans un carter faisant office de cadre intérieur, à axe de
rotation dirigé suivant l'axe de tangage de l'aérodyne.
 Si l'avion est cabré, le cadre intérieur étant solidaire du gyroscope, il
reste fixe vertical. Le cadre extérieur solidaire de l'axe de roulis a la
même assiette que l'avion. L'angle entre les 2 cadres est
représentatif de l'assiette de l'avion.
 Si l'avion s'incline, l'ensemble des 2 cadres reste fixe dans l'espace
par rapport à la maquette liée à l'avion. L'avion lui est incliné et
semble tourner autour de l'horizon. En mesurant l'angle entre le
cadre extérieur et l'avion on obtient alors l'inclinaison .
59/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Le système érecteur pneumatique (4/6)
Instruments & GMP
 Un système érecteur permet le recalage de l'axe du gyroscope suivant la verticale
détectée par le système pendulaire.
 La vitesse d'érection d'un gyroscope est la vitesse de précession ou vitesse de
redressement de l'axe du gyroscope lors d'un écart entre la verticale de cet axe et
la verticale pendulaire. Elle ne doit pas être trop importante pour éviter les erreurs
dues aux accélérations parasites, notamment en virage (La vitesse est d'environ de
2 à 4° par minute).
 Tous les systèmes érecteurs sont composés :
 d'une référence pendulaire,
 d'une référence gyroscopique,
 d'un système détecteur d'erreur,
 d'un dispositif créant une force correctrice.
 Dans le système érecteur pneumatique, le rotor du gyroscope alimenté
pneumatiquement est placé dans un carter qui fait office de cadre intérieur. Celui-
ci est prolongé par une partie inférieure creuse, comportant quatre faces planes sur
lesquelles sont suspendus des volets pendulaires s'orientant suivant la verticale.
Ces volets constituent la référence pendulaire.
 Si l'axe du gyroscope est vertical, les volets soumis à la pesanteur viennent obturer de moitié les quatre orifices. Dans le cas ou l'axe du gyroscope n'est
plus vertical, les volets obtureront plus ou moins les quatre orifices, créant ainsi le dispositif correcteur. Suivant l'écart de l'axe du gyroscope par rapport
à la verticale pendulaire les volets vont plus ou moins obturer ou dégager les orifices de sortie de l'air.
 C'est donc l'échappement de l'air par ces orifices qui provoque une résultante aérodynamique sur le carter du gyroscope. Cette résultante va créer un
mouvement de précession qui redressera le carter donc le gyroscope.
 Chaque face plane est pourvue d'un orifice par lequel s'échappe l'air qui a actionné
le rotor du gyroscope. Ces orifices constituent la référence gyroscopique.
60/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Le système érecteur par gravité (4/6)
Instruments & GMP
 Dans le système érecteur par gravité : un plateau tourne à très
faible vitesse (environ 20 tr/mn). Sur ce plateau 3 billes sur un
chemin de roulement sont entraînées par 3 taquets. L'ensemble est
perpendiculaire à l'axe du gyroscope.
 Lorsque l'axe du gyroscope correspond à la verticale réelle ou
apparente, les 3 billes poussées par les taquets roulent à une
vitesse uniforme.
 Lorsque le pendule ne détecte plus d'accélération la bille est libérée.
 Si l'axe du gyroscope fait un angle avec la verticale réelle ou
apparente, le plateau étant incliné les 3 billes n'ont plus leur vitesse
uniforme.
 la bille 1 reste en contact avec son taquet durant la montée
 la bille 2 quitte son taquet roule dans la descente et vient se
bloquer contre le taquet 3
 la bille 3 ayant roulé reste au point le bas jusqu'à ce que le
taquet 3 la rejoigne pour la remonter.
 Pour les accélérations parasites (décollage ou atterrissage), l'effet
érecteur est neutralisé par un taquet empêchant la bille de
descendre.
61/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Le système érecteur électrique (4/6)
Instruments & GMP
 Dans le système érecteur électrique : le
fonctionnement repose sur deux niveaux en verre
à goutte de mercure.
 Chaque niveau commande un moteur-couple, qui
crée la force corrective pour recaler l'axe du
gyroscope suivant la verticale pendulaire.
 Chaque goutte de mercure soumise à la
pesanteur se déplace dans le tube en verre, dont
chaque extrémité comporte un contact électrique.
 Lorsque l'axe du gyroscope fait un angle avec la
verticale apparente, la goutte rentre en contact
avec une électrode permettant ainsi l'alimentation
d'un moteur électrique.
62/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Les erreurs de l’horizon artificiel (5/6)
Instruments & GMP
 Par principe les systèmes érecteurs sont basés sur la mesure de la verticale
apparente et sont dimensionnés pour corriger les précessions
astronomiques, de déplacement et instrumentales.
 Pour y remédier le système érecteur se coupe pendant les accélérations :
 longitudinales (lorsqu’elles sont supérieures à 0,2 g)
 à partir d'un certaine inclinaison, ou à partir d'un certain taux de virage
(cinq degrés/secondes).
 Mais lors d’accélérations assez longues (30 secondes à 2 minutes) lors
d’un virage, d’un décollage ou d’un atterrissage, le système pendulaire
indique la direction de la verticale apparente, et le système érecteur aligne
l'axe du gyroscope sur cette verticale apparente et non sur la verticale
terrestre.
63/101

L’HORIZON ARTIFICIEL : Lecture de l’instrument (6/6)
 Inclinaison : 30°
 Virage : gauche
 Assiette : -10°
 Avion en descente
 Vol rectiligne
 Virage : droite
 Virage : gauche
 Assiette : +05°
 Avion en montée
 Vol rectiligne
Instruments & GMP

L’HORIZON ARTIFICIEL : Lecture de l’instrument (6/6)
 Inclinaison : 30 °
 Virage : droite
 Virage : gauche
 Assiette : 0°
 Avion en palier
 Vol rectiligne
 Assiette : 0°
 Avion en palier
 Virage : droite
 Assiette : 0°
 Avion en palier
Instruments & GMP

Chapitre VII : La bille aiguille
-> La bille
-> L’aiguille
-> Schéma
-> Les éléments de la bille
-> Le vol symétrique
-> L’interprétation de la bille
-> Les éléments de l’aiguille
Instruments & GMP

LA BILLE AIGUILLE : La bille (1/7)
Instruments & GMP
 Si la bille est à droite, on appuie sur le palonnier droit pour ramener la bille au centre.
 Si la bille est à gauche, on appuie sur le palonnier gauche pour ramener la bille au centre.
 La bille renseigne le pilote sur la symétrie du vol. Son principe repose sur les forces d’inertie
que subit un avion en virage.
 Ces deux instruments sont souvent réunis sur un seul et même cadran. L’indicateur de virage
prend souvent la forme d’une aiguille, d’où l’appellation de « bille-aiguille ». Il est alimenté de
manière pneumatique ou électrique.
 Tant que la bille reste centrée, l’écoulement de l’air est symétrique par rapport à l’axe
longitudinal du fuselage.
 Si la bille s’écarte de sa position centrale, l’avion est en dérapage et l’écoulement de l’air n’est
plus symétrique. La symétrie se contrôle avec la gouverne de direction, actionnée par les
palonniers. Il faut pousser le palonnier du côté vers lequel s’écarte la bille : « le pied chasse la
bille ».
 Pendant le roulage au sol, il faut vérifier le bon fonctionnement de l'aiguille et de la bille :
 Lors d'un virage vers la gauche : l'aiguille doit être à gauche et la bille à droite
 Lors d'un virage vers la droite : l'aiguille doit être à droite et la bille à gauche
 De part sa masse, la bille est constamment soumise aux forces résultantes des accélérations
subies par l'avion dans le plan transversal. Le tube étant lié à l'avion, la bille agissant comme
un pendule indiquera la direction de la résultante de ces forces, c'est à dire la direction de la
verticale apparente.
 Le tube étant incurvé, tant que la verticale apparente est perpendiculaire au plan de symétrie
des ailes, la bille restera au centre du tube, le vol est alors symétrique.
Si la verticale apparente n'est plus perpendiculaire au plan de symétrie des ailes, la bille se
déplacera du côté de la verticale apparente.
67/101

Instruments & GMP
LA BILLE AIGUILLE : Schéma (3/7)
68/101

LA BILLE AIGUILLE : Les éléments de la bille (4/7)
Instruments & GMP
 A l'une des extrémités du tube, un
vase d'expansion permet la dilatation
du liquide.
 Deux repères verticaux distants du
diamètre de la bille sont gravés sur le
verre.
 Une bille située dans un tube en
verre incurvé et baignant dans un
liquide amortisseur est soumise aux
forces des accélérations subies dans
le plan transversal.
 Pour que le virage soit symétrique, le poids apparent doit être dirigé selon l'axe de lacet
de l'avion.
69/101

LA BILLE AIGUILLE : L’interprétation de la bille (5/7)
Instruments & GMP
L'avion est en palier, en vol symétrique, la
portance et le poids sont alignés.
La bille est au milieu.
L'avion est en virage à gauche, la direction
du poids apparent est confondue avec celle
de l'axe de lacet de l'avion, on dit que le
virage est symétrique.
La bille reste au milieu.
Le poids apparent n'est pas dirigé suivant
l'axe de lacet. La force centrifuge est trop
forte. La bille part à l'extérieur du virage. Le
virage est dérapé extérieur.
Le poids apparent n'est pas porté par l'axe
de lacet, la force centrifuge est trop faible.
La bille est à l'intérieur du virage.
Le virage est glissé intérieur.
L'avion est en vol rectiligne incliné. Il n'y a
pas de force centrifuge, la bille "tombe" du
coté de l'aile basse.
L'avion effectue un virage à plat. La bille
part à l'extérieur du virage.
70/101

LA BILLE AIGUILLE : Le vol symétrique (6/7)
Instruments & GMP
Vol symétrique
Vent relatif Angle de dérapage
Vol dissymétrique
Partie de l’aile masquée
sur un avion à ailes basses
 Un avion est dit en vol symétrique lorsque son axe longitudinal est parallèle au flux d'air.
 Le vol est dissymétrique lorsque l'axe longitudinal n'est plus parallèle au flux d'air. On parle
également de vol en dérapage. L'axe concerné par le dérapage est l'axe de lacet.
71/101

LA BILLE AIGUILLE : L’aiguille (2/7)
Instruments & GMP
 Lors d’un virage au « taux 1 » aussi appelé « taux standard » (15 % VP), l’avion
tourne avec un taux de 03° / seconde :
 Un virage de 180° en 60 secondes
 Un virage de 360° en 120 secondes
 L’indicateur de virage :
 Détecte la vitesse de rotation autour
d’un axe vertical ;
 Mesure le taux et le sens du virage ;
 Contrôle la régularité du virage.
 Le taux de virage correspond à la vitesse à laquelle un avion change de cap
(nombre de degrés divisés par le temps en seconde).
72/101

LA BILLE AIGUILLE : Les éléments de l’aiguille (7/7)
Instruments & GMP
 Un ressort de rappel agissant sur le cadre.
 Un amortisseur constitué par un frein à air
permettant d'amortir les mouvements du cadre
(non visible sur ce schéma).
 Absence de système érecteur (Puisque la
position du gyroscope n'a pas besoin d'être
asservie à une référence).
 Un gyroscope à 1 cadre constituant l'élément sensible
à la vitesse de changement de cap de l'avion.
 Un cadre supportant le gyroscope dont l'axe est
dirigé suivant l'axe de roulis de l’avion.
 Un système retransmettant la rotation du cadre
à une aiguille.
 Une aiguille se déplaçant de gauche à droite et
de droite à gauche devant un repère de
référence placé sur un écran.
Palier stable
Virage à droite
73/101

Chapitre VIII : Les EFIS
-> Le PFD
-> Le MFD
Instruments & GMP

LES EFIS : Présentation (1/2)
Instruments & GMP
 Les instruments traditionnels à cadrans et aiguilles
sont progressivement remplacés par des écrans
appelés EFIS (Electronic Flight Instruments System).
Garmin
 L’avantage réside dans le grand nombre
d’informations affichées sur un seul et même écran
LCD.
Avidyne
 On appelle PFD (Primary Flight Display) l’écran (à
gauche) affichant les informations primaires utiles au
pilotage. Les capteurs associés au PFD forment un
AHRS (Attitude and Heading Reference System)
auquel s’ajoute un ADC (Air Data Computer).
 On appelle MFD (Multi Function Displays) l’écran
additionnel (à droite) affichant les informations
complémentaires (Paramètres moteur, carburant,
systèmes électriques, …). L’EFIS qui affiche les
données issues du moteur s’appelle EMS (Engine
Monitoring System) auquel s’ajoute parfois un ND
(Navigation Display).
75/101

LES EFIS : Écran du PFD (2/3)
Instruments & GMP
76/101

LES EFIS : Écran du MFD (3/3)
Instruments & GMP
77/101

Chapitre IX : Le groupe Motopropulseur
-> Les différents types de moteur
-> La position des cylindres
-> Le moteur piston à 4 temps
-> Détail des éléments du piston à 4 temps
-> Les 4 temps
-> Explication en vidéo
-> L’hélice
-> Le circuit carburant
-> La combustion
-> L’avitaillement
-> L’allumage
-> La carburation
-> L’injection
-> Les moteurs turbocompressés
-> Le refroidissement
-> La lubrification
-> La conduite du moteur
Instruments & GMP

LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : Les différents types (1/17)
Instruments & GMP
 Dans les moteurs thermiques, en aviation, il existe deux grandes familles
de moteurs : les moteurs à piston et les moteurs à réaction.
 L’aviation a commencé avec des moteurs à piston rotatifs comme le Gnome
OMEGA en 1909.
 Dans la catégorie des moteurs à réaction, on trouve :
 Les turboréacteurs font leur apparition au début des
années 50. A l’origine, ils sont à simple flux, mais la
plupart sont désormais à double flux ce qui offre un
meilleur rendement propulsif. Leurs caractéristiques
diffèrent en fonction de leur utilisation (Par exemple les
avions de combat ou le Concorde avec la technologie de
la postcombustion développée dans les années 60).
 Les turbopropulseurs qui font leur apparition en 1945.
À l’instar des moteurs à piston ils sont équipés d’une
hélice. On les retrouve aujourd’hui sur l’Airbus A400M
ou les ATR. Ils utilisent la technologie du turboreacteur
générateur de puissance pour entrainer une hélice mais
sont limités en terme de poussée.
79/101

LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : La position des cylindres (2/17)
Instruments & GMP
 Un moteur en ligne est un moteur à combustion interne dans lequel les pistons se déplacent dans un même
plan vertical. Les cylindres sont placés les uns à côté des autres. Le moteur en ligne droite a disparu en
aviation vers 1930 pour faire place au moteur en ligne inversé. Cette disposition à l'avantage d'améliorer la
visibilité du pilote vers l'avant car les moteurs droits devaient être disposés suffisamment hauts pour que
l'hélice placée en bas ne touche pas le sol.
 Un moteur à plat est un moteur à combustion interne dans lequel les pistons se déplacent dans un même
plan, généralement horizontal. Les cylindres sont toujours en nombre pair et sont disposés de chaque côté du
vilebrequin. Actuellement la plupart des avions sont équipés de moteur à plat. C’est le moteur le plus récent
(Continental, Lycoming,…).
 Un moteur en forme V est un moteur à combustion interne dans lequel les pistons se déplacent dans un
même plan presque vertical. Les cylindres sont placés les uns à côté des autres longitudinalement mais
décalés d'un certain angle (15° à 135°) latéralement, ce qui permet de les placer plus près les uns des autres,
les têtes de cylindre s'intercalant les unes avec les autres.
 Un moteur en étoile est un type de moteur à pistons dont les cylindres sont placés sur un même plan autour
du vilebrequin et axe de sortie moteur. Le nombre de cylindres qui composent une rangée peut être de 3, 5, 7
ou 9. Certains moteurs « double étoile » ont 2 rangées de 7 ou 9 cylindres disposés radialement autour du
carter, l'un devant l'autre. Il existe aussi des moteurs en étoile à 4 rangées de cylindres avec 7 cylindres dans
chaque rangée soit 28 cylindres. Le nombre de cylindres par rangée est impair pour des raisons d'équilibrage
et de régularité cyclique et éviter les vibrations dues aux asymétries de poussée des bielles.
80/101

LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : Le moteur piston à 4 temps (3/17)
Instruments & GMP
 Un moteur à plat est un moteur à
combustion interne dans lequel les
pistons se déplacent dans un même
plan, généralement horizontal. Les
cylindres, toujours en nombre pair, sont
disposés de part et d'autre du
vilebrequin.
 Les éléments de base d’un moteur à plat :
 Le carter moteur (crankcase)
 Le vilebrequin (crankshaft)
 Les bielles (connecting rod)
 L'arbre à came (camshaft)
 Les cylindres (cylinder)
 Les pistons (piston)
 Les soupapes d’admission et d’échappement (intake valve et exhaust valve)
 Mécanisme de commande des soupapes (valve operating mecanism)
81/101

LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : Détail des éléments (4/17)
Instruments & GMP
 Le carter est constitué de deux éléments en alliage léger
assemblés suivant le plan vertical médian du moteur. Les
deux demi-carters sont réunis par des boulons et des
écrous sur le pourtour des carters. Le carter fourni une
enceinte étanche pour l'huile de lubrification et supporte
divers mécanismes externes (démarreur, magnétos etc...) et
internes (paliers du vilebrequin) du moteur. Il fournit
également un soutien pour la fixation de l'ensemble des
cylindres.
 Le vilebrequin est l'épine dorsale du moteur à piston. Il est
soumis à la majeure partie des forces développées par le
moteur. Son but est de transformer le mouvement alternatif
du piston en mouvement rotatif par l’intermédiaire de la
bielle. Il doit être parfaitement équilibré pour éviter toutes
vibrations qui entraîneraient des défaillances des structures
métalliques. Le vilebrequin généralement en acier forgé,
peut être d'une seule ou plusieurs pièces.
 Les bielles transforment le mouvement alternatif rectiligne
du piston en un mouvement rotatif quasi continu du
vilebrequin. Les bielles comportent deux alésages
circulaires, l'un de petit diamètre, appelé pied de bielle, et
l'autre de grand diamètre, appelé tête de bielle. Les bielles
et leur chapeau sont faits à partir d'une seule pièce en acier
forgé.
82/101

Instruments & GMP
 Chaque cylindre est un ensemble de deux grandes parties
: la tête de cylindre et le fût du cylindre.
 Le fût du cylindre est un élément central du moteur
dans lequel se déplace le piston. Il est doté d’ailettes
dont le but est d’assurer le refroidissement par l’air
externe.
 La partie supérieure est fermée par la tête de cylindre
nommée culasse. Elle contient les soupapes, les
chambres d’admission et d’échappement et les trous
de fixation des bougies. La culasse fournit un lieu
pour la combustion du mélange air/carburant et
donne au cylindre plus de conductivité thermique
pour un refroidissement adéquat. La culasse est
généralement en un alliage d'aluminium.
 À l'intérieur de chaque cylindre on trouve :
 un piston relié au vilebrequin par une bielle ;
 la soupape d’admission ;
 la soupape d’échappement ;
 les bougies.
83/101

Instruments & GMP
 L'arbre à cames est actuellement fabriqué en
acier forgé. Un arbre à cames synchronise
plusieurs déplacements et transforme le
mouvement de rotation continu de l'arbre en un
mouvement de translation alterné. Dans les
moteurs quatre temps à combustion interne, le
cycle complet de combustion nécessite deux
tours de vilebrequin pour un tour de l'arbre à
cames.
 Les soupapes d'admission sont ouvertes juste
avant que le piston atteigne le point mort haut,
et les soupapes d'échappement restent ouvertes
après le point mort haut. A un instant donné, par
conséquent, les deux soupapes sont ouvertes en
même temps (fin de la course d'échappement et
au début de la course d'admission). Ce calage
des soupapes est commandé par un mécanisme.
84/101

LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : Les 4 temps (5/17)
Instruments & GMP
 Un moteur à quatre temps transforme l'énergie chimique du mélange carburé en énergie
mécanique en deux allers/retours de piston.
 Temps 1 « Admission » : Le piston est au point mort haut, la soupape d'échappement est
fermée et le volume compris entre le piston et le fond du cylindre est occupé par des gaz brûlés
provenant de combustions antérieures. La soupape d'admission s'ouvre pour établir la
communication entre le carburateur et le cylindre. Tiré vers le bas par le vilebrequin, le piston
descend et aspire un nouveau mélange air/carburant provenant du carburateur. Au point mort
bas (prés de la fin de course du piston), la soupape d'admission se ferme par un mécanisme
liant la soupape au vilebrequin.
Admission
 Temps 2 « Compression » : La course de compression commence lorsque la soupape
d'admission se ferme et que le piston sous l'action du vilebrequin commence à se déplacer vers
le haut du cylindre, comprimant le mélange dans un espace réduit appelé chambre de
combustion situé en haut du cylindre.
Compression
 Temps 3 « Explosion » : Le mélange est mis à feu par une bougie dont l'alimentation par haute
tension électrique se fait par intervalles appropriés. Instantanément, le mélange commence à
brûler près de la bougie, et la flamme se propage très rapidement jusqu'à ce que le mélange
soit entièrement consumé. Cette combustion rapide provoque une énorme augmentation de la
pression dans le cylindre, et force le piston vers le bas loin de la tête de cylindre en créant une
force motrice qui fait tourner le vilebrequin. Lorsque le piston est proche du point bas de sa
course, la soupape d'échappement s'ouvre et laisse les gaz chauds s'échapper. Si la combustion
est correcte, tout le mélange brûle proprement, de façon continue.
Explosion Échappement
 Temps 4 « Échappement » : Lors du temps d'échappement, la quasi totalité des gaz brûlés est
rejetée par la remontée du piston vers la tête de cylindre. Juste avant que le piston atteigne le
point mort haut la soupape d'admission s'ouvre et la soupape d'échappement restent ouvertes
quelques instants après le point mort haut. Par conséquent, à un instant donné, les deux
soupapes sont ouvertes en même temps (fin de la course d'échappement et au début de la
course d'admission).
85/101

LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : Explication en vidéo (6/17)
Instruments & GMP
86/101

 L’hélice est constituée de deux pales profilées (parfois plus pour les
avions plus performants). La forme profilée de la pale aspire l’air en
avant (amont) et le repousse vers l’arrière (aval), d’où la propulsion
qui génère une vitesse horizontale.
LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : L’hélice (7/17)
Instruments & GMP
 Comme pour une aile, une pale d'hélice a un profil portant.
 Le profil d'une pale d'hélice est assez similaire au profil d'une aile
(avec un bord d'attaque, un bord de fuite, une corde de référence,
une épaisseur moyenne, une cambrure,…) et détermine à la fois les
performances d'une hélice, mais également sa résistance.
 Depuis quelques années, les constructeurs expérimentent des
« soufflantes non carénées ». Le moteur est équipé de deux hélices
contrarotatives (« à ciel ouvert ») sans carénage.
 Une pale d'hélice a un angle de calage qu'on appelle : le pas.
 Si l'angle d'attaque est trop important, il y a risque de décrochage
(l'angle d'attaque d'une pale d'hélice dépend du pas et de la vitesse
de l'avion).
 Si l'angle d'attaque est trop faible, la traction disparait.
87/101

 Le pas de l'hélice doit être judicieusement choisi, et tenir compte de la vitesse de vol. En tournant, les pales se déplacent selon la vitesse de rotation
(Vr). L'avion, lui, vole suivant la vitesse de déplacement (Vd). Par combinaison des vitesses lorsque l'avion est en vol, les pales se déplacent réellement
selon la résultante R.
Instruments & GMP
 Le vent relatif vient donc sur la pale suivant R, mais en sens inverse de la flèche (le vent relatif vient toujours en sens inverse du déplacement). Donc,
si le pas (l'angle de calage au départ) est représenté par β, l'angle d'attaque réel des pales est α.
Vd
Vr
R
β
α
Dans ce 3ème schéma, l'angle β
est nettement plus grand et Vd
est encore plus petit ; si bien que
l'angle α est, cette fois beaucoup
trop grand. Les pales vont
décrocher comme une aile à trop
grand angle d'attaque.
Vd
Vr
R
β
α
Dans ce 4ème schéma, le rapport
entre la valeur de β, et la vitesse
de vol (Vd) est de
nouveau conforme au bon
fonctionnement de l'hélice. β et
Vd sont grands.
Vd
Vr
R
Vd
Vr
β
α
Dans ce 1er schéma, Vd est trop
grand, ou β trop petit, mais
l'angle α est "en dessous" de R, et
tout se passe comme sur une aile
dont l'angle d'attaque serait
négatif (pas de portance, au
contraire).
R
β
α
Dans ce 2ème schéma, l'angle β
est le même que sur le premier
schéma, mais Vd est plus petit, si
bien que l'angle α est positif par
rapport à R, sans pour autant être
trop grand. C'est la situation
parfaite.
88/101

 Pour qu'une hélice fonctionne bien, il faut un bon rapport entre le pas et la vitesse. Ce bon rapport n'est pas un chiffre, c'est une fourchette entre 2
chiffres.
Instruments & GMP
 Il y a deux possibilités :
 Soit, une hélice à pas fixe, avec un pas, disons moyen, compatible avec une vitesse de vol
nulle (début du décollage), et optimisé pour une vitesse de croisière forcément limitée
puisque la fourchette de fonctionnement commence à 0 kts.
 Soit une hélice à pas variable adaptable à toute situation. Dans ce cas, le pilote augmente le
pas au fur et à mesure de l'augmentation de la vitesse de l'avion (et inversement), grâce à
une commande agissant sur un dispositif à engrenage logé dans le moyeu de l'hélice.
 Plus l'hélice tourne vite, plus elle "tire", et plus l'avion accélère. Il y a des limites. La première,
c'est la diminution de l'angle α avec la vitesse si le pas reste inchangé, donc, pour une hélice
à pas fixe.
 La 1ère limite, c'est la diminution de l'angle α avec la vitesse si le pas reste inchangé (pour
une hélice à pas fixe).
 La 2ème limite, c'est la vitesse en bout de pale qui ne peut pas devenir supersonique
(vibration, décollement de la couche limite, augmentation de la traînée).
 Pour corriger ces deux limitations, on a mis au point un système de variation de pas
automatique, réagissant, non pas en fonction de la vitesse de l'avion, mais en fonction du
régime moteur.
 Pour minimiser la traînée, il est préférable d'avoir un minimum de pale. Le nombre idéal de pales est donc le nombre minimum capable de transformer
toute la puissance du moteur en traction sans devoir tourner trop vite. Plus le moteur est puissant, plus il faut de pales pour utiliser toute cette
puissance en tournant à vitesse raisonnable.
 La vitesse en bout de pale est de : Vr (Vitesse de rotation) x 2 x π x R (Rayon de l’hélice)
 Pour une hélice de 2 mètres de diamètre, tournant à 2500 tours/min (41,6 tours par seconde), la vitesse en bout de pale est de :
 41,6 x 2 x π x 1 = 261,38 mètres / secondes (soit 522 kts soit 968 km/h … auquel il faudrait ajouter la composante de vitesse de l’avion).
89/101

 Pour les moteurs thermiques, la source d’énergie nécessaire à la propulsion est le carburant, mélangé à l’air atmosphérique. Le mélange est
hautement énergétique.
LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : Le circuit carburant (8/17)
Instruments & GMP
 En amont du moteur se trouve une pompe à essence mécanique,
entraînée par la rotation du moteur. Sur les avions à ailes hautes,
c’est la gravité qui amène l’essence à la pompe mécanique.
 Les tuyaux doivent traverser la cloison pare-feu et sont donc soumis
à des températures très élevées. Certains carburants peuvent
« bouillir » à une température de 50°. L’essence se vaporise alors
dans le tuyau, ce qui stoppe l’arrivée d’essence au moteur
(phénomène de « vapor lock »).
 On trouve également une pompe électrique (branchée sur le réseau
électrique de l’avion) qui envoie un « flot d’essence » (pour chasser
les éventuelles bulles de vapeur) et augmenter la pression dans le
tuyau (ce qui diminue également le risque d’ébullition).
 Des orifices de purge permettent de chasser l’eau de condensation et
les impuretés qui pourraient se trouver dans les points bas des
réservoirs.
 Le circuit carburant est aussi équipé d’un robinet (ou plusieurs)
permettant la commutation d’un réservoir à l’autre. Le même robinet
sert aussi à couper l’arrivée d’essence en cas d’incendie. Sur les
avions à ailes hautes on décolle et on atterrit sur la position « both ».
Sur les avions à ailes basses on décolle et on atterrit sur le réservoir
le plus plein.
 Pour que l’essence parvienne des réservoirs jusqu'au dispositif de mélange l’avion utilise des canalisations (qui doivent résister aux vibrations).
90/101

 Lorsqu’un mélange quasi homogène de carburant (essence) et de comburant (oxygène de l’air) est
chauffé à une certaine température il y a inflammation.
LE GROUPE MOTOPROPULSEUR : La combustion (9/17)
Instruments & GMP
 L’inflammation débute au niveau où la chaleur est apportée (au niveau des électrodes des bougies
d’allumage), puis (si la chaleur est suffisante) se diffuse aux parties avoisinantes du mélange gazeux qui
s’enflamme à son tour. La flamme se propage ensuite aux zones voisines.
 Pour que la flamme se propage, il faut que le mélange initial soit correctement dosé. Le pourcentage
d’air et d’essence doit être compris entre 2 limites.
 Il y a combustion, si la masse d’essence dans l’air (à la pression atmosphérique du niveau de la mer) est
comprise entre :
 1 gramme d’essence pour 20 grammes d’air (05 %) et 1 gramme d’essence pour 8 grammes d’air (12,5
%) ;
 Le dosage stœchiométrique (mélange chimiquement parfait) est de 1 gramme d’essence pour 15
grammes d’air (07 %).
 Dosage compris de 1/8 à 1/15 : le mélange est riche ;
 Dosage compris de 1/15 à 1/20 : le mélange est pauvre ;
 Dosage de 1/12,5 : la puissance est maximale ;
 Dosage de 1/15 : la température est maximale ;
 Dosage supérieur à 1/8 et inférieur à 1/20 : extinction.
 La commande de richesse doit donc être manœuvrée de manière lente et précautionneuse pour ne pas
aller trop loin et provoquer un abaissement brutal de la puissance !
 Les résidus de combustion créent des points chauds et des dépôts qui peuvent engendrer un mauvais
fonctionnement.
 Le mélange sera donc :
91/101

Cours PPL(A) : Les instruments et le groupe motopropulseur

Cours PPL(A) : Les instruments et le groupe motopropulseur

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Cours PPL(A) : Les instruments et le groupe motopropulseur

Semelhante a Cours PPL(A) : Les instruments et le groupe motopropulseur (16)

Mais de Softeam agency

Mais de Softeam agency (7)

Último

Último (18)

Cours PPL(A) : Les instruments et le groupe motopropulseur

Notas do Editor