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En faisant la différence entre la pression atmosphérique et la pression dynamique , l'anémomètre (dit également Badin) indique la vitesse de l’avion. C'est un manomètre différentiel.
Dans le tube de Pitot, et en fonction de la différence entre la pression dynamique et la pression atmosphérique, une capsule étanche se déforme. La déformation de cette capsule (due à la pression totale) est transmise à une aiguille qui se déplace devant le cadran de l'anémomètre où figurent des vitesses. Sur les avions modernes, l’électronique remplace ces éléments mécaniques.
La vitesse obtenue est une vitesse conventionnelle (Vc), c'est à dire qu'elle correspond à une pression de 1013,25 hPa et une température de 15 °C. Du fait des erreurs de mesure possibles, on fait une distinction entre la vitesse conventionnelle et la vitesse indiquée (Vi). En aviation légère on confond ces 2 vitesses car leurs valeurs sont très proches.
Différentes vitesses caractéristiques
La vitesse indiquée (Vi ou IAS Indicated Air Speed)
C'est la vitesse lue directement sur l'instrument. Elle n'est pas corrigée en fonction des variations de densité de l’atmosphère et de la température.
La vitesse conventionnelle (CAS Calibrated Air Speed)
Elle est obtenue à partir de la Vitesse indiquée, en tenant compte des erreurs de la sonde. Outre les erreurs dues aux instruments de mesure, les conditions de mesures sont à prendre en compte aussi. Par exemple, plus l’angle d’incidence est élevé, plus la vitesse lue sera erronée (la sonde n'est plus dans l'axe du vent).
La vitesse propre ou vitesse vraie (Vp ou TAS: True Air Speed)
C'est une vitesse corrigée. On peut obtenir la Vp ou TAS par la lecture du tableau des performances du manuel de vol de l'avion utilisé. La Vp correspond à la vitesse effective de l'avion dans l'air et dépend de la vitesse indiquée de l'aéronef (Vi) de l'altitude de vol et de la température.
Avec l’altitude, la pression statique diminue : la vitesse indiquée Vi devient inférieure à la vitesse propre de l'avion. On applique alors une majoration de la vitesse indiquée de 1% par tranche de 600 pieds d’altitude.
La température diminue aussi avec l’altitude. On admet que la température décroît de 2°C par tranche de 1000 pieds d’altitude (0.65°C par 100 m). On majore la Vi de 1% par tranche de 5°C de plus que la température réelle par rapport à la température standard à l’altitude de l’avion.
La vitesse sol (VS ou GS Ground Speed)
La vitesse Sol Vs ou GS correspond à la TAS plus la vitesse du vent rencontré:
Vi + correction altitude ± correction température = Vp ± correction vent = Vs.
Applications
On ne mesure pas la vitesse d’un avion pour le plaisir ou seulement pour respecter la loi. Certaines vitesses sont importantes pour des phases de vol particulières. Ces valeurs déterminées par le fabricant sont importantes:
VS1: vitesse de décrochage en lisse (Velocity Stall 1).
VS0: vitesse de décrochage en configuration atterrissage à la masse maximale (Velocity Stall 0).
VNO: vitesse à ne pas dépasser en en atmosphère agitée (Velocity Normal Operating).
VNE: vitesse qui ne doit jamais être atteinte dans la vie de l'avion (Velocity Never Exceed).
VSO: vitesse de décrochage volets et trains sortis (configuration atterrissage). La VSO permet de calculer la vitesse d'approche en configuration atterrissage : 1.3 * VSO.
VFE: vitesse maximale d'utilisation des volets (Velocity Flaps Extended).
VLE: vitesse maximale d'utilisation train sorti (Velocity Landing Gear Extended).
VLO: vitesse limite de manoeuvre du train d'atterrissage (Velocity Landing Gear Operating).
VFO: vitesse limite de manœuvre des volets (Velocity Flaps Operating).
1.3 VS: vitesse d'approche communément préconisée ; la marge de 30%, par rapport à la VS configuration adoptée est reconnue suffisante pour conduire une approche où les évolutions seront raisonnables.
1.45 VS: vitesse supérieure de 30 % à la vitesse de décrochage sous facteur de charge (en virage, tant que l'inclinaison est inférieure ou égale à 37°) Remarque : cette inclinaison et cette marge sont les mêmes pour tous les avions).
Il faut retenir que l'avion ne peut voler ni trop lentement sous peine de décrochage, ni trop vite sous peine de déformations ou ruptures.
Des marges sont donc prévues pour ne pas s’approcher dangereusement des valeurs critiques Elles sont matérialisées sur le cadran par différentes couleurs (image extraite d'un simulateur de vol):
Arc vert : zone d'utilisation normale limitée par la VS1 et la VNO.
Arc jaune : zone interdite en atmosphère turbulente, limitée par la VNO et la VNE qui est indiquée par un trait rouge.
Arc blanc : zone d'utilisation normale en configuration atterrissage entre la VS0 et la VFE.
Comment sont mesurées les vitesses dans un avion?
Comment sont mesurées les vitesses dans un avion?
Si mesurer la vitesse d’une voiture reste assez simple, dans un avion, c’est plus compliqué.
Si mesurer la vitesse d’une voiture reste assez simple, dans un avion, c’est plus compliqué.
Pour une automobile, l’information vitesse est prise directement en sortie de boite à vitesse : le régime de rotation donne la vitesse du véhicule. Cette information, traduite au tableau de bord ne nous sert qu’à être sur de rouler à une vitesse adaptée aux conditions, et à la législation.
Pour un avion, c’est plus compliqué, et de plus, cette information est vitale, comme mis récemment en lumière par le drame du vol AF 447. Si un avion vol trop lentement, la portance baisse, et l’avion tombe. (voir chapitre http://my-airliner.blogspot.com/2009/03/comment-un-avion-vole.html). Si il vol trop vite, on à alors le risque de disloquer la cellule de l’avion.
Techniquement, on distingue plusieurs types de vitesse:
La vitesse réelle (vitesse sol). Elle est mesurée par un GPS, ou calculée par le pilote qui suit sa navigation. C’est la vitesse de l’avion par rapport au sol.
La vitesse air. C’est cette vitesse qui est réellement importante. C’est la vitesse de l’avion par rapport à l’air qui l’entoure.
Explication:
Prenons un avion qui vole en croisière en pallier rectiligne (autrement dit, en ligne droite sans changer d’altitude).
Cas N°1: il n’y à pas de vent. L’avion vol à 500Km/h. Sa vitesse air est la même que la vitesse réelle.
Cas N°2: L’avion affronte un vent violent de face à 100Km/h. Le pilote pousse un peu plus les moteurs, et la vitesse sol reste à 500Km/h. Pour la vitesse air, on vient ajouter la vitesse du vent. Ce qui donne une vitesse air de 600Km/h.
Cas N°3: L’avion est poussé par un vent arrière violent à 100Km/h. Le pilote baisse un peu les moteurs, et la vitesse sol reste à 500Km/h. Pour la vitesse air, on vient soustrait la vitesse du vent. Ce qui donne une vitesse air de 400Km/h.
Comme la vitesse du vent n’est pas mesurable par un GPS, ou une navigation même très suivie, on utilise un outil appelé Tube de Pitot.
Comme on le voit sur mes schémas, un tube Pitot est constitué de deux parties, et de deux prises d’air.
En 1, une prise d’air appelée prise de pression dynamique. Dirigée face au flux (pour un avion, face au vent), la vitesse de l’air provoque une surpression dans le tube intérieur (3).
Sur le coté du tube, des prises d’air dite prise statique (2) prennent la pression atmosphérique locale.
La différence entre ces deux pressions varie en fonction de la vitesse. Plus le flux d’air est rapide, et plus la différence de pression est importante. Entre les deux flux, on met un capteur de pression (5) qui les compare. A l’origine, avant l’invention de capteur électrique, on utilisait des tubes de Pitot à niveau de mercure (4 sur mon schéma). La différence de niveau entre le tube dynamique et le tube statique donnait la vitesse.
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