Les instruments de bord
Les instruments de bord servent d’interface entre le pilote et toutes les informations utiles au maintien en vol de l'aéronef, à la navigation, aux communications avec les infrastructures de la gestion du trafic aérien.
Les instruments de bord sont regroupés selon leur fonction :
Pilotage : horizon artificiel, anémomètre, altimètre, variomètre.
Navigation : compas, ILS, VOR, GPS, …
Gestion des groupes motopropulseurs : tachymètre, température et pression, ...
Gestion des télécommunications : radio, système d'intercommunication de bord, ...
Gestion des servitudes : consommation de carburant, tension et intensité électrique, ...
Présentation des instruments
On trouvera des instruments issus de 2 époques
technologiques, instrument à cadran et aiguille (analogique) et maintenant une
présentation donnes sur écran (numérique) 
encore
appelé Glass cockpit quand la majorité des instruments se présentent sous forme
d’informations sur écran.
Pour que le pilote soit le moins perturbé possible, les instruments de base sont répartis toujours de la même façon sur le tableau de bord situé devant lui. (Configuration de T basique)
L'horizon artificiel au centre,
L'anémomètre à gauche,
L'altimètre à droite,
Le gyro directionnel ou plateau de route en dessous.
La planche de bord tout écran permet de regrouper un maximum d'informations sur une même surface de visualisation et ainsi diminuer la charge de travail des pilotes. Ce système d'affichage est également appelé EIS (Electronic Information System) ou CDS (Cockpit Display System).
On va
retrouver différents écrans
-EFIS (Electronic flight Instrument System) qui regroupent les informations de pilotage et de navigation
-PFD (Primary Flight display) : visualisation des paramètres de vol (altitude, vitesse, assiette, cap, etc.)
-ND (Navigation Display) : visualisation des paramètres de route (plan de vol, points de cheminement, balises radio (VOR) etc.)
-DMAP (Digital MAP) : système de cartographie
-TD (Tactical Display, sur avion militaire) : visualisation des informations sur les zones amies ou ennemies, ainsi que les menaces et les paramètres propres aux missions militaires
-EICAS (Electronic Indicating and Crew Alerting System) ou ECAM (Electronic Centralized Aircraft Monitoring) qui affiche les paramètres systèmes
-EWD (Engine and Warning Display) : visualisation des paramètres moteur indispensables, des messages d'alarme et des listes de vérification à suivre
-SD (System Display) : visualisation sous forme de synoptique les principaux systèmes de l'avion (carburant, hydraulique, électricité, conditionnement d'air etc.).
Vu l'énorme quantité d'informations pouvant être affichées, seules le seront celles indispensables en un instant donné, en particulier les messages d'alarme, les mesures à prendre. Le pilote peut sélectionner des page-écran présentant les informations qui lui sont nécessaires
Instruments de pilotage
Altimètre
Le calage est affiché dans la petite fenêtre à droite
Un altimètre est un instrument de mesure permettant de déterminer la hauteur d'un aéronef par rapport à un niveau de référence : le sol, le niveau de la mer (mesure d'altitude) ou une surface isobare. Il est relié à la sonde statique, et constitué d’une capsule de vidi, qui « s’écrase sous l’effet de la pression » et se dilate quand la pression diminue, cette capsule est reliée aux aiguilles par l’intermédiaire d’un système amplificateur de mouvement.
Radioaltimètre (ou sonde altimétrique)
Il utilise un radar placé sous le fuselage. Il est utilisé pour les procédures d'approche finale ou dans le cadre de la prévention contre le risque de percuter le relief. Il indique de façon très précise (à 50 cm près) la hauteur de l'avion par rapport au sol. Le radioaltimètre ou sonde ou radar altimétrique ou altimètre radar est un appareil à bord d'un aéronef (ou d'un satellite) destiné à mesurer sa hauteur par rapport au sol ou la surface de l'eau. En aéronautique c'est un instrument d'aide au pilotage en particulier en vol sans visibilité, ou vol aux instruments. Il indique la hauteur de l'aéronef au-dessus du sol et non l'altitude barométrique mesurée par un altimètre simple. Le « 0 » correspondant à la position de l'appareil au moment précis où, lors de l'atterrissage les roues entrent en contact avec le sol.
Principe de fonctionnement
Une
onde est envoyée vers le sol, cette onde est réfléchie par le sol et à nouveau
captée par le radar. Le temps mis par l’onde pour faire l’aller-retour détermine
la distance parcourue, la hauteur de l’aéronef étant égale à la moitié du chemin
parcouru par cette onde.
Le radioaltimètre peut être couplé à un système avertisseur de proximité du sol (GPWS, ou Ground Proximity Warning System). Sur la plupart des radioaltimètres, une consigne de hauteur minimale de vol peut être affichée :
Anémomètre
Un anémomètre est un instrument de mesure permettant de déterminer la vitesse d'un aéronef par rapport à l'air ambiant. (voir aussi la page http://www4.ac-nancy-metz.fr/ciras/cahierdubia/mesurevitesse/mesuredelavitesse.html )
Le Badin
Aujourd'hui, le dispositif utilisé est un instrument appelé " badin " en France (en 1911, du nom de son inventeur, Raoul Badin) associé au tube de Pitot.
Principe de fonctionnement
Une
chambre reçoit une capsule de vidi qui est alimentée par la sonde pitot
(pression totale, dynamique+statique) plus la pression est élevée, plus la
capsule se gonfle. La chambre est alimentée par la prise de pression statique ce
qui permet de « soustraire » l’effet de la pression atmosphérique le mouvement
de la capsule de vidi de ce fait n’étant dépendant que de la pression dynamique
dont la racine carrée est l’image de la vitesse de l’aéronef.
La connaissance de la vitesse air est indispensable pour conserver l'aéronef dans son domaine de vol, donc entre la vitesse minimale permettant sa sustentation et la vitesse maximale où les forces aérodynamiques risquent d'endommager la structure. Ces deux vitesses varient en fonction de la configuration (train sorti, volets sortis, etc.) et de l'attitude (virage, descente, etc.). C'est pourquoi un anémomètre adapté à un aéronef particulier comporte des zones de couleurs différentes :
l'arc vert indique les conditions normales de vol de l'avion,
l'arc jaune les vitesses interdites en air turbulent,
l'arc blanc la plage de sortie des dispositifs hypersustentateurs, configuration full (volets),
le trait rouge indique la vitesse limite (VNE :velocity never exceed), particulièrement pour la structure de l'appareil.
Le badin est un manomètre étalonné en fonction du Théorème de Bernoulli qui détermine la « pression dynamique » qui est égale à la différence entre la pression totale et la pression statique. Cette pression dynamique, est fonction de la vitesse de l'avion par rapport à l'air et permet d'afficher une information de vitesse air sur le badin. Elle est généralement mesurée en nœuds, mais, sur quelques avions français et sur les avions russes, elle est donnée en kilomètres par heure. L'anémomètre donne la vitesse indiquée (Vi) ou « vitesse lue ». Cette vitesse correspond à la « vitesse propre » (Vp) ou « vitesse vraie » à la pression de 1 013,25 hPa (au niveau de la mer en atmosphère standard) et à la température de 15 °C. Avec la baisse de la densité de l'air, donc en montant, la vitesse propre est supérieure à la vitesse indiquée (une approximation peut être faite en ajoutant 1 % par tranche de 600 pieds au-dessus de la surface 1 013 hPa).
Machmètre
Pour les avions volant à des vitesses proches de celle du son et au-delà, d'autres lois physiques sont applicables. On utilise un autre instrument, le machmètre, il mesure le rapport entre la vitesse de l'avion et la vitesse du son. Cette information est utile en vol subsonique pour éviter de pénétrer dans le domaine de vol transsonique et en vol supersonique.
Principe de fonctionnement
Le
machmètre a la même structure que l’anémomètre, auquel on a rajouté une autre
capsule de Vidi dans la chambre. Une tige retransmettant les déviations des deux
capsules.
Un levier et système d'engrenages amplifient et retransmettent les déformations de l'ensemble des capsules à une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué en nombre de mach. Ce qui permet de tenir compte à la fois de la loi de Saint-Venant pour M inférieur ou égal à 1 et de la loi de Rayleigh pour M supérieur à 1
Le nombre de Mach correspond au rapport entre la vitesse V de l’avion et la célérité C du son dans le milieu considéré
Variomètre
Un variomètre ou VSI (vertical speed indicator) est un instrument utilisé pour connaître leur vitesse ascensionnelle. La majorité de ces appareils fonctionnent d'après le différentiel de pression induit par la vitesse verticale de l'appareil.
Principe de fonctionnement
Sous sa forme simple, il consiste en un diaphragme séparant
une chambre directement connectée à l'air libre et une chambre connectée à
l'extérieur par un orifice calibré qui engendrera 
une
fuite lente. Au moment de la mesure, l'instrument fait la différence
entre la pression extérieure et la pression de la capacité. Le variomètre
fonctionne avec un léger temps de retard (hystérésis), dû au temps de
remplissage de la capacité.
La version électronique simple du VSI consiste d'une flasque d'air connectée à l'air extérieur par l'intermédiaire d'un débitmètre. Le principe du débitmètre est le suivant. Lorsque l'altitude donc la pression atmosphérique change ce qui crée un flux d'air entre la flasque et l'air extérieur. ll suffit de convertir la vitesse du flux d'air entrant ou sortant en une vitesse verticale de l'aéronef positive ou négative.
Horizon artificiel
Avec l’horizon artificiel, nous entrons dans le domaine des instruments gyoscopiques.
L’effet gyroscopique
Si l’on fait tourner une roue ou tout objet correctement équilibré sur un axe qui, une fois lancée tend à résister aux changements de son orientation.
C’est l’effet gyroscopique qui explique qu’une toupie peut tenir en équilibre sur son extrémité.
Horizon artificiel classique
L'horizon artificiel ou indicateur d'assiette mesure l'assiette de l'aéronef par rapport à l'horizon c'est-à-dire les angles de tangage et roulis. Il utilise un gyroscope qui, en principe, conserve le calage initial réglé avant le décollage.
Principe de fonctionnement
Le
détecteur d'assiette est constitué par un gyroscope avec 2 degrés de liberté
dont l'axe propre est asservi à la verticale locale par un système érecteur. Le
gyroscope est réglé à zéro avant le décollage et, en théorie, il conserve cette
position fixe dans l'espace quels que soient les mouvements de l'aéronef. Il
permet donc de mesurer l'angle entre l'axe de l'aéronef et l'horizontale,
correspondant à un angle de tangage, et l'angle avec la verticale, donnant
l'angle de roulis.
Pour créer le mouvement rotatif du gyroscope, 2 possibilités existent :
-L’entrainement pneumatique a été le premier à être utilisé et utilisait le principe Venturi. Un tube placé dans le vent relatif, à l’extérieur de l'avion, assurait une dépression. Ce tube venturi a été remplacé par une pompe à vide électrique, qui assure une dépression suffisante pour faire tourner le gyroscope. Le flux d'air entraine les ailettes de la roue gyroscopique pour assurer sa rotation Par la suite, pour des raisons de fiabilité.
-L’entrainement par un moteur électrique. Dans ce cas, un drapeau rouge signale le non-fonctionnement de l'instrument, et un bouton permet de le régler sur l'horizontale avant le décollage, certains modèles, dits « Auto Erect », s'ajustent automatiquement.
L’entrainement électrique imprime une vitesse de rotation plus importante au gyroscope, ce qui fait qu’en cas de panne, le gyroscope électrique donne encore pendant un moment la bonne référence horizontale.
Indicateur de virage et de dérapage (bille-aiguille)
Cet instrument utilise un gyroscope à deux degrés de liberté, et la propriété de précession. Il indique, à la fois, le sens et le taux de virage.
Principe de fonctionnement
Lorsque l'avion tourne, un couple de forces tendant à faire tourner le gyroscope apparait. Du fait de la précession, le basculement se fait avec 90° de décalage dans le sens de rotation. Le basculement se fait donc vers la gauche autour d'un axe horizontal.
Un système d'inversion entraine l'aiguille dans l'autre sens, donc en direction du virage.
Plus le virage est incliné, plus le couple de force appliqué au gyroscope est fort, et plus le basculement dû à la force de précession est important. L'équilibre entre la force de précession et celle du ressort de rappel permet à l'aiguille de se stabiliser sur une déviation proportionnelle au taux de virage. Lorsque la maquette avion est positionnée sur le trait L ou R, l'avion vire au taux 1, soit 180°/mn
Sur le cadran de l'indicateur de virage, il y a, en plus de l'aiguille indicatrice, une fenêtre, contenant un tube en verre incurvé, dans lequel se trouve une bille. La position de cette bille dans la fenêtre permet de contrôler la coordination du virage…
On peut aussi trouver la bille comme un instrument indépendant de l’indicateur de virage.
Lorsqu'un avion vire, son inclinaison doit être telle que la direction de la portance soit la même, mais en sens inverse, que celle du poids apparent, et avec la même valeur.
L’indicateur de virage est associé à une bille qui se déplace dans un tube incurvé selon la verticale apparente et qui visualise le dérapage de l'avion. La bille fonctionne simplement par gravité. En effet, quand le dérapage est nul et le vol symétrique, la gravité relative (gravité équivalente créée par le poids et la force centrifuge) est selon l'axe de lacet de l'avion. Si la gravité relative forme un angle avec l'axe de lacet, c'est qu'il existe un dérapage. Le pilote mettra du pied dans le sens ou se déplace la bille pour rendre symétrique son vol .
En vol
à voile, la bille est souvent doublée voir remplacée par un fil de laine collé
au centre de la verrière. Le fil de laine est collé par une de ses extrémités,
et le fil de couleur rouge se déplace avec le vent relatif. Le fil indique alors
l'angle entre le vent relatif et l'axe du planeur, ce qui est la définition du
dérapage ou de la glissade
Le fil de laine ira lui dans le sens opposé à la bille, dans ce cas le pilote mettra du pied dans le sens opposé au déplacement du fil de laine.
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