INSTRUMENTS DE VOL
L'ANÉMOMÉTRE
Préambule
Au début de l'aviation les indicateurs de vitesse étaient rudimentaires comme le montre la photo ci-dessous du De Havilland Tiger-Moth.
Une lamelle perpendiculaire au vent relatif et attachée à l'une de ses extrémités à un ressort antagoniste, se déplace devant un cadran gradué en MPH (Mille par heure). L'ensemble est fixé à l'un des mâts entre l'aile supérieure et l'aile inférieure.
Inconvénients :
- manque de précision ;
- erreur d'indication en vol dissymétrique (dérapage ou glissage) ;
- erreur d'indication en virage.
But de l'anémomètre
L'anémomètre fournit la vitesse de déplacement de l'avion par rapport à la masse d'air.
Cette vitesse est appelée vitesse vraie VV ou TAS (true air speed).
L'anémomètre est un manomètre qui mesure la différence entre la pression totale Pt et la pression statique Ps. Cette différence s'appelle la pression dynamique q.
Présentation de l'anémomètre
Les unités les plus utilisées pour la graduation des cadrans sont:
- Les Kt (nœuds), les MPH (miles par heure) pour les avions de transport et les avions privés à droite.
- Les Km (kilomètres/heure) pour certains avions privés et les planeurs à gauche.
Principe de fonctionnement
Une antenne de pression totale placée dans un écoulement d'air uniforme (ou une antenne fournissant `Pt` et `Ps`) est reliée à une capsule anémométrique par un système de canalisations.
Une prise de pression statique située sur le fuselage de l'avion est également reliée au boîtier étanche.
La capsule anémométrique est sensible à la différence de la pression totale moins la pression statique.
Un levier et système d'engrenages amplifient et retransmettent les déformations de la capsule à une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué en vitesse.
L'anémomètre est donc un manomètre qui mesure la différence `Pt` (pression totale) - `Ps` (pression statique).
Cette différence s'appelle la pression dynamique `q`
Les différentes vitesses
Quand on parle de vitesse en avion, immédiatement vient la question sous-jacente : de quelle vitesse s’agit-il ?
VI ou IAS (indicated air speed) :
Vitesse lue sur l'anémomètre. Elle est couramment utilisée pour piloter.
VIC ou CIAS (corrected indicated air speed) :
Vitesse qui serait lue sur le cadran si l'instrument était parfait.
VC ou CAS (calibrated air speed) :
Vitesse qui serait égale à VIC si l'installation de l'antenne anémomètrique était parfaite.
EV ou EAS (équivalent air speed) :
Vitesse qui serait égale à VC si l'air était incompressible (cas où la vitesse de l'avion est faible).
VV ou TAS (true air speed) :
Vitesse réelle de l'aéronef par rapport à la masse d'air, elle serait égale à EV si la masse volumique de l'air ne dépendait pas de l'altitude.
Vp vitesse propre :
Composante horizontale de VV, si la pente est faible Vp = VV
Vs ou Gs (ground speed) :
Vitesse sol, sera égale à Vp si le vent est nul.
L'anémomètre est donc basé sur la mesure la pression dynamique.
`Pd = Pt - Ps = \frac{1}{2} ρ V^2`
Avec `V` = vitesse vraie `VV` ou `TAS` (True Air Speed).
Mais la pression dynamique `Pd` est fonction de la masse volumique de l'air `ρ` qui varie en fonction de la pression statique et de la température. Il est donc impossible d'étalonner les anémomètres pour toutes les valeurs possibles de `ρ` .
Pour éliminer les variations de `ρ` les anémomètres sont étalonnés en atmosphère standard au niveau de la mer, c'est-à-dire pour une pression atmosphérique de 1013,2 hPa et une température de +15 °C, conditions pour lesquelles la masse volumique de l'air sec vaut ( ρ0 = 1,225kg.m3) et sa densité relative `δ0 = 1` .
En altitude l'anémomètre indiquera une vitesse appelée vitesse équivalent `V _{E}` ou `EAS` (Equivalent Air Speed) :
`Pd = \frac{1}{2} ρ_0 V_{E^2}`
La correction qui permet de calculer `V_{V}` à partir de `V_{E}` s'appelle la correction de densité.
`δ` étant la densité relative. `δ = \frac{ ρ}{ρ_0}` d'ou `V_{E} = V_{V} . \sqrtδ`` ou `V_{V} =\frac{V_{E}}{\sqrtδ}`
Pour les avions dont la vitesse vraie (vitesse propre) dépasse 200 kt, la compressibilité de l'air doit être prise en compte et l'équation de Bernoulli n'est plus valable. Il faut utiliser la loi de Saint Venant. Lorsque le nombre de Mach est supérieur à 1 (vol supersonique) la loi de Saint Venant n'est plus valable et il faut prendre en compte la loi de Lord Rayleigh beaucoup plus complexe.
Anémomètre d'un avion léger
Type d'anémomètre sur monomoteurs et bimoteurs légers
- Vso : Vitesses de décrochage en configuration atterrissage ;
- Vs1 : vitesse de décrochage de référence en configuration spécifique ;
- VFE : Vitesse maximale volets sortis(velocity flaps extended) ;
- VNO : Vitesse maximale en croisière (velocity normal operating) ;
- VNE : Vitesse à ne jamais dépasser (velocity never exceed).
- VLO : Vitesse à ne jamais dépasser pendant la rentrée ou la sortie du train (velocity maximum Landing Gear Operation speed (up or down)).
- VLE : Vitesse à ne jamais dépasser train d'atterrissage sorti (velocity maximum speed Landing Gear Extended ).
En résumé
Un anémomètre ne fournit au pilote la vitesse vraie VV ou TAS que dans des conditions particulières :
- instrument et installation anémomètrique parfaits ;
- atmosphère standard ;
- vitesse inférieure à 0.3 Mach (écoulement d'air considéré comme incompressible) ;
- altitude faible (influence de la température).
C'est pour toutes ces raisons que les avions de ligne actuels sont équipés de centrale aérodynamique qui détermine la vitesse vraie à partir de la température statique réelle et du nombre de Mach.
