INSTRUMENTS   DE   VOL

LE MACHMÈTRE


But du machmètre

Lorsque la vitesse d'un avion se rapproche de la vitesse du son , le flux d'air autour des ailes présente un changement marqué, caractérisé par l'apparition d'ondes de choc. Celles-ci se produisent localement, selon la conception de l'avion, à une vitesse inférieure à la vitesse du son et augmentent en effet et en ampleur à mesure que la vitesse augmente. Ces ondes de choc peuvent provoquer une perte de portance aérodynamique, des modifications de la stabilité aérodynamique, une perte d'efficacité des commandes et des secousses. Par commodité, le rapport entre la vitesse vraie ou TAS (True air speed) et la vitesse locale du son est considéré comme une seule entité. Il est appelé nombre de Mach ou point Mach. Cette vitesse est liée à l'agitation moléculaire, et ne dépend que de la température. Le machmètre fournit une valeur instantanée du nombre de Mach pour les avions rapides en altitude (température très basse), notamment à l'approche des limites structurelles de l'avion et des phénomènes transsoniques.

Machmetre

Le nombre de Mach local varie donc en fonction de la vitesse vraie et de la vitesse locale du son. La vitesse vraie est une fonction de la pression dynamique (différence entre la pression totale et la pression statique) et de la densité. La vitesse locale du son est une fonction de la pression statique et de la densité. Comme le facteur de densité est commun aux deux fonctions, le nombre de Mach peut être exprimé sous la forme :

              `M =frac (Vv)(a) ∝ |frac (Pt-Ps)(Ps)|`     
Vv = vitesse vraie ou TAS
a = vitesse locale du son
Pt = pression totale
Ps = pression dynamique

Principe de fonctionnement

Lorsque l'on parle de vitesse il faut considérer deux types d'écoulement d'air :
- Écoulement subsonique : Mach inférieur ou égal à 1
- Écoulement supersonique : Mach supérieur à 1
C'est pour cette raison que les machmètres sont conçus et gradués :
- d'après la loi de Saint-Venant pour M inférieur ou égal à 1
- d'après 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. Elle est d’environ 340 m/sec (soit 1224 km/h) dans l’air à 20 °C.

L'indicateur de vitesse conventionnel anémomètre mesure la différence entre les pressions totales et les pressions statiques d'un tube Pitot, cette différence de pression est conventionnellement appelé vitesse indiquée ou IAS (Indicated air speed). Pour interpréter cette mesure en termes de vitesse vraie ou TAS, il est nécessaire de compenser la variation de la température de l'air et de la pression atmosphérique. La vitesse du son varie en fonction de la température de l'air, mais elle est indépendante de la pression atmosphérique. Comme la vitesse vraie TAS et la vitesse du son sont influencées de manière égale par la température de l'air, aucune compensation de la température n'est nécessaire pour déterminer le nombre de Mach entre la vitesse vraie et la vitesse du son.
Le nombre de Mach n'est pas obtenu par la formule :

          `M =frac (Vv)(a)`      mais à partir du rapport       `frac (Pt-Ps)(Ps)`       qui est une fonction de M

Pour obtenir ce résultat une deuxième capsule anéroïde (barométrique) est rajoutée.

Schéma de principe

Une antenne de pression totale placée dans un écoulement d'air uniforme (ou une antenne fournissant la pression totale et la pression statique).
Une prise de pression statique située sur le fuselage de l'avion.
Un ensemble de canalisations amenant dans un boîtier étanche :
- la pression totale à une capsule anémométrique ;
- la pression statique à une capsule anéroïde.
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.

MachSchPrincipe

Variation de la vitesse vraie (Pt - Ps)
La capsule anémométrique en se dilatant ou en se rétractant lorsque la vitesse augmente ou diminue, fait pivoter un axe, celui-ci par l'intermédiaire d'une tige qui s'appuie sur un levier va entraîner la rotation de l'aiguille par l'intermédiaire d'un engrenage. Des ressorts de rappel maintiennent l'équilibre.
Variation de l'altitude
La capsule barométrique (anéroïde) en se dilatant va pousser sur le levier par l'intermédiaire de la tige, entraînant la rotation de l'aiguille.

Machmètre schéma détail

Anémomètre-Machmètre

L'anémomètre-machmètre sont des instruments très voisins, il est donc possible de les regrouper dans un même boîtier. Cet instrument qui fournit simultanément :
- la vitesse indiquée IAS
- le nombre de Mach
Il est actuellement installé sur tous les avions de transports, soit comme instrument principal, soit comme instrument de secours pour les avions équipés d'instruments E.F.I.S.

Mach Jeager cadran

L'aiguille blanche indique la vitesse air en noeuds, le pointeur blanc rayé de rouge indique le nombre de Mach. Chaque pointeur est entraîné par un mécanisme interne distinct.

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