INSTRUMENTS DE VOL
SONDES DE TEMPÉRATURES
Introduction
Bien que la sonde de température ne soit pas un instrument de vol, elle a pourtant sa place dans ce chapitre car l'équipage d'un avion doit disposer d'une indication de la température extérieure précise, pour connaître par exemple son écart par rapport aux conditions standard ou détecter les conditions givrantes, et pour alimenter l'ordinateur de données aériennes et d'autres systèmes embarqués.
Pour mesurer la température on retrouve la même difficulté que pour mesurer la pression statique.
Comme pour la pression nous aurons plusieurs températures :
- Température de l'air extérieur OAT
La température ambiante mesurée à l'extérieur d'un avion est connue sous le nom de température de l'air extérieur OAT ( Outside Air Temperature). C'est à peu près la même chose que la température de l'air statique SAT. Les avions à réaction modernes nécessitent des mesures très précises de la température de l'air extérieur (OAT) pour l'entrée dans AIR DATA COMPUTER et les autres systémes.
- Température statique de l'air SAT ou Ts
La température de l'air non perturbé. C'est la température de l'air autour de l'avion, non affectée par le mouvement de l'avion dans l'air.
- Température totale de l'air TAT ou Tt
La température totale de l'air. Il s'agit de la SAT (température statique de l'air) PLUS l'augmentation de température associée au vol à grande vitesse ;
- Température statique de l'air Tr
La valeur adiabatique de la température locale de l'air sur chaque partie de la surface de l'avion en raison de la récupération incomplète de l'énergie cinétique ;
- Température statique de l'air Tm
La température réelle telle que mesurée, qui diffère du Tr, en raison des effets de transfert de chaleur dus aux environnements imposés ;
Pour les conditions de vol en air clair, à basse altitude et à faible vitesse, les quatre températures sont pratiquement les mêmes et l' OAT peut s'appliquer à n'importe laquelle de ces quatre températures. À mesure que la vitesse et l'altitude augmentent, les quatre températures diffèrent et le terme OAT perd tout son sens.
Le dessin ci-dessous illustre la relation générale entre les quatre températures. Comme on peut s'y attendre, Tr est toujours inférieur à TAT, et ces deux valeurs se rapprochent deTs lorsque le nombre de Mach s'approche de zéro. Toutes ces températures peuvent être liées à la vitesse de vol, mais la température mesurée Tm est plus impliquée. La température Tm, d'autre part, doit être définie dans une condition de vol particulière. Sa valeur peut être supérieure ou inférieure à TAT ou Tr, en raison de la conception du capteur, de son emplacement ou de l'environnement de transfert de chaleur imposé. Pour une sonde de température bien conçue, cependant, il est possible d'atteindre Tm > 0,995 Tt.
Avions monomoteurs ou bimoteurs légers
La sonde de température d'air extérieur OAT est un dispositif simple et efficace monté de sorte que l'élément de détection est exposé à l'air extérieur. Il se compose d'un thermomètre de type bimétallique dans lequel deux matériaux différents sont soudés ensemble. - Thermomètre bilame
Ci-dessous un thermomètre bilame gradué en degré Celsius et degré Farenheit.
Avions lourds et turboréacteurs
Pour ces types d'avions la température totale est nécessaire pour évaluer les risques de givrage, pour la conduite des réacteurs et la température statique qui intervient dans le calcul de la vitesse vraie et de l'altitude vraie.
La température statique Ts ou SAT est mesurée par un thermomètre immobile par rapport à la masse d'air.
Malheureusement le thermomètre extérieur d'un avion se déplace dans la masse d'air à la même vitesse que l'avion, ce qui provoque un échauffement. On appellera cette température, la température totale TAT (en anglais Total Air Temperature), elle sera toujours supérieure à la température statique.
Les avions de lignes modernes disposeront donc de deux indicateurs de température :
- un indicateur de la température totale TAT
- un indicateur de la température statique SAT ou OAT
Indication de la température TAT et SAT sur Airbus A320.
L'échauffement
L'échauffement cinétique théorique (transformation adiabatique de l'énergie cinétique de l'air en énergie calorique) est égal à : `Tt = Ts (1 + 0,2 M^2 )`
`Tt` température totale
`Ts` température statique
`Ma` nombre de points de Mach
Mais l'échauffement réel est perturbé par d'autres effets et n'est pas absolument adiabatique, la température mesurée par la sonde Ti sera donc inférieure à `Tt`.
D'ou : `Tt = Ts (1 + 0,2 Kr M^2)`
`Kr` coefficient de récupération
Aucune sonde étant parfaite le coefficient de récupération se situe généralement entre 0,6 et 0,8 la sonde Rosemount (ci-dessous) l'une des meilleures, est presque parfaite avec un `Kr` = 0,99.
Sonde Rosemount
Le "couvercle" en Kevlar® protége la sonde contre les rayons UV. Elle est également protégée contre le givrage et la glace par une résistance électrique qui n'affecte pas la mesure de la température de l'air.
Principe de fonctionnement
En vol, la pression de l'air à l'intérieur de la sonde (cuve) est plus élevée qu'à l'extérieur, et l'air de la couche limite (vent relatif) est donc évacué par des trous de purge (dessin ci-dessous). En outre, une première partie du flux d'air entrant dans la cuve sort de la sonde à travers un canal de sortie principal. La seconde partie du flux se sépare, en tournant à angle droit avant de passer autour du capteur. Ce changement de direction produit une séparation des particules, ce qui empêche les gouttelettes d'eau d'entrer en contact avec le capteur et empêche également le capteur d'être endommagé par des particules de sable, etc. Cette conception permet l'utilisation d'un élément de résistance délicat et sensible avec une réponse rapide.
Le dégivrage de la sonde est intégré dans le matériau de la sonde. Il est composé d'un tube contenant un élément à fil axial, qui fonctionne en continu pendant tout le vol. Le chauffage n'est pas contrôlé thermostatiquement mais il est auto-compensateur en ce sens que, lorsque la température augmente, la résistance augmente et réduit ainsi la consommation d'énergie. L'élément de dégivrage chauffe l'extérieur de la sonde. Une protection cylindrique contre les radiations protège la sonde composée de deux tubes en platine des effets de l'élément chauffant.
Sonde Penny et Giles
Les erreurs instrumentales
La précision des lectures indiquées des thermomètres indicateurs à distance dépendra en grande partie de la performance précise des éléments de détection, et de la précision des indicateurs et des dispositifs de compensation.
Erreur des thermomètres OAT
Les thermomètres d'avion utilisés pour mesurer les OAT (en anglais Outside Air Temperature) sont sujets à trois types d'erreur :
a. Erreur d'instrument.
b. Erreur d'environnement.
c. Erreur de chauffage.
Erreur d'instrument
L'erreur d'instrument est causée par des imperfections dans la fabrication ou le fonctionnement de l'instrument. Les erreurs sont généralement minimes et peuvent souvent être corrigées en étalonnant l'instrument et en installant une carte de correction dans l'avion.
Erreur environnementales
Les erreurs environnementales telles que le chauffage solaire ou l'accumulation de glace peuvent provoquer des erreurs.
a. Chauffage solaire. Les effets du chauffage solaire peuvent être réduits en montant un élément sensible plat sous l'aile ou le fuselage, ou pour un élément monté sur une sonde, en le plaçant dans un pare-soleil à travers lequel l'air peut passer librement.
b. Accumulation de glace. La protection de l'élément sensible contre les effets de l'accumulation de glace peut être obtenue en incorporant un élément chauffant.
Les erreurs résiduelles dues aux effets environnementaux ne peuvent pas être calculées, et il n'est donc pas possible de les corriger.
Erreurs de chauffage.
Les erreurs de chauffage des thermomètres OAT dépendent du type de montage de l'élément de détection de la température. Les types de montage sont les suivants :
a. Sondes, dépassant de la peau de l'avion dans le flux d'air.
b. Plaques plates, introduites dans la peau de l'avion.
