CONNAISSANCE GÉNÉRALE DES AÉRONEFS

1. CONNAISSANCE GÉNÉRALE DES AÉRONEFS

2. MODULE 2 • Dans ce module, vous apprendrez : • à reconnaître et à nommer les éléments constitutifs de l’avion; • découvrirez l’intérieur de l’appareil et la composition de la planche de bord; • apprendrez comment les commandes de vol agissent sur les gouvernes pour permettre l’évolution dans les trois dimensions. Ce module a été conçu et réalisé par Bernard GUYON, Cdb 777 à Air France et instructeur à l’Aéro-club du Béarn, et Stéphane MAYJONADE, instructeur BIA et CAEA.

3. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • Un avion est composé d’un ensemble d’éléments dont certains sont fixes et d’autres mobiles: - les éléments fixes constituent la structure de l’appareil que l’on appelle également cellule; cette dernière comprend: • Le fuselage avec la cabine et le compartiment moteur;

4. Certains avions ont un fuselage composé de plusieurs morceaux séparés les uns des autres; on dit alors que leur fuselage est bipoutre. Le P38 Lightning et le Global Flyer sont des avions bipoutre.

5. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • La voilure composée de 2 demi-ailes; Les parties fixes sont en jaune Les parties mobiles sont en rouge Dans le cas d’avions à ailes hautes, la voilure est parfois reliée au fuselage par l’intermédiaire de haubans qui permettent ainsi de rigidifier la structure.

6. Un exemple d’avion à ailes hautes et haubans: Le Piper J3 Si la voilure est placée à l’arrière de l’appareil et non à l’avant, on parlera de structure canard. Un exemple d’avion à structure canard: Le Beechcraft Starship.

7. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • L’empennage qui comprend 2 plans fixes:le plan fixe horizontal et le plan fixe vertical (en jaune): Plan fixe vertical (dérive) Plan fixe horizontal • L’empennage est généralement cruciforme (avion de la figure) mais pourra également être en forme de T, de V ou de H (voir photos suivantes).

8. Un empennage cruciforme Un empennage en T Un empennage en H

9. Un empennage en V, appelé également empennage papillon. Le Robin ATL et son empennage en V • Certains avions ont un empennage horizontal qui n’a pas de partie fixe; toute la surface est mobile et on parle alors d’empennage monobloc. Le Robin DR400 et son empennage monobloc

10. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • Le train d’atterrissage peut être fixe ou escamotable (RG pour Retractable Gear). Un train fixe tricycle est composé de: • - jambes de train qui font office de ou dans lesquelles sont logés les amortisseurs; - carénages profilés permettant de diminuer la traînée qui ralentit l’avion; - roues incorporant un dispositif de freinage sur le train principal. Le freinage peut se faire par l’intermédiaire d’une poignée (freinage symétrique) ou à l’aide de pédales spécifiques ou intégrées aux palonniers dans leur partie haute. Le freinage par pédales permet une action dissymétrique appelée freinagedifférentiel. La pédale de frein gauche du Cap 10

11. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • Le rôle du train d’atterrissage est de permettre le roulage au sol mais aussi d’encaisser les chocs au moment de la prise de contact avec la piste. Selon le poids de l’avion, il sera donc composé de plus ou moins de roues. Des roues jumelées par 2 forment ce qu’on appelle un diabolo et des roues jumelées par 4 ou plus forment ce qu’on appelle un boggie. Un diabolo Un boggie (en mauvais état)

12. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • La distance séparant le train principal de la roulette de nez ou de queue s’appelle l’empattement. • La distance séparant les deux jambes du train principal s’appelle la voie. Plus la voie est étroite et plus l’avion est difficile à contrôler au roulage. Empattement Voie

13. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • L’angle formé par la verticale et l’axe du train principal et dont le sommet est le centre de gravité de l’avion s’appelle angle de garde. Il évite la mise en pylône pour un train classique ou le basculement sur la queue pour un train tricycle (ordre de grandeur de l’angle: 15 à 20°). • L’angle formé par la verticale et l’axe du train avant s’appelle angle de déport. Il évite la casse de la roulette de nez en cas de rencontre avec un obstacle au roulage (ordre de grandeur de l’angle: 2 à 3°). Garde Déport

14. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION Sur avion à trainclassique, l’angle de garde du train principal sert principalement à éviter ceci… Mise en pylône sur porte-avions Garde

15. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • Par rapport à un avion à train fixe, un avion à train rentrant comprendra en plus: • des vérins pour permettre les manœuvres de montée-descente; • des fiches et contrefiches pour assurer le verrouillage en position rentré ou sorti; • des parois mobiles (trappes) permettant son escamotage.

16. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION AVANTAGES COMPARÉS entre Trains Tricycle et Classique: Un train tricycle est plus coûteux, plus lourd et plus encombrant qu’un train classique; une roulette de nez est aussi plus fragile qu’une roulette de queue; Par contre, le train tricycle présente les avantages suivants: - meilleure visibilité au roulage (le train classique est souvent obligé de slalomer pour voir devant); - meilleure stabilité (moins sensible au vent de travers); - meilleure tenue au freinage avec quasi impossibilité de passage en pylône; - plus faible influence du couple de l’hélice au décollage.

17. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION Le compartiment moteur abrite le groupe motopropulseur ou GMP. Ce dernier: • est rendu solidaire de la cellule par l’intermédiaire d’un bâti-moteur; • est séparé de la cabine par une cloison pare-feu;

18. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • le GMP est constitué d’un bloc-moteur et d’accessoires (système d’allumage, de carburation, de démarrage…). • le bloc-moteur est composé de cylindres disposés en ligne, en V, en T ou en étoile; l’hélice est entraînée directement ou par l’intermédiaire d’un réducteur. • le bloc-moteur est refroidi généralement par l’air prélevé à l’extérieur. Des volets de capot permettent parfois d’augmenter l’admission d’air de refroidissement lors des phases de vol où le moteur risque de surchauffer (montée par exemple. Il peut aussi être refroidi par un circuit d’eau avec radiateur.

19. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • le GMP est de type moteur à essence ou moteur diesel. Il fonctionne à l’aide d’un carburant qui pourra selon les cas être: • de l’essence automobile SP 95; • de l’essence aviation 100 LL (pour Low Lead) de couleur bleue; • du kérosène appelé également Jet A1 (le Jet Fuel étant moins raffiné que l’essence, il est moins coûteux à utiliser et est accepté par les moteurs diesels). • l’opération qui consiste à remplir le ou les réservoirs de carburant s’appelle l’avitaillement. Elle nécessite des précautions et en particulier celle de mettre l’avion au même potentiel que celui de la pompe à l’aide d’un câble muni d’une pince de masse.

20. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION • Un avion est également constitué de parties mobiles situées à l’extérieur. Ces parties mobiles comprennent: • - des surfaces appelées gouvernes; • - des dispositifs additionnels actionnables et/ou réglables par le pilote; • - l’hélice et sa casserole (cône d’hélice). • Les gouvernes sont au nombre de 3. Elles permettent au pilote de faire effectuer à l’avion des évolutions (montée, descente, virages..) et s’appellent respectivement: • gouverne de direction (l’appellation gouvernail est réservée aux navires); • gouverne de profondeur; • ailerons. • Les dispositifs additionnels comprennent les tabs, les becs (slats) et volets (flaps) ainsi que les aérofreins (spoilers).

21. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION LES GOUVERNES 1/ la gouverne de direction: elle est verticale et est située dans le prolongement de la dérive. On l’actionne au pied à l’aide des palonniers, qui sont des sortes de grosses pédales. Elle permet de contrôler la symétrie du vol. 2/ la gouverne de profondeur: elle est située dans le prolongement du plan fixe horizontal, ou à sa place si elle est monobloc. Elle est actionnée en déplaçant le manche vers l’avant ou vers l’arrière.

22. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION LES GOUVERNES 3/ les ailerons (en rouge sur la figure): surfaces mobiles horizontales situées vers l’extrémité des ailes. On les actionne à l’aide du manche, en le déplaçant vers la droite ou vers la gauche. • Les ailerons sont des gouvernes différentielles, ce qui veut dire que lorsqu’on manoeuvre le manche d’un côté, un aileron s’inclinera vers le haut alors que l’autre s’inclinera vers le bas.

23. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION LES DISPOSITIFS ADDITIONNELS • Ils comprennent: • - les tabs ou compensateurs; • - les volets hypersustentateurs situés à l’arrière des ailes et dans leur partie intérieure; • - les volets et les becs situés à l’avant des ailes (dispositifs n’existant que sur certains avions); • - les aérofreins et spoilers que l’on trouve sur les avions haut de gamme ainsi que les avions commerciaux et militaires. • Les volets et les becs se braquent de manière symétrique et leur rôle est de permettre le vol à basse vitesse (décollage, montée initiale, approche et atterrissage). Les tabs servent quant à eux à soulager les efforts du pilote aux commandes.

24. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION Gouverne de direction Volets déployés en position atterrissage Tab de compensation Gouverne de profondeur (monobloc)

25. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION Les volets de bord d’attaque sont aussi appelés slats et les volets de bord de fuite flaps Aérofreins Avion au roulage à l’atterrissage, volets et spoilers déployés

26. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION L’Hélice et sa casserole • L’hélice peut être : • - construite en bois, en métal ou en matériaux composites; • - bipale, tripale, quadripale… Plus l’hélice comporte de pales, moins elle est bruyante; • - de forme rectiligne ou en forme de cimeterre. • La casserole, appelée aussi cône d’hélice, est optionnelle. Elle tourne avec l’hélice et son rôle est d’améliorer l’écoulement de l’air autour de l’avion.

27. Hélices contrarotatives Hélice à 6 pales en composite Hélice sans casserole

28. 4 Récapitulatif : Notez sur une feuille les noms qui correspondent aux parties numérotées. 7 6 8 5 9 15 10 11 14 13 12

29. 1 – ailerons 2 – gouverne de profondeur 3 – gouverne de direction 4 – dérive ou plan fixe vertical 5 – plan fixe horizontal 6 – fuselage 7 – volets hypersustentateurs 8 - hauban 9 – capotage moteur 10 – cône d’hélice ou casserole 11 – entrée d’air moteur 12 – roulette de nez 13 – habitacle ou cabine 14 – carénage de roue 15 – jambe de train

30. LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L’AVION Les équipements complémentaires • L’extérieur d’un avion comprend également des équipements dont le rôle principal est d’accroître la sécurité du vol. Parmi eux, on notera: - des feux et phares (feu anticollision ou rotating beacon ou strobe, feux de position, phares de roulage et d’atterrissage); Un feu anticollision

31. Les équipements complémentaires • des antennes permettant d’émettre et de réceptionner les signaux radio pour les communications et la navigation; • des sondes de pression, de température…; • un sabot ou patin de queue; Antenne GPS Patin de queue du B 737 Antenne VHF

32. Les équipements complémentaires - une perche de ravitaillement en vol (avions militaires). Sonde d’incidence du Rafale - emplacements spécifiques appelés pods pour emport de matériel supplémentaire (caméra, armement, matériel de détection…) Perche de ravitaillement du Rafale

33. L’INTÉRIEUR DE L’AVION

34. TERMINOLOGIE • L’intérieur d’un avion se divise en plusieurs zones éventuellement séparées les unes des autres par des cloisons, parois, portes et/ou planchers. Selon le type d’appareil, ces zones portent des noms différents: • Sur un avion de tourisme où toutes les zones sont contigües, on parle d’habitacle et de compartiment à bagages; • Sur un avion commercial où les zones sont séparées, on parlera de: • - poste de pilotage pour la zone réservée à l’équipage de conduite (PNT); • cabine pour la zone réservée aux passagers et PNC; • soutes pour les zones situées sous les planchers poste et cabine (soute électronique, soute à bagage…). • Sur un avion de chasse, on utilise principalement le mot cockpit pour désigner la zone où est(sont) assis le(les) pilote(s) et/ou le navigateur / gestionnaire du système d’armes;

35. L’INTÉRIEUR DE L’AVION cabine Pax à 1 ou 2 ponts réservoirs à carburant poste de pilotage soute à bagages nacelle de support moteur soute électronique

36. LE POSTE DE PILOTAGE • Il regroupe: • les commandes de vol; • les instruments de pilotage, de navigation, les boîtiers radio… réunis sur un tableau de bord; • les commandes du ou des moteurs; • des interrupteurs, manettes, voyants ainsi que des commandes spécifiques; • un tableau de fusibles et/ou de disjoncteurs pour protéger les circuits électriques de bord.

37. Axe longitudinal Axe transversal ou latéral Axe vertical LES COMMANDES DE VOL Elles agissent sur les gouvernes de l’avion pour lui permettre d’évoluer sur un ou plusieurs des axes suivants:

38. LES COMMANDES DE VOL Évolution sur un axe principal (effet primaire) + sur un 2ème axe (effet secondaire) Déplacement COMMANDE DE VOL Déplacement GOUVERNE Les commandes de vol se composent de: - une paire de palonniers qui se manoeuvrent à l’aide des pieds; - un manche à balai (invention en 1911), un volant ou un minimanche se manoeuvrant à la main dans toutes les directions. Un avion comportant des commandes de vol (et des commandes moteur) actionnables depuis les 2 sièges pilote est dit à « double commande ». Minimanche Airbus Volant du Concorde Manche à balai

39. EFFET PRIMAIRE SUR L’AXE DE TANGAGE La rotation autour de l’axe de tangage a pour effet de faire monter ou descendre le nez de l’avion. • Les gouvernes associées sont les gouvernes de profondeur. • La commande de vol associée est le manche que l’on déplace en avant ou en arrière.

40. Action sur le manche vers l'avant/l'arrière Des câbles, par l'intermédiaire de guignols, de poulies et de renvois, agissent sur la commande de profondeur

41. Action sur le manche vers l'arrière Incidence profondeur Sens des filets d'air F'z Création d'une force qui "tire" la profondeur vers le bas, l'avion bascule autour de son axe de tangage, le nez se lève. Cette force s’appelle la déportance.

42. EFFET PRIMAIRE SUR L’AXE DE ROULIS La rotation autour de l'axe de roulis fait s'incliner l'avion à droite ou à gauche. • Les gouvernes associées sont les ailerons. Côté aile haute, l’aileron se baisse et côté aile basse, l’aileron se lève. • La commande de vol associée est le manche que l’on déplace à gauche ou à droite.

43. Action sur le manche à gauche/à droite Des câbles, par l'intermédiaire de guignols, de poulies et de renvois, agissent sur les ailerons de telle façon que lorsqu'un aileron s'abaisse, l'autre se lève

44. Action sur le manche à gauche/à droite Mouvement du manche vers gauche ou droite Mouvement des ailerons Si l'un s'abaisse, l'autre se lève (braquage différentiel)

45. EFFET PRIMAIRE SUR L’AXE DE LACET • La rotation autour de l’axe de lacet fait pivoter l’avion à gauche ou à droite. • La gouverne associée est la gouverne de direction. • Les commandes de vol associées sont les palonniers.

46. Action sur les palonniers Mouvements des palonniers Déplacement direction Si l'on appuie avec les pieds sur le palonnier gauche ou droit . . . . .

47. Action sur les palonniers Filets d'air Rotation de l'avion autour de son axe de lacet Portance de la dérive Incidence direction

48. SERVO-COMMANDES Système de compensation musculaire Sur les avions de masses plus importantes, afin de limiter les efforts à fournir pour déplacer les gouvernes, des servo-commandes hydrauliques sont intercalées entre les câbles de commandes et les gouvernes. Une force de quelques grammes exercée en entrée de la servo-commande permet d'exercer en sortie plusieurs centaines de kilogrammes Afin de ne pas dépasser les efforts maximum compatibles sur le braquage des gouvernes, un système dit de "compensation musculaire" ré-introduit un effort à produire pour déplacer la gouverne lorsque la vitesse augmente.

49. SERVO-COMMANDES Sur les avions modernes, les câbles de commandes sont remplacés par une liaison analogique entre la position du manche demandée par le pilote et un servo-moteur qui positionne la gouverne en fonction de la demande. Le calculateur traite les informations en provenance de la position du manche, de la position initiale de la gouverne, de la vitesse avion et de son incidence. • Ainsi : • si la demande à cabrer dépasse l'incidence de décrochage, l'ordre n'est plus transmis à la gouverne, • si l'ordre à piquer fait dépasser la vitesse maximum de l'avion , l'ordre n'est également plus transmis.

50. Le tableau de bord Notions d’ergonomie • L’auvent supérieur pilote regroupe: • des témoins indicateurs de fonctionnement, • la commande de la balise de détresse, • les rhéostats d’éclairage de la planche de bord, • les interrupteurs de feux et phares.