8-6 Instruments (motoplaneurs)

Instruments

Altimetre

L'altimètre indique l'altitude de l'aéronef en mesurant la pression statique de l'air. La pression statique est d'environ 1013hPa (=environ 1bar) et diminue lorsque l'altitude augmente. Il est donc possible de déterminer l'altitude grâce à la mesure de la pression, on l'appelle altitude-pression. A proximité du sol, la pression diminue de 1hPa à chaque fois que l'altitude augmente de 8.5m (=28ft).

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  Description d'un altimètre. Noter le bouton de réglage en bas à gauche. L'indication ici est 380m.

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  La capsule anéroïde de l'altimètre change de forme en fonction de la diminution de la pression statique, et actionne une aiguille indicatrice.

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  Abaque de la pression en fonction de l'altitude (environ 1013hPa au sol).

Une des difficultés est de pouvoir mesurer la pression statique sur l'aéronef lorsqu'il est en mouvement. Les prises de pressions statiques de l'aéronef sont placées parallèlement à l'écoulement de l'air (pour ne pas être perturbées par la vitesse), de chaque côté du fuselage (pour annuler les effet d'une rafale ou d'un dérapage), dans des zones de pression neutre (éviter les zones au dessus/dessous de l'aile). Un planeur dispose entre 2 et 4 prises de pressions statiques, reliées entre-elles à l'intérieur du fuselage, et connectées à l'altimètre.

La mesure de l'altitude grâce à la pression comporte un certaine imprécision due à :

• La qualité des sondes de pressions statiques sur l'aéronef.
• La qualité de l'instrument : frottements mécaniques, sensibilité de l'instrument à la température, usure...
• L'écart de température par rapport à l'atmosphère standard. En air plus froid que la normale, l'aéronef est en réalité plus bas que l'altitude-pression indiquée. Cette erreur est ignorée pour la gestion de trafic aérien (tous les altimètres ont la même erreur), et peu importante pour le vol en planeur (vol à vue, la proximité d'un éventuel relief sera bien identifié par le pilote). L'erreur est d'environ 0.4% par degré d'écart (exemple : si 10° plus froid, 4% plus bas que l'altitude-pression indiquée).

Les différentes références barométriques :

1. Les différentes références barométriques utilisables(QNH, QFE et 1013,25)

Variomètre

Le variomètre mesure la variation de la pression statique de l'air entre le moment actuel, et le moment 3 à 8 secondes avant. Si l'aéronef change d'altitude entre ces deux moments (montée, descente, rencontre d'une ascendance...), le variomètre indiquera un taux de monté ou de descente en mètre par secondes (m/s) ou en pieds par minutes (ft/min).

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  Variomètre gradué en m/s. Noter la couronne mobile appelée "anneau Mc CREADY".

• Le variomètre est basiquement connectées aux prises de pressions statiques de l'aéronef. Il indique les variations d'altitudes.
  • le variomètre aide le pilote à détecter les ascendances (valeur positive au variomètre), mais il peut être trompé par son propre pilotage : Si le pilote ralenti brusquement ("tire" sur le manche) le planeur gagne de l'altitude et le variomètre indique une valeur très positive alors qu'il n'y a aucune ascendance.
• Il existe une seconde possibilité de brancher le variomètre, sur une sonde de pression dite compensée ou à énergie totale. En plus d'indiquer les variations d'altitudes (ou variation d'énergie potentielle), il prend en compte et déduit les variations de vitesses (ou variation de l'énergie cinétique). Ainsi, si l'altitude varie à cause d'une action du pilote dans le but de faire augmenter ou diminuer sa vitesse (le pilote "pousse" ou "tire" sur le manche), l'aiguille du variomètre à énergie totale ne bouge quasiment pas. Le variomètre à énergie totale ne tiens pas compte des conversions entre énergie potentielle (altitude) et énergie cinétique (vitesse) réalisées par le pilote, mais indique les variations de leur somme, les variations d'énergie totale.
  • Si la vitesse augmente grâce à un apport d'énergie extérieur, comme l'accélération au décollage (avion remorqueur, treuil, motoplaneur...), le variomètre à énergie totale indiquera une valeur positive car l'énergie totale augmente !
• Il existe un troisième type d'indication dit variometre netto qui implique souvent un traitement électronique des données. Il s'agit d'un mode qui affiche la vitesse verticale de la masse d'air qui entoure l'aéronef, en ignorant le taux de chute propre du planeur
  • on parle de variomètre "Net" du taux de chute du planeur.

Le fonctionnement interne d'un variomètre est similaire à celui d'un altimètre sur lequel une fuite calibrée permet de ré-équilibrer les pressions entre l'intérieur et l'extérieur de la capsule en 3 à 8 secondes. Les variomètres doivent contenir une grande quantité d'air pour être précis, ce sont des instruments relativement gros. Pour faciliter leur intégration dans le tableau de bord, les fabricants d'instruments propose des variomètres petits pour lesquelles une bouteille additionnelle déportée est nécessaire.

PHOTO bouteille, et antenne de compensation

Le variomètre peut être équipé d'un anneau appelé anneau de McCready qui indique la vitesse de croisière optimale dans des conditions données :

• Il possède une origine (triangle blanc),
• Il est gradué avec différentes vitesses de vols, en fonction des performances du planeur.

L'utilisation de l'anneau de Mc CREADY est détaillé au chapitre XXXXXX

L'indication donnée par le variomètre souffre de quelques biais :

• Le retard de l'indication : le vario indique ce qu'il s'est passé durant les 3 à 8 secondes avant. Lorsque l'aiguille affiche une ascendance, cela fait déjà plusieurs secondes que le planeur y est entré. Le pilote doit prendre en compte ce retard pour prendre les bonnes décisions.
• La sensibilité aux rafales : suivant le type de branchement utilisé (vario classique ou a énergie totale), une rafale de vent de face peut être traduite par une brève indication positive. Le pilote doit se fier à ses sensation pour différencier une rafale de vent d'une véritable ascendance.
• La sensibilité au dérapage: Un vol en dérapage peut occasionner une indication au variomètre trompeuse.

Indicateur de vitesse air

L'anémomètre (parfois appelé « badin » en France du nom de son inventeur, Raoul Badin) indique la vitesse air par une mesure de la pression dynamique. En effet, la vitesse de l'aéronef est en relation directe avec la pression dynamique due à la vitesse. Cette mesure implique de faire la différence entre la pression totale et la pression statique :

• ${\displaystyle{\displaystyle Pression~{}dynamique=Pression~{}totale-Pression~{}statique;P_{d}=P_{t}-P_{s}}}$

Une fois la pression dynamique obtenue, la vitesse peut être déduite par calcul (formule donnée pour information) :

• ${\displaystyle{\displaystyle P_{d}={\frac{1}{2}}\rho V^{2}}}$, d'où ${\displaystyle{\displaystyle V={\sqrt{\frac{2(P_{d})}{\rho}}}}}$

La vitesse est affichée sur un cadran en Noeud ou en kilomètre par heure. Ce dernier comporte obligatoirement des indications de couleurs permettant de se rendre compte très facilement des limitations de l'aéronef  :

• l'arc vert indique les conditions normales de vol de l'aéronef;
• l'arc jaune les vitesses interdites en air turbulent ;
• l'arc blanc la plage de sortie des dispositifs hypersustentateurs ;
• enfin, le trait rouge indique la vitesse limite (VNE :velocity never exceed).

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  Indicateur de vitesse air, avec les indications de couleur.

L'anémomètre affiche la Vi pour Vitesse Indiquée (IAS pour Indicated Air Speed en anglais). Cette vitesse est souvent suffisante pour le pilote de planeur malgré qu'elle soit entachée de quelques érreurs. Les autres vitesses utilisées sont :

• Vc pour Vitesse Conventionnelle (CAS pour Calibrated Air Speed en anglais) : C'est la Vitesse indiquée corrigée des erreurs de position des sondes de pression et des erreurs d'instrument. Lorsque besoin, le manuel de vol explique la façon de déduire la Vc depuis la Vi;
• Vv pour Vitesse Vrai (TAS pour True Air Speed en anglais): C'est la Vitesse conventionnelle corrigée des écarts de pression et température par rapport au niveau de la mer.;
• Vp pour Vitesse Propre : C'est la composante horizontale de la Vitesse vrai. En vol en palier, la vitesse vrai et la vitesse propre sont égales.
• Vs pour Vitesse sol (GS pour Ground Speed en anglais): On applique les effets du vent sur la Vitesse Propre pour obtenir la vitesse sol.

L'indication de vitesse air affichée sur l'anémomètre peut être erronée notamment par :

• La qualité de la sonde de pression totale : elle peut être perturbé par la présence d'un câble de remorquage, par le souffle de l'hélice.
• La sensibilité au dérapage: Un vol en dérapage peut occasionner une indication de vitesse air fausse voire nulle.

Indicateur de température air

Parfois, un indicateur de température extérieur est présent dans la cabine. Cette indication est obligatoire lorsque l'aéronef dispose de water-ballast, ces derniers doivent être vide pour voler à des températures négatives. La mesure de la température peut se faire par de multiples moyens (bilame, thermomètre à alcool...), dont certains nécessitent une source d'énergie électrique (Thermomètre électronique. La mesure de température sur un aéronef en mouvement est toujours légèrement supérieur à cause de la vitesse d'impact (du nombre de mach). C'est la température totale mais elle considérée identique à la température statique pour le vol en planeur.

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  Indicateur de température extérieure sur un tableau de bord. Ici -5°C.

Magnétisme : le Compas à lecture directe

Le compas est un instrument de bord permettant de mesurer la direction en utilisant le champ magnétique terrestre. Son fonctionnement est similaire à celui d'une boussole. Le pilote peut lire le cap grâce à une boule magnétique qui s'aligne avec le champ magnétique de la terre. Les indications sont très souvent graduées en dizaines de degrés : 3 = 30° ; 27 = 270°...etc. La boule baigne dans un liquide pour amortir ses oscillations.

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  Compas magnétique aéronautique.

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  Le cap compas indiqué est de 45°.

L'interprétation du changement de cap peut être contre-intuitive : Sur l'image ci-dessus, pour s'aligner sur le cap compas 30° il faut virer vers la gauche ! En effet, la boule magnétique est toujours alignée avec le champ magnétique terrestre. C'est l'aéronef qui bouge autour de la boule magnétique. Ce phénomène est facilement compréhensible en vol.

Le compas est un instrument simple, mais les caractéristiques de l'indication du compas nécessitent des corrections. Elles sont détaillées au chapitre Navigation 9.2 Magnétisme et compas. Afin d'obtenir la vrai direction, les erreurs de déclinaison et de déviation doivent être retirées par calcul :

${\displaystyle{\displaystyle Vrai~{}direction=Direction~{}indiquee~{}compas+Correction~{}Declinaison+Correction~{}Deviation}}$

Le compas mesure la direction du champ magnétique là où il se trouve. Tout éléments qui génère un champ magnétique peut l'influencer, il en résultera une indication de direction très erronée. Le pilote doit prendre les précautions nécessaires pour garantir la bonne indication du compas :

• un aimant placé à proximité d'un compas : des aimants sont présents dans les casques utilisé dans les aéronefs, les téléphones...
• les systèmes électriques de l'aéronef génèrent divers champs magnétiques dû à la circulation du courant électriques dans les câbles. Le fonctionnement de certaines servitudes électriques peut donc influencer le compas.
• les masses métalliques ferromagnétiques, même sans être des aimants, posent problèmes. Un stylo qui possède un corps métallique à proximité immédiate d'un compas rend son indication fausse.

Enfin, le compas indique une valeur correcte en ligne droite en l'absence de turbulence importante. Il ne faut pas prendre en compte l'indication d'un compas :

• lors d'un virage;
• lors de turbulences importantes.

Utilisation et exploitation du compas lors des navigations au chapitre Navigation 9.2 Magnétisme et compas

Instruments gyroscopiques

Les instruments gyroscopiques sont très rarement utilisés pour le vol de loisir, et presque jamais en planeur ou motoplaneur. Ils permettent d'indiquer un horizon artificiel ou d'indiquer un taux de virage taux de virage. L'utilisation de ce genre d'instrument nécessite un apprentissage : ces appareils nécessitent réglages et recalages réguliers. Ces instruments ont besoin d'une alimentation électrique ou pneumatique pour faire tourner le gyroscope à haute vitesse.

ATTENTION : Les applications représentant un horizon artificiel sur tablette ou smartphone peuvent induire en erreur. L'indication d'horizon fournie par ce système se base généralement sur une mesure de l'accélération. L'indication n'est juste que lorsque l’appareil est immobile, ou sur une trajectoire rectiligne à vitesse constante. Ceci qui rend son usage inapproprié et dangereux pour le vol.

Systèmes de communication orale par VHF

Le système de radio-communication à bord des planeurs permet d'échanger une conversation orale à tout moment du vol. Il est composé :

• d'un poste de radio installé au tableau de bord,
• d'une antenne VHF, généralement installée dans le fuselage.
• d'un bouton poussoir pour émettre un message, appelé Alternat ou PTT (Push To Talk en anglais), présent généralement sur le manche de pilotage,
• d'un micro pour émettre et d'un haut parleur pour recevoir les messages.

De nos jours, tous les aéronefs sont équipés de radio VHF. Suivant la zone d'évolution ou le type d'évolution, le pilote peut régler son poste sur une fréquence particulière permettant des échanges oraux avec d'autres personnes comme un contrôleur aérien, les autres aéronefs en auto-information, le conducteur d'un treuil lors d'un lancement...etc

Les différents utilisateurs présents sur une même fréquence émettent et reçoivent sur la même fréquence radio. Ceci a trois conséquences :

• lorsqu'une station émet, toutes les autres stations entendent son message ;
• si deux stations émettent en même temps, leurs messages se recouvrent (interfèrent) et sont inaudibles;
• une station ne peut pas émettre et écouter en même temps.

On applique donc le principe de l'alternat : chaque station parle à tour de rôle, une station ne prend la parole que lorsque la station qui parle a terminé son message. De plus, les échanges verbaux utilisent une codification et un vocabulaire spécifique afin de faire les messages les plus efficaces possibles, il s'agit de la phraséologie radio, détaillée au paragraphe XX.

Utilisation :

1. Le pilote souhaite voler dans une zone où une fréquence radioVHF est indiquée par sa carte;
2. Il entre la fréquence sur son poste de radio, et vérifie que le réglage de son volume en réception est suffisant;
3. Le pilote contacte la fréquence et se signale en commençant par "bonjour..."
4. Le pilote veille la fréquence, répond aux sollicitations et passe ses propres messages.
5. Lorsqu'il souhaite quitter la fréquence, le pilote quitte la fréquence en finissant par "...au revoir"

Le système de radio VHF utilise la gamme de fréquences VHF de 118 à 137 MHz (donc une portée optique). Les canaux sont aujourd'hui espacées de 0,00833 MHz. La puissance émettrice et la sensibilité en réception des postes embarqués dans les planeurs permet normalement une liaison de 40km minimum (en respectant les conditions de la [9-7_Propagation_des_ondes_radio_(motoplaneurs)|portée optique]). La radioVHF nécessite une source d'énergie électrique, elle consomme environ 10 fois plus en émission qu'en réception.

Lorsqu'il ne reçoit pas un fort signal émit par un autre utilisateur, un poste de radio reçois en permanence un bruit de fond de très faible puissance, se traduisant par un bruit ressemblant à des parasites en permanence sur le haut parleur. Ce bruit permanent est pénible pour le pilote. Pour l'éliminer, les fabricants ont inventé le Squelsh qui permet d'éteindre le haut parleur en dessous d'un certain de niveau de puissance reçue :

• Au dessus d'un certain niveau de puissance (cas d'un message émit par un autre utilisateur), les signaux reçus sont audibles dans le haut parleur
• En dessous d'un certain niveau de puissance (le cas du bruit de fond), le haut parleur est éteins.

Il est intéressant de savoir désactiver le Squelsh pour vérifier/ajuster le volume sonore lorsque personne ne parle, ou lorsque que l'on essaye de recevoir un émetteur lointain dont la puissance reçue est faible.

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  Vue d'ensemble de l'installation radio VHF dans un planeur.

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  Dans les planeurs motorisé, un casque peut être utilisé pour le confort.

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  Poste de radio installé dans un planeur. Noter le bouton "SQL" pour désactiver le Squelsh.

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  Carte au 1/500 000ème du SIA autour de Limoges. Source Géoportail

Systèmes de positionnement Transpondeur

Le fonctionnement du système de positionnement par Radar Secondaire + transpondeur est détaillé au module 9, chapitre 8 : Radar primaire et radar secondaire.

Système anticollision FLARM

Afficheur du Flarm indiquant un planeur légèrement au dessus vers 10-11heures

© Copyright article original par les auteur(s) de Wikipédia, adapté ici pour le vol en planeur - Cet article est sous CC BY-SA 3.0

Le système anticollision Flarm est un dispositif électronique destiné à alerter les pilotes en vol à vue d'un risque de collision avec un autre aéronef lui aussi équipé d'un système Flarm ou avec un obstacle référencé dans une base spécifique (câble, antenne...). Le Flarm (dont le nom est inspiré de flight alarm : alarme de vol), détermine sa position et son altitude à par GPS et estime sa future trajectoire dans les prochains instants, prenant en compte notamment la vitesse. L'appareil diffuse par radio de façon codée deux fois par seconde les information, et capte les autres FLARM dans un rayon d'environ 3−5 km. L'appareil compare les positions prévisionnelles et détecte les conflits de trajectoire potentiels pour prévenir l'équipage à l'aide d'alertes visuelles et sonores. Le flarm est très adapté notamment pour le vol en planeur parce qu'il génère très peu de fausse alarme, même si la densité de planeur est importante. Cependant la faible portée du système le rend peu compatible avec des aéronefs rapides.

Le Flarm nécessite une alimentation électrique mais est économe en énergie. Le système Flarm se compose :

• d'un boitier principal regroupant l'unité de calcul centrale,
• d'une antenne GPS, qui doit garder la vue du ciel pour garantir son fonctionnement,
• d'une antenne radio, dont la qualité de l'installation est critique pour le fonctionnement du système,
• d'un afficheur pour indiquer les alarmes au pilote.

Utilisation :

1. Le pilote allume le Flarm (LED "Power allumée"), la suite est complètement automatique ;
2. Une fois la position GPS acquise (LED "GPS" allumée), le Flarm diffuse les informations par radio (LED "TX" allumée);
   1. Note : Tant que les LED "Power", "GPS" et "TX" ne sont pas allumées, le Flarm ne fonctionne pas.
3. Le Flarm reçois les informations d'un autre appareil équipé (LED "RX" allumée), et réalise les calculs de trajectoires;
4. Dans le cas où un conflit de trajectoire est décelé, une alarme sonore et visuelle est transmise au pilote via l'afficheur.

Limitations du système Flarm :

• Le système ne fonctionne qu'avec les autres aéronefs équipés ;
• Le système n'indique que l'alerte la plus importante dans le cas d'un rapprochement multiple ;
• Le système réalise les calculs avec des trajectoires sol (position GPS), l'indication "midi" à l'afficheur correspond à la route suivi, et non au cap. Dans des conditions de forte dérive, ce paramètre doit être pris en compte pour rechercher le trafic dans la bonne direction ;
• Qualité du matériel : la panne de batterie, l'installation des antennes, la mise à jour.. peuvent être des paramètres temporairement défaillants.

De façon secondaire, l'appareil est capable de conserver la trajectoire de vol, permettant l'analyse d'un vol après l’atterrissage à but pédagogique ou pour la participations à des compétitions sportives (Netcoupe, OLC...). Les positions des aéronefs équipés de Flarm peuvent aussi être reçus à plusieurs dizaines de kilomètres par des récepteurs sol munis d'une antenne plus performante, et alimenter un suivi en temps réel sur les sites internet spécialisés utilisant le réseau OGN (Open Glider Network) comme live.glidernet.org ou glidertracker.de. Le FLARM peut également être utilisé en recherche et sauvetage pour retrouver la trace d'un aéronef disparu à partir des enregistrements des autres aéronefs équipés ou des stations sols.

Depuis le 12 mai 2012 Fédaration Française de Vol en Planeur rend l'emport d'un Flarm obligatoire pour les aéronefs déclarés par les associations affiliées ou reconnues par la fédération et ceux de leurs propriétaires privés licenciés à la FFVP.

Instruments intégrés : affichages électroniques

1. Conception, différentes technologies et limitations

Systèmes d’indication

Différents types, conception, utilisation, caractéristiques et précision

1. Indicateur de pression
2. Sondes de température
3. Jauge de carburant
4. Débitmètres
5. Transmetteur de position
6. Tachymètre
7. Alarme de décrochage