8- Aéronefs (motoplaneurs)

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Cellule

Principaux composants de la cellule d'un motoplaneur

La cellule d'un aéronef est l'ensemble des composants, à l'exclusion du moteur et de l'instrumentation de bord. L'ensemble des composants de la cellule permettent de répondre à tous les besoins du vol : écoulement aérodynamique, résistance, contrôle de la trajectoire, emport de passagers, déplacement au sol...etc. Suivant la volonté du concepteur du planeur, ce dernier peut être optimisé pour le vol lent, le vol rapide, ou encore pour les vols écoles. Les connaissances détaillées ici permettent au pilote de comprendre le rôle de chaque composant, aussi bien au sol (visite technique pré-vol) qu'en vol (technique de pilotage...)

Ailes

Planeur Ventus2, aile se terminant par des winglets, en cours de largage de l'eau contenu dans ses ballasts.

L'aile a pour rôle principal de générer de la portance. L'avant arrondi de l'aile est appelé bord d'attaque et l'arrière effilé le bord de fuite. La surface du dessus de l'aile est appelée extrados et la surface du dessous est appelée intrados.

L'aile se compose de la demie-aile gauche et la demie-aile droite. Ces demie-ailes sont amovibles, attachées l'une à l'autre par une ou deux clefs d'aile, elles emprisonnent le fuselage et s'y accroche par 4 pions qui supportent les éfforts. Chaque demie-aile abrite également un certain nombre de commandes telles que des ailerons, des aérofreins et éventuellement des volets. De plus, il peut y avoir des réservoirs de carburant, ou d'eau (ballasts). De nos jours, les extrémités de l'aile (le saumon) incurvées vers le haut sont appelée winglet et augmente les performances. En dessous du saumon, un patin ou une petite roulette permet de protéger l'aile lorsqu'elle frotte au sol.

La structure essentielle d'une aile se compose :

d'un longeron qui supporte les efforts
de nervures qui donnent la forme du profil d'aile.
d'un revêtement non-travaillante (toile) ou travaillante (matériaux composites)
d'un système de connexion et d'attache au fuselage (Pions et clefs d'aile).

Vocabulaire d'une demie-aile. Le même vocabulaire est utilisé pour tous les autres composants aérodynamiques avec profils (empennages, hélice...).
Structure d'une demie-aile simple.

L'aile doit supporter les efforts statique de portance et de trainée, et leurs variations lors du braquage des ailerons, des volets et des aérofreins. Plus difficile à appréhender, elle doit aussi avoir une certaine rigidité en torsion, ce qui influe fortement la vitesse maximum de l'aéronef, car plus l'aile est rigide et plus le phénomène néfaste de flutter (résonance entre la flexion et la torsion : le flutter) surviendra à une vitesse élevée.

Fuselage

Exemple de fuselage de planeur en structure métallique

Le fuselage contient le cockpit, le train d'atterrissage, et éventuellement le Groupe Moto Propulseur. De solides pions d'ancrages permettent de porter le fuselage entre les deux demie-ailes. Le fuselage se prolonge vers l'arrière (poutre de queue) pour servir de point d'ancrage aux empennages, relativement loin du centre de gravité de l'aéronef. Le fuselage peut contenir un réservoir de carburant.

Structure d'un fuselage simple

La structure essentielle d'un fuselage se compose :

de cadres et de lisses formant une structure
d'un revêtement non-travaillante (toile) ou travaillante (matériaux composites)
d'un système de connexion et d'attache des ailes et de l'empennage horizontal (Pions).
du train d'atterrissage
du Groupe Moto Propulseur et les éléments pour le mettre en œuvre (carburant...)

Le fuselage doit supporter les efforts lié à la charge utile (pilote, bagage), les efforts de traction du moteur (ou du câble de remorquage/treillage) et les efforts aérodynamiques des empennages. Ces derniers peuvent être très important à haute vitesse, le braquage des commandes est d'ailleurs limité à un tiers du débattement total au delà d'une certaine vitesse. Au niveau du train d'atterrissage, le fuselage doit être renforcé pour supporter la charge de l'aéronef lorsqu'il touche le sol et qu'il roule au sol.

Cockpit

Le cockpit ou poste de pilotage désigne l'espace réservé au pilote, son copilote. Il contient toutes les commandes et les instruments nécessaires au pilotage de l'appareil. Pour s'adapter à la taille du pilote, le siège ainsi que les palonniers peuvent être réglables. Dans le cas contraire des cousins spécifiques peuvent être utilisés. Le pilote est sanglé au siège par une ceinture de sécurité à déverrouillage rapide contenant 4 points (2 ventrales et 2 bretelles). Les planeurs de catégorie A (Acrobatique) disposent obligatoirement d'un cinquième point entre les jambes.

Les commandes de vols sont identifiés par des couleurs. Le rouge est réservé aux commandes d'urgences comme par exemple le largage de la verrière pour l'évacuation en vol. Une commande de couleur rouge ne doit normalement pas être manipulée en situation normale. Un cas particulier existe dans le cas où la commande d'ouverture normale de verrière (couleur blanche) est la même que la commande de largage de la verrière (couleur rouge), la couleur de la commande sera alors rouge.

Description d'un cockpit simple. Noter la couleur normalisée des commandes. Les commandes non représentées (train d'atterrissage, volets de courbure, réglage palonnier...) sont de couleur noire.

Le planeur est conçu pour voler avec un pilote d'une certaine masse (généralement entre 70 et 110kg parachute inclus). Si le pilote est trop lourd, il n'a pas d'autre choix que de maigrir ! mais si il est trop léger, des masses additionnelles appelée vulgairement geuses peuvent être utilisées. Deux types de masses existes : Une masse à placer sous le pilote (de l'équivalent de ce qu'il manque au pilote pour atteindre la masse minimum) ou des masses prévues par le constructeur placées à l'avant du cockpit (la masse à ajouter est alors plus faible car le bras de levier par rapport au centre de gravité est plus grand).

Empennages horizontal et vertical

Les empennages situés à l'extrémité arrière du fuselage sont utilisés pour la stabilité du vol et pour le contrôle autour de deux des trois axes. Un empennage se compose d'une partie fixe et d'une gouverne permettant d'agir sur la trajectoire. Dans certains cas, il n'y qu'une seule grande partie mobile que l'on appel alors empennage monobloc. L'empennage horizontal est utilisé pour la stabilité longitudinale autour de l'axe de tangage, l'empennage vertical est utilisé pour la stabilité et le contrôle autour de l'axe de lacet. L'empennage horizontal est amovible dans le but de pouvoir transporter le planeur en remorque.

L'empennage horizontal peut être classique et fixé à la base de la dérive au niveau du fuselage, ou conçu comme un empennage en T et fixé en haut de la dérive. Une forme plus rare est l'empennage en V, dans laquelle deux surfaces de stabilisation et de contrôle inclinées fonctionnent ensemble comme gouvernail et profondeur. La trainée d'un tel montage est plus faible mais la construction et le pilotage est complexe.

Empennage en "V". Siren C.30S Edelweiss, au Musée régional de l'air d'Angers-Marcé (France)
Empennage horizontal classique, monté sur le fuselage.
Empennage horizontal en "T", monté en haut de l'empennage vertical

La structure des empennages reprend les principes de construction d'une aile. L'empennage vertical peut contenir un système pour lester la queue du planeur (avec de l'eau ou avec des masses en plomb) pour ajuster le centrage de l'aéronef. Seul l'empennage horizontal se démonte dans le but de placer le planeur en remorque.

Les empennages génèrent des efforts qui vont permettre de stabiliser et diriger le planeur. La poutre de queue est fortement sollicitée car elle transmet l'ensemble des efforts au reste du planeur. Aussi, l'empennage horizontal ne permet pas de manipuler l'aéronef au sol et le pilote devra s'interdire d’exercer des efforts importants sur ce dernier.

Gouvernes de vol et de contrôle

Animation de l'effet des différentes gouvernes dans un aéronef

Une gouverne est une surface mobile permettant de diriger l'aéronef. A chacun des 3 axes est associé une gouverne, actionnée par une commande dans le cockpit :

Axe de tangage : Gouverne de profondeur actionnée par le manche d'avant en arrière
Axe de roulis: Les ailerons actionnés par le manche de droite à gauche
Axe de lacet : Gouverne de direction actionnée par les palonniers

Ces gouvernes sont construites selon les mêmes principes que la voilure et les empennages (longeron, nervure, revêtement...). Elles sont reliées à l'aéronef par un axe d'articulation, et actionnées par une commande. Le concepteur s'arrange pour l'effort nécessaire pour actionner la gouverne soit compatible avec l’effort que peut fournir un humain : ni trop fort, ni trop faible.

Aussi, une gouverne doit absolument être stable dans l'écoulement et ne jamais se mettre à osciller d'elle-même. Cette condition est rempli lorsque le centre de gravité de la gouverne est situé en avant de son articulation. Le constructeur de l'aéronef peut recourir à des contrepoids placés à l'avant de la gouverne pour y parvenir. Il faut veiller à conserver cette condition, notamment lors des petites réparations sur une gouverne. Le constructeur limite parfois l'ajout de masse au bord de fuite d'une gouverne à seulement quelques grammes !

Techniques de construction

Les techniques de construction des planeurs sont nées de l'histoire et des avancés technologiques. Les premières se basaient sur une structure solide qui assure la résistance de la cellule, recouverte d'une peau qui assure l'écoulement aérodynamique optimal (notamment les structures en bois recouvertes de toile, ou en tubes d'aciers recouvertes de toile). Est arrivé ensuite les peaux rigides : une mince feuille de contreplaqué rigide ou d'aluminium rigide remplace la toile. La structure peut être allégée car la peau mince contribue à la résistance, et sa rigidité permet l'éviter la déformation des profils dus aux efforts aérodynamiques qui s'exercent. Enfin, l'avènement des matériaux composites ont permit l'élaboration de structure monocoque (ou semi-monocoque) : la peau seule est capable d'absorber les efforts nécessaire et il n'y a quasiment plus de structure. De telles structures quasi-monocoques sont réalisées avec des matériaux composites : il s'agit de tissus résistants (à base de fibre de verre, de carbone, d'aramide...) noyées dans une résine (souvent de la résine époxy pour les planeurs). La haute résistance de ces matériaux composites permet de concevoir des ailes mince. La fabrication dans un moule permet la mise en forme très précise de la peau. Les performances sont alors optimales.

Quatre types de construction: (1)Structure + revêtement souple, (2)Structure allégée + revêtement travaillant, (3)Construction monocoque, (4)construction Semi-monocoque.

Structure d'une aile avant d'être recouverte par un revêtement de type toile.
Fuselage semi-monocoque

Les pièces en composites

Les pièces en composites sont faites de tissus imprégnés de résine. Le tissus lui-même peut être fabriqué à base de fibre de verre, de fibre de carbone ou de fibre d'aramide, de différentes grosseurs, et tissées suivant différentes armures. L'orientation de chaque couche et le nombre de couche de tissus superposées est choisi en fonction des efforts que la pièce doit absorber. Enfin, une pièce peut être conçu en structure sandwich pour augmenter la rigidité des grandes surfaces. Pour le pilote, il est important de noter qu'un défaut dans une peau d'une structure monocoque ou semi-monocoque a potentiellement un impact sur la solidité de l'aéronef. Pour le mécanicien, une réparation nécessitera de connaître avec précision toute la composition de la peau.

Tissus de verre (blanc) et tissus de carbone (noir).
Tissus en aramide (plus connu sous le nom de Kevlar).
Peau de fuselage en sandwich nid d'abeille dans la partie inférieure de la photo.

Assemblages démontables à sécuriser

Les assemblages démontables peuvent être réalisés par des vis, des écrous, des pièces clipsés ou encore par un simple axe. Il est impératif que ces assemblages ne puisse jamais se défaire d'eux même sous l'effet des variations de températures et des vibrations. Les constructeurs appliquent alors des techniques pour sécuriser de manière absolue les assemblages critiques de l'aéronef. Certains éléments sont à vérifier lors de la visite pré-vol, notamment les branchements rapides des commandes de vol entre les ailes et le fuselage, et entre le fuselage et la plan fixe horizontal.

Écrou à créneaux, la goupille sécurise et empêche le desserrage
Ecrou nylstop, une bague en nylon frotte fortement et empêche l'écrou de tourner librement.
Frein filet, une colle spéciale qui sèche après le serrage de la vis.
Une goupille fendue qui empêche l'axe de sortir de son articulation.

Conceptions, charges et contraintes

L'aéronef est conçu pour générer une portance afin de transporter un ou deux pilotes de planeur. Pour accomplir ce rôle, la cellule absorbe des efforts important et doit rester la plus légère possible : chaque kilogramme économisé grâce aux astuces du concepteur permettra d'améliorer les capacités ou les performances de l'aéronef. Les efforts appliqués à la cellule d'un aéronef sont de différentes natures. Le pilote de planeur doit pouvoir appréhender quelques notions afin de participer -a son niveau- à la préservation et à la surveillance du matériel.

Les bases de la résistance des matériaux

Note : la notion de contrainte est écartée par soucis de simplification

Une pièce qui subit des efforts se déforme. On parle de déformation élastique si le matériau reprend sa forme initiale lorsque la sollicitation disparaît. Si les efforts dépassent une certaine limite, on parle de déformation plastique et le matériau ne reprendra plus sa forme initiale lorsque la sollicitation disparaît, il subsiste une déformation permanente. Si les efforts sont encore plus fort, c'est la rupture.

Dans un aéronef, la cellule est conçue pour ne jamais dépasser le stade de la déformation élastique. Si une pièce est déformée de manière permanente ou qu'elle présente des micros ruptures, cela signifie qu'elle a subit une surcharge. Un mécanicien doit alors inspecter et réparer l'aéronef.

Des anomalies peuvent également survenir par phénomène de fatigue : la variation de l'effort, même à des niveaux bien plus faibles que ceux pouvant provoquer sa rupture, peut à la longue provoquer sa rupture. Pour cette raison, des visites d'inspections sont menées régulièrement et certaines pièces sont remplacées à des échéances prévues à l'avance.

Les principaux efforts sur l'aéronef

Flexion du longeron de l'aile

C'est une contrainte bien connue : en vol, l'aile fléchie vers le haut à cause du poids du fuselage. Cette flexion a pour conséquence un effort de traction sur les matériaux qui composent le dessous de l'aile et une compression sur les matériaux qui composent le dessus de l'aile. L’effort est maximal au niveau des emplantures de l'aile. Pour le limiter, le constructeur limite la masse maximum des Éléments Non Portant (ENP = le fuselage + son contenu + les empennages). En effet, le poids des ailes (et donc des réservoirs de carburant dans les ailes, des ballasts d'eau dans les ailes...) n'impacte pas ou très peu la flexion de l'aile.

Sollicitation du longerons maximale au niveau de l'emplanture de l'aile.
La sollicitation augmente si le facteur de charge augmente (ici, en virage à 60° d'inclinaison, le facteur de charge est de 2).

Compression et flambage de la barre de trainée

La trainée s'exerce sur les ailes et la traction au niveau du fuselage. Les demies ailes ont tendance à être tiré vers l'arrière mais sont retenues par une longue entretoise placée dans le fuselage entre les deux demies-ailes au niveau du bord de fuite. Cette longue barre est comprimée et est sujette au flambage. Le point d'ancrage des empennages doit également faire transiter les efforts liés aux empennages.

Compression de la barre de trainée.

Autres efforts sur la cellule

Beaucoup d'autres éléments sont sujet à des efforts importants. Au sol, Les actions d'une personne en bout d'aile doivent être modérés compte tenu du bras de levier que représente la demie-aile : le risque de surcharger la liaison aile/fuselage, le fuselage et la roulette de queue est important. Durant toutes les phases d'un vol, les composant comme l'hélice, le bâti moteur, le train d’atterrissage, les aérofreins...sont fortement sollicité. Ce seront des points d'attentions lors de la surveillance quotidienne réalisé par le pilote lors de la visite pré-vol.

Lors de la manutention au sol, l'aide en bout d'aile doit exercer une force limitée.
Divers composants subissant des charges importantes.

Train d'atterrissage, roues, pneus et freins

Train d'atterrissage

Les fonctions principales d'un train d'atterrissage consistent à permettre les évolutions au sol d'un aéronef. Ces évolutions comprennent les manœuvres de roulage entre les différents emplacements d'un aérodrome (parking, piste...), la course de décollage, l'amortissement de l'atterrissage, et, grâce à un système de freinage associé, l'arrêt de l'aéronef sur une distance acceptable.

Le train d'atterrissage peut être de type fixe ou rétractable. S'il est rétractable, il est rentré à l'intérieur de l'aéronef pendant le vol pour diminuer la résistance aérodynamique et ainsi diminuer la traînée qui affecte le planeur. La commande de manœuvre du train d'atterrissage est noire. Pour certains aéronefs, la vitesse maximum "train sorti", ou la vitesse maximum pour "manœuvrer le train" est limitée (dans la plupart des cas pour éviter d’endommager les trappes de train).

Le train d’atterrissage existe en différentes configurations : train classique, train tricycle, ou train monotrace. Cette dernière configuration est souvent choisie pour les planeurs pour sa simplicité de conception, sa robustesse, et le peu de trainé qu'elle génère. Elle a par contre l'inconvénient de pas pouvoir maintenir le planeur horizontal lorsqu'il est au sol et une aile touche le sol. Ce point peut être corrigé sur les motoplaneurs par l'ajout de balancines sous les ailes qui lui permettent de se déplacer et décoller de manière autonome et sûre, sans créer une forte trainé en vol.

Planeur pur à configuration train monotrace.
Motoplaneur à configuration monotrace + balancines.
Motoplaneur à configuration train classique.
Motoplaneur à configuration train tricycle.

Le contact avec le sol

Roue principale d'un motoplaneur SF28a

Le contact avec le sol peut être assuré soit par un patin, soit par une roue. Un patin est un éléments prévu pour frotter sur le sol, il est simple à construire mais génère une résistance importante si la vitesse est élevée ou si le poids est important. Une roue (composé d'une jante, parfois d'une chambre à air, d'un pneu, et parfois abrite un système de freinage) est plus couteuse et plus complexe mais capable de supporter des charges plus importantes et tout en ayant une faible résistance au roulement. Les trains d’atterrissages des planeurs modernes sont généralement composé d'une ou plusieurs roue pour le train principal, et d'un patin ou d'une roulette pour la queue.

Lors de la visite prévol, le pilote inspecte ces points de contacts avec le sol pour détecter d'éventuelles anomalies (patin abimé, roue dégonflée, pneu usé ou entaillé...)

RG-1 (planor).jpg

Planeur ancien à configuration monotrace équipé d'un patin principal et d'un patin de queue.
Motoplaneur à configuration monotrace, équipé d'une roue principale et d'un patin de queue.
Planeur à configuration monotrace : Roue principale + roulette de nez + roulette de queue.

Contrôle de la direction

Afin de se diriger au sol, il existe plusieurs solutions mises en œuvres dans les planeurs :

Direction par la force aérodynamique sur la dérive : C'est le principe utilisé par la majorité des planeurs purs, actionner la gouverne de direction avec un vent relatif pousse la queue de l'aéronef vers la droite ou la gauche, orientant ainsi le fuselage. La principale limitation de cette méthode est l'impossibilité de se diriger à vitesse faible car l'efficacité de la gouverne est faible si le vent relatif est faible. Dans le cas du planeur pur, les phases de roulage à faible vitesse sont transitoires et très courtes (quelques mètres à l'accélération au décollage, et juste avant l'arrêt lors de l’atterrissage). Cette limitation est donc peu contraignante pour les planeurs purs.
Direction par roue orientable : La roulette de nez (train tricycle) ou la roulette de queue (train classique ou monotrace) est connectée aux palonniers. Elle peut être orientée précisément par le pilote quelque soit la vitesse. Ce principe est utilisé par les motoplaneurs et certains planeurs à dispositif d'envol incorporé.
Direction par freinage différentiel : Lorsque la configuration du train d’atterrissage dispose de deux roues (train tricycle ou classique), les freins de chaque roue peuvent être actionnés individuellement. Ainsi, lorsque le pilote freine uniquement avec la roue droite, l'aéronef s'oriente vers la droite. Ce système est peu utilisé pour le vol en planeur mais peut être présent sur des avions légers utilisés en remorquage.

Les freins

Les freins permettent de ralentir ou immobiliser l'aéronef lorsqu'il est au sol. Il existe différents types de freins (comme le frein à tambour, le frein à disque, ou encore l'ancien frein à sabot qui existe sur certains planeurs anciens) actionnés par un câble ou un circuit hydraulique. La commande de frein de roue peut être actionnée par la commande d'aérofrein (de couleur bleu) après que tous les aérofreins sont sortis, par une manette type "frein de vélo" (de couleur noire) sur le manche, ou encore par une action spécifique aux palonniers.

Les freins des planeurs sont de petites tailles mais leur échauffement peut être intense en cas de freinage fort ou d'anomalie (frein qui "bloque" et freine tout le temps). Les freins modernes sont fait de deux pièces métalliques qui frottent l'une sur l'autre. En cas de surchauffe, il est possible de reconnaitre une odeur de métal brulé, une fumerole ou un rougeoiement du disque. Une surchauffe importante peut mener à l'incendie particulièrement dans des conditions de sècheresse.

Commandes de vol

Commandes de vol primaires

Relations entre les commandes de vol et la rotation autour du centre de gravité de l’appareil
A): aileron, B): manche, C): gouvernail de profondeur, D) gouvernail de direction

Les commandes de vol primaires sont :

La commande de profondeur : Le manche AVANT/ARRIÈRE est connecté à la gouverne de profondeur et permet d'ajuster l'assiette de l'aéronef.
La commande des ailerons : Le manche DROITE/GAUCHE est connecté aux ailerons et permet d'ajuster l'inclinaison de l'aéronef.
La commande de direction : Les palonniers sont connectés à la gouverne de direction et permet de faire tourner l'aéronef autour de l'axe des lacets.

Le circuit de commande permet de transmettre les efforts du pilote, dans toutes les situations autorisées par le constructeur. Par exemple, avec les ailes fléchies vers le bas (au sol, à cause de leur propre poids) ou vers le haut (en vol, à cause de la portance), le plein débattement et la liberté de mouvement est garantie par le constructeur. Toutefois, des éléments extérieurs peuvent impacter le bon fonctionnement du système : un objet étranger qui se glisse sous le siège, un scotch d'étanchéité de gouverne qui vieilli, un mauvais remontage du planeur, l'usure...Pour parer à ces éventualités, le pilote réalise des contrôles lors de la visite prévol : le libre débattement, le plein débattement, et le débattement dans le bon sens des gouvernes.

Commandes de vol secondaires

Le compensateur (trim)

Manette de couleur verte, permet d’exercer un effort permanent sur le la commande de profondeur à la place du pilote. lorsque le pilote souhaite maintenir une assiette différente (longue montée en moto-planeur, longue spirale...). Cette action est fatigante et difficile à maintenir précisément durant un long moment. Le compensateur permet de "régler" le planeur afin qu'il conserve la nouvelle assiette, l'attention du pilote peut alors être porté sur d'autres choses. Deux types de compensateur sont utilisés sur la commande profondeur :

Compensateur aérodynamique. Dans le cas d'une gouverne de profondeur, l'image présente ici un réglage du compensateur à cabrer
Compensateur par boite à ressort. Dans le cas d'une gouverne de profondeur, l'image présente ici un réglage du compensateur à cabrer
Commande de Compensateur du planeur Pegase C101

Les aérofreins

Manette de couleur bleu, elle est connectée à des palettes dans les ailes qui peuvent sortir dans le but d'augmenter fortement la trainé. Le planeur perd de l'énergie plus rapidement. Le pilote utilise les aérofreins soit pour diminuer la vitesse rapidement, soit pour diminuer l'altitude rapidement, soit une combinaison des deux.

Aérofreins d'extrados classique, très courant sur les planeurs modernes
Aérofreins de bord de fuite
Aérofrein extrados + intrados, courant sur les planeurs anciens
Commande d'aérofrein du planeur ASK21

Les volets de courbures

Manette de couleur noire, elle est connectée aux volets situés sur le bord de fuite des ailes.

Lorsque les volets sont braqués vers le bas (braquage positif), la courbure augmente et rend l'aile plus adaptée aux basses vitesses.
Lorsque les volets sont braqués vers le haut (braquage négatif), la courbure diminue et rend l'aile plus adaptée aux hautes vitesses.
La configuration "lisse" (braquage nulle) équivaux à une configuration de l'aile ayant les performances de finesse maximale pour le planeur (a vitesse modérée).

L'utilisation des volets de courbure est plus intense en planeur qu'en ULM ou en avion de tourisme. En effet, le pilote du planeur ajuste très souvent la position des volets en fonction de la phase de vol :

Les volets sont braqués en positif "un peu" pour le décollage : l'objectif est de quitter le sol à une vitesse plus faible, sans trop augmenter la trainé,
Les volets sont braqués en positif pour la prise d'ascendances thermiques (voler moins vite pour avoir un rayon de spirale plus petit),
Les volets sont braqués en négatif suivant 2 ou 3 positions différentes pour la transition entre deux ascendances (voler à des vitesses élevés),
Les volets sont braqués en positif "beaucoup" pour l'approche et l'atterrissage : Augmenter la trainée pour facilité la décente lors de l'approche et atterrir à une vitesse plus faible.

Pour toutes ces situations de vol, les planeurs à volet disposent de 5 à 7 positions de volets différentes! Il faut noter que le braquage des volets change la forme globale du profil de l'aile, les repères de pilotage et notamment l'assiette changent pour chaque position de volets. Si le pilote conserve la même assiette, le planeur ralenti si les volets sont braqués en positif, et le planeur accélère si les volets sont braqués en négatif. Réciproquement, à la même vitesse, les assiettes de vol sont plus piqués avec un braquage positif, et plus cabré avec un braquage négatif (ce comportement peut être utilisé lors des décollages en remorqué : un petit braquage positif pour avoir une assiette plus piqué et une meilleure visibilité vers l'avant)

Dans certains cas, les ailerons peuvent contribuer à la fonction de volet de courbure : on appel une telle gouverne flaperon (une contraction de flap (volets en français) et d'aileron (aileron en français)).

Principes de transmission de l’effort du pilote

Les commandes de vol d'un aéronef englobent l'ensemble des dispositifs présent dans le poste de pilotage et leurs liaisons mécaniques, hydrauliques ou électriques qui permettent d'agir sur les gouvernes. Les manettes de commande des moteurs, les systèmes d'assistance au pilotage en font partie. La liaison mécanique directe entre les commandes de vol et les gouvernes est la méthode principalement utilisée en aviation générale. Le pilote ressent directement les forces aérodynamiques appliquées sur les gouvernes, ce qui lui donne des informations complémentaires pour analyser une situation (par exemple une commande dure signifie que l'aéronef évolue à vitesse élevé, une commande trop molle signifie que la vitesse est peut-être trop faible).

Cette transmission mécanique peut se faire par plusieurs moyens qui ont chacun leurs avantage et inconvénients :

Par câbles : Le câble permet uniquement de "tirer", il en faut donc deux pour une gouverne qu'il faut actionner dans les deux sens. La transmission par câble est souvent utilisée dans les planeurs pour la liaison entre les palonniers et la gouverne de direction ainsi que pour la liaison entre la poignée jaune de largage et le crochet de remorquage. Ce système est très fiable mais impose un cheminement des câbles quasi-rectiligne.
Par tubes ou bielles rigides : La bielle permet de "tirer" et de "pousser", donc une seule bielle suffit pour actionner une gouverne. Dans les planeurs, ce principe est généralement utilisé pour les ailerons, la gouverne de profondeur et les aérofreins. Tout comme les câbles, le système est très fiable et performant, mais le cheminement des bielles dans la cellule est complexe et nécessite des renvois de commandes. Ce système permet aussi une déconnexion plus aisée que les câbles lors de la mise en remorque du planeur.
Par hydraulique : De l'huile est comprimée par l'action du pilote et est acheminée par un tuyau jusqu’à l'équipement où elle met un piston sous pression pour actionner un équipement. Dans les planeurs, ça peut être le cas du système de freinage, ou en motoplaneur du système de commande de pas d'hélice. Le gros avantage des commandes hydrauliques est l'aspect flexible du tuyau : il peut cheminer dans le fuselage de manière complexe, et changer de cheminement (utile pour un actionner un frein de roue sur un train rentrant !). Ce système nécessite un niveau d'huile suffisant, et l'absence de fuites.
Par système électrique : Le pilote actionne un bouton, un interrupteur ou un curseur qui envoie un signal via des câbles électriques à un moteur en charge d'actionner un équipement. Quelques rares aéronefs disposent d'un compensateur de profondeur actionné électriquement. L'inconvénient majeur du système est la nécessité de disposer d'une source électrique fiable durant tout le vol - ce n'est pas le cas des planeurs. Les démoustiqueurs de bord d'attaque sur les planeurs de compétitions ne sont pas critiques pour la sécurité du vol et sont souvent actionnées par des moteurs électriques.

commande de vol par câbles sur un avion de collection DH82A Tiger Moth.
commande de vol par bielles dans le fuselage d'un planeur

Masses

Détail des ENP.

La masse dans un aéronef est un élément clef. Le pilote commandant de bord est en charge de vérifier que le planeur décolle avec une masse comprise dans les limites autorisées. Pour ce faire, le constructeur fourni plusieurs chiffres clefs disponibles dans la fiche de pesée du planeur :

La masse à vide du planeur,
La masse maximale autorisée. La masse maximale est limitée pour un nombre important de raisons : résistance des ailes ou du train d'atterrissage, performances et maniabilité en vol...etc.
La masse maximale des Éléments Non-Portants (ENP). Les Éléments Non Portants représentent l'ensemble du planeur sans l'aile. La masse des ENP est limitée car elle est la source principale des efforts sur le longeron d'aile.¨Par opposition, la masse de l'aile et ce qu'elle contient (water ballast d'aile, réservoir de carburant dans l'aile...) ne sollicite pas le longeron d'aile et n'est donc pas concerné par cette limitation.

Lors de la préparation de son vol, le pilote commandant de bord consulte la fiche de pesée et s'assure par calcul que la masse prévue de son planeur ne dépasse pas ces limites. Une méthode consiste à :

Calculer la masse en ordre de vol de son planeur : C'est la somme de la masse à vide + la masse de l'équipage et de leur équipement (parachute, carte, sac, gourde...) + la masse du carburant + la masse de l'eau dans les water-ballasts. Elle doit être inférieure à la masse maximale autorisée.
Calculer la masse des ENP : C'est la masse en ordre de vol moins la masse de l'aile et ce qu'elle contient (généralement les ballasts). Elle doit être inférieure à la masse maximale des ENP.

Centrage

exemple de fiche de pesée pour un motoplaneur fictif.

Le centrage concerne le placement longitudinal du centre de gravité de l'aéronef afin de garantir l'équilibre statique et dynamique durant le vol. Un aéronef dont le centre de gravité est en dehors de la plage autorisée n'obtiendra pas ces conditions d'équilibres et sera dangereux en vol. Le pilote commandant de bord est en charge de vérifier le centrage de son aéronef avant le vol. Pour ce faire, le constructeur fourni au pilote les limites de position du centre de gravité dans la fiche de pesée du planeur :

La limite de centrage avant,
La limite de centrage arrière.

Le constructeur défini ces positions en millimètres (mm) par rapport à un élément fixe du planeur (par exemple: le bord d'attaque de l'aile) appelé plan de référence.

Lors de la préparation de son vol, le pilote commandant de bord utilise la fiche de pesée pour calculer la position du centre de gravité du planeur en ordre de vol, avec le chargement qui sera présent à bord durant le vol. Une méthode consiste à :

Identifier chaque ensemble présent dans le planeur en ordre de vol (planeur vide, pilote, passager, carburant...),
1. Connaître ou mesurer la masse de chaque élément,
2. Connaître la distance entre le centre de gravité et le plan de référence de chaque élément (information présente sur la fiche de pesée),
Calculer le moment pour chaque élément (masse x distance),
Faire la somme des moments de chaque élément,
Calculer la masse totale en ordre de vol (voir chapitre ci-dessus Masses),
Diviser la somme des moments par la masse totale en ordre de vol pour obtenir la position du Centre de Gravité (CG).

Exemple de feuille de calcul de centrage à compléter:

Élément:	Masse	x	Distance	Moment
Planeur vide:	350kg		-50mm	-17 500
Pilote:	...kg		102mm	...
Passager:	...kg		12mm	...
Carburant:	...kg		-20mm	...
Water-ballast:	...kg		30mm	...
........	...kg		...mm	...
Totaux ; planeur en ordre de vol :
Total masses	....kg	Total moments		....
Position du CG (Moment total / masse totale) =			....mm

Pour être autorisé à voler, la position du centre de gravité déduite par calcul doit être situé dans la plage de centrage autorisée. Bien que cette condition soit suffisante pour voler en toute sécurité, le comportement du planeur ne sera pas le même entre un planeur avec un centrage proche de la limite avant (dit centrage avant) et un planeur avec un centrage proche de la limite arrière (dit centrage arrière).

Centrage avant : Le planeur à un comportement plus stable, moins maniable et plutôt lourd aux commandes. Pour compenser le moment piqueur dû au centrage avant, le plan de profondeur doit générer beaucoup de déportance, et donc de la trainé ne favorisant pas les performances.
Centrage arrière : Le planeur à un comportement plutôt léger, agile, moins stable. Le plan de profondeur n'a pas besoin de générer beaucoup de déportance, donc peu de trainé, les performances sont optimales. Tout en restant dans des limites acceptables, le planeur est plus susceptible à la vrille.

Moyens d'actions sur le centrage

Si le calcul de centrage indique que le centrage est en dehors de la plage autorisée, le pilote peut installer des lests amovibles à des emplacements prévus par le constructeur (se reporter au manuel de vol de chaque planeur pour connaître les possibilités de chaque planeur). Il existe 4 grandes catégories de lest amovible :

Lest en plaques fines placé sur le siège et le pilote est assis dessus (alourdissement virtuel du pilote) : pour compenser un centrage trop arrière dû à un pilote trop léger,
Lest en petit bloc de 1 à 5kg fournis par le constructeur, fixé à l'avant du planeur : pour compenser un centrage trop arrière,
Lest en petit bloc de 1 à 5kg fournis par le constructeur, fixé dans la queue du planeur : pour compenser un centrage trop avant,
Water-Ballast dans la queue : pour compenser le centrage avant dû au remplissage des water-ballast de l'aile. En cas de vidange des water-ballast d'aile en vol, le ballast de queue se vide simultanément à une cadence qui permet de conserver le centrage.

Après son vol et par convention, le pilote doit retirer le lest mobile après son vol. Il est toutefois nécessaire de vérifier tous les emplacements de lest mobile avant chaque vol pour parer un oubli du pilote précédant.

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).

Description d'un altimètre. Noter le bouton de réglage en bas à gauche. L'indication ici est 380m.
La capsule anéroïde de l'altimètre change de forme en fonction de la diminution de la pression statique, et actionne une aiguille indicatrice.
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 :

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).

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.
Plus astucieux, il est possible de brancher le variomètre, sur une sonde de pression dite compensée ou à énergie totale (Total Energy ou TE en anglais, TotalEnergieKompensation ou TEK en allemand). 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).

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 :

La Vitesse Conventionnelle : 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 (Vc ou CAS pour Calibrated Air Speed en anglais);
La Vitesse Vrai : C'est la Vitesse conventionnelle corrigée des écarts de pression et température par rapport au niveau de la mer (Vv ou TAS pour True Air Speed en anglais);
La Vitesse Propre : C'est la composante horizontale de la Vitesse vrai. En vol en palier, la vitesse vrai et la vitesse propre sont égales (Vp);
La Vitesse équivalente : C'est la vitesse d'un aéronef, corrigée des effets de la compressibilité à l'altitude donnée (Ev ou EAS pour Equivalent Air Speed en anglais)
La Vitesse sol : On applique les effets du vent sur la Vitesse Propre pour obtenir la vitesse sol (Vs ou GS pour Ground Speed en anglais). Généralement, en vol, seul les effets du vent effectif sont appliqués pour calculer la valeur de la vitesse sol (les effets du vent traversier étant ignorés par approximation).

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 dérapage

Afin de garantir les performances et la sécurité du vol, le pilote dispose d'un ou plusieurs indicateurs de dérapages, appelées aussi indicateurs de la symétrie du vol :

Le fil de laine scotché sur la verrière, à l'extérieur, s'aligne dans le vent relatif comme une girouette et indique si le vent relatif est bien parallèle au plan de symétrie du planeur.
La bille, montée au tableau de bord, s'aligne sur le poids apparent. En effet, il existe une relation directe entre le poids apparent (lié à la trajectoire de l'aéronef) et le vent relatif (lié lui aussi à la trajectoire de l'aéronef).

Le fil de laine, plus précis et plus réactif, devient inopérant si le planeur rencontre la pluie, il reste collé par les gouttes d'eau et ne peut plus bouger. La bille, moins sensible et qui nécessite un réglage d'horizontalité initiale par un mécanicien, fonctionne par tout temps. Les images ci-dessous montrent que ces deux instruments indiquent un dérapage par deux sens différentes.

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.

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.

Compas magnétique aéronautique.
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. Avec leur gyroscope qui tourne à vitesse élevée, ils permettent d'enregistrer puis de restituer au pilote un horizon artificiel ou un taux de virage. L'utilisation des instruments gyroscopiques requière un apprentissage : ils nécessitent réglages et recalages réguliers. Ces instruments ont besoin d'une alimentation électrique ou pneumatique pour faire tourner leur gyroscope interne 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 :

Le pilote souhaite voler dans une zone où une fréquence radioVHF est indiquée par sa carte;
Il entre la fréquence sur son poste de radio, et vérifie que le réglage de son volume en réception est suffisant;
Le pilote contacte la fréquence et se signale en commençant par "bonjour..."
Le pilote veille la fréquence, répond aux sollicitations et passe ses propres messages.
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.

Vue d'ensemble de l'installation radio VHF dans un planeur.
Dans les planeurs motorisé, un casque peut être utilisé pour le confort.
Poste de radio installé dans un planeur. Noter le bouton "SQL" pour désactiver le Squelsh.
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 :

Le pilote allume le Flarm (LED "Power allumée"), la suite est complètement automatique ;
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.
Le Flarm reçois les informations d'un autre appareil équipé (LED "RX" allumée), et réalise les calculs de trajectoires;
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

Exemples d'instruments à affichage digital. Variomètre et carte interactive.

En planeur pur, des instruments électronique fortement intégrés peuvent donner des indications utile au pilote. Il s'agit souvent de cartes de navigations interactives ou de variomètres élaborés, permettant de faciliter les calculs qui incombent au pilote de planeur. Ces instruments sont une aide appréciables, mais au prix d'une complexité qui peut générer des erreurs.

L'expérience montre que ces quelques règles d'usages permettent de prévenir les anomalies :

L'appareil interactif ne doit pas être scruté en permanence, l'attention principale reste la gestion de la trajectoire et l’anticollision "voir et éviter" ;
Ces appareils sont hautement configurables. Il faut s'assurer de la bonne configuration avant le décollage (type de planeur, réglage altimètre, fichier espace aérien...etc). Une mauvaise configuration peut entrainer la réduction des marges de sécurité à l’insu du pilote.

En motoplaneur, il existe des instruments d'indications de paramètres moteur qui présentent tous les paramètres sur un seul écran. L'intérêt d'un système centralisé est aussi de pouvoir générer un "Master Caution" ou un "Master Warning" : une petite alarme sonore et visuel indiquant au pilote qu'un paramètre est en train de devenir mauvais, évitant de compter uniquement sur la scrutation des indicateurs par le pilote.

Systèmes d’indication moteur

Afin de surveiller le fonctionnement du moteur et des circuits annexes, un certain nombre d'indicateurs sont présents au tableau de bord. Ils sont pour la plupart électriques:

Indicateur de pression d'huile : Il indique la pression grâce à un capteur électrique monté à coté de la pompe à huile. L'indicateur au tableau de bord et le capteur sont reliés par un câble électrique. Le tout a besoin d'une source d’électricité pour fonctionner. Le pilote utilise cette indicateur pour s'assurer que la pression d'huile est comprise entre le minimum et le maximum donné par le constructeur (une zone verte encadrée par deux trais rouges sur l'indicateur). La valeur exacte est peu importante.

Sondes de température : Il s'agit souvent de mesurer la température de l'huile, la température des hauts-de-cylindre, la température du circuit d'eau...Les sondes sont très souvent électriques. Dans le cas particulier d'un système utilisant le principe d'une sonde thermocouple, ce dernier n'a pas besoin d'une source d'électricité pour fonctionner. L'indication est présente en permanence. Les températures recommandés sont présentes sous forme de zone vertes ou de trais rouges à ne pas dépasser.

Jauge de carburant : Contrairement aux apparences, la mesure de la quantité de carburant présente dans le réservoir est délicate. Au delà de la technique de mesure, la présence de bulles d'air coincées dans certains réservoir doit mener à la plus grande prudence dans l'évaluation de l'autonomie de l'aéronef. il existe plusieurs techniques de mesures utilisé en motoplaneur:
- Tube transparent présent en cabine : fiable et économique. L'attitude de l'aéronef fausse la lecture. Le tube n'est généralement pas placé dans le champ visuel du pilote.
- Jauge électronique analogique : indication sur un instrument au tableau de bord. Nécessite une source d'électricité pour fonctionné. La lecture est grossière et permet une lecture approchante à environ 5litres près.
- Jauge électronique numérique : indication d'un volume en litre sur un afficheur numérique. La précision donne confiance, mais certains circonstance font qu'il est préférable de considérer que la jauge peut se trompe de plusieurs litres.

tachymètre : Il permet de mesurer la vitesse du moteur pour avoir une bonne notion de la puissance délivrée par le moteur. IL permet aussi de s'assurer que le moteur fonctionne à l'intérieur des vitesses de rotations autorisées données le constructeur du moteur (vitesse max = trais rouge sur l'indicateur). Il est souvent couplé à un heuramètre (horamètre?) afin de comptabiliser le nombre d'heure de fonctionnement moteur pour surveiller son usure et réaliser la maintenance régulière.

Montage de l'aéronef, branchement des commandes

Un planeur peut être démonté, le plus couramment pour être rangé dans une remorque afin de le transporter par la route. Le démontage facilitera également les opérations de maintenance. Bien que le processus de montage dépend de chaque planeur, la majorité des planeurs se composent de 4 grands éléments :

Le fuselage
La demie-aile droite
La demie-aile gauche
Le plan de profondeur

Le montage/démontage est normalement réalisable par les pilotes de planeur. Bien que relativement simple et rapide, le montage demande de l'attention et rigueur pour réussir. L'idéal étant de réaliser une formation sous forme d'un compagnonnage durant plusieurs montages. L'expérience montre que les assemblages difficiles sont la conséquence d'un oubli ou d'une mauvaise préparation. La procédure générique pour démonter un planeur est :

Se placer dans une zone permettant le démontage aisé, éventuellement positionner la remorque si mise en remorque.
Retirer les adhésifs d'emplantures des demie-ailes et du plan de profondeur
Débrancher les commandes de vols des demie-ailes (aérofrein, ailerons, volets) et du plan de profondeur (gouverne de profondeur)
démonter d'abord le plan de profondeur
- Par précaution, le plan de profondeur ne doit jamais être présent sur le fuselage sans ses ailes (si fuselage se couche par accident, le plan de profondeur se casse)
Démonter les demie-ailes.

Le montage s'effectue en sens inverse :

La remorque fermée.
La remorque, porte arrière ouverte.
Le fuselage nu avec sa verrière.
Montage de la première aile.
L'aile est en place
Présentation de la deuxième aile.
Montage de la deuxième aile.

Un nombre d'astuces important permet faciliter le montage. L'expérience acquise sous forme de compagnonnage est très importante : écouter, observer.

Assemblage préférentiel d'une certaine demie-aile (le longeron femelle, ou le longeron avant)
Maintien du fuselage dans un berceau fixe (plutôt que de le tenir manuellement) pour garantir l'immobilité.
Maintien de la première demie-aile installée par un tréteaux une fois correctement placée, pour garantir l'immobilité.

Avant le premier vol qui succède un remontage, des vérifications particulières doivent être réalisées, idéalement par 2 personnes. Il s'agit de vérifier les points critiques. la confiance en quelqu'un n’exclue pas un re-contrôle approfondi :

du branchement correcte des commandes de vols + test des gouvernes sous charge ;
des verrouillages (aiguilles, ressorts...) ;
de la présence des accessoires (antenne TE, antenne transpondeur...) , et des bandes adhésives étanchéités.

Communication :

Dans les structures où les planeurs sont partagés, il est important d'identifier de manière incontournable un planeur qui semble être remonté, mais qui en réalité n'est pas disponible au vol (raison technique, raison administrative...). Une grande feuille scotchée au tableau de bord expliquant la situation est un exemple de moyen adéquat. Pour éviter les situations à risques, il est préférable qu'un remontage soit exécuté jusqu’à son terme (contrôles approfondis inclus).

Manuels et documents

Le planeur n'échappe pas à la règle commune : un matériel est toujours accompagné d'un manuel à destination de l'utilisateur, contenant les explications nécessaires à son usage et les précautions d'emplois. Les manuels à disposition du pilote de planeur sont :

Le manuel de vol : C'est le manuel utilisateur édité par le constructeur de l'aéronef. Sur la couverture est généralement inscrit l'immatriculation du planeur concerné, car les planeurs d'un même type peuvent comporter de légères différences. Le manuel de vol est composés de différentes sections standardisés.

La fiche de pesée : C'est un document édité par l'organisme d'entretien du planeur. Pour fournir des indications de masses et centrages correctes au pilote, l'aéronef est pesé à chaque fois qu'une évolution de masse a lieu (installation d'un instrument de bord, réfection de la peinture, réparation importante...). La fiche de pesée présente les informations à jour sur la masse à vide et les différentes bras de leviers utiles au pilote.

Les manuels des équipements : Les équipements de bord sont considérés séparément du planeur. En effet, le constructeur fourni la cellule en état de vol, mais charge au propriétaire de choisir et d'installer les équipements souhaités. Le pilote doit se reporter au manuel de chacun de ces équipements afin de les utiliser correctement. Voici quelques exemple de manuels d'équipements sur les sites web des constructeurs :
- Radio VHF : Modèle Becker AR6201
- Transpondeur : Modèle Funck TRT800H
- Parachute de secours : Modèle Mars-ATL-88-90
- Variomètre électronique : Modèle LX-Nav vario S3 - Français
- Flarm : Modèle Power-FLARM Fusion

Couverture d'un manuel de vol pour un planeur fictif.
Exemple de fiche de pesée pour un motoplaneur fictif.
Exemple de manuel équipement pour une radio VHF. Source Becker avionics.

Navigabilité et maintenance

© 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

La navigabilité peut être définie comme l’aptitude d’un aéronef à effectuer un vol dans des conditions acceptables de sécurité vis-à-vis du pilote, des passagers, des autres aéronefs et des territoires survolés. La navigabilité doit satisfaire à un ensemble d’exigences qui attestent la « bonne santé technique de l'aéronef ». Elle contribue à la sécurité aérienne au même titre que la formation des pilotes, les règles de l'air, la réglementation concernant les aérodromes...etc. En Europe, la navigabilité, est régie par les règles l’Agence Européenne de la Sécurité Aérienne (AESA).

Du point de vue du pilote, la navigabilité d'un aéronef se classe en quatre groupes :

la certification de la conception et de la production de l'aéronef. Elle donne droit à la délivrance d'un document appelé CDN pour Certificat De Navigabilité pour chaque aéronef produit ;
l'inspection régulière de la maintenance de l'aéronef par un inspecteur extérieur. Elle donne droit à la délivrance d'un document appelé CEN pour Certificat d'Examen de Navigabilité ;
Le suivi des échéances et la bonne réalisation de la maintenance suivant les préconisations du constructeur de l'aéronef ;
L'inspection à la visite pré-vol.

Le pilote commandant de bord a l'obligation de vérifier que son aéronef est navigable avant d'entreprendre un vol. Respectivement, pour les groupes cités ci-dessus, le pilote doit :

Vérifier la présence d'un CDN ;
Vérifier la présence d'un CEN en état de la validité ;
Vérifier que l'aéronef n'a pas atteint une échéance de maintenance (en durée calendaire ou en temps de vol), vérifiable dans le carnet de route de l'aéronef ;
Réaliser une visite pré-vol et ne constater aucun défaut rédhibitoire ;
- Note : Dans la formation, une expérience minimale est transmise à l'élève-pilote pour statuer sur les anomalies courante rencontrés lors de la visite pré-vol : soit "acceptable" (exemple : quelques salissures sur l'aile), soit qui "nécessite une intervention par le pilote" (exemple : verrière trop poussiéreuse, nettoyage obligatoire avant le décollage), soit qui "nécessite l'intervention d'un mécanicien" (exemple : une pièce est trouvée déformée). Dans tous les cas, un pilote qui n'a pas les compétences pour statuer sur une anomalie demandera conseil au propriétaire ou à un mécanicien.

Les limitations du pilote :

le pilote peut réaliser les opérations courantes (nettoyage, rechargement batterie pour un planeur, montage/démontage d'un planeur, complément d'essence et parfois d'huile sur un motoplaneur...etc) ;
le pilote ne doit pas déborder sur les opérations de maintenances qui incombent aux mécaniciens (retouche peinture, réglage d'un débattement, démontage d'un instrument de bord...etc). En effet, même si certaines tâches paraissent anodines, seul un mécanicien aura les compétences pour la réaliser correctement. Le mécanicien est aussi le seul à savoir documenter les opérations de maintenances conformément aux obligations réglementaires (dossiers de visites) et à libérer l'aéronef après avoir réparer une anomalie (Approbation Pour Remise en Service - APRS).

Moteur, circuits et hélice

Moteurs à combustion interne

Il existe différents types de moteur à combustion interne :

Les moteurs essence à 2 temps : bon rapport poids/puissance mais bruyant et groumant en carburant. Régulièrement utilisé pour les moteur des planeurs à décollage autonome.
Les moteurs essence à 4 temps : Moins groumant en carburant et mois bruyant, ils sont un peu plus lourd que les moteurs deux temps. Choix majoritaire pour les motoplaneurs.
...et d'autres types peu utilisé en vol en planeur comme Les moteurs diesel, les turboréacteurs et turbopropulseurs...

Dans ce paragraphe sera détaillé le moteurs essence à 4 temps. Les principaux modèles de moteurs utilisé sur les motoplaneurs actuels sont :

Les moteurs Rotax comme les modèles 912 (80ch), 912S (100ch), 914 (115ch)...etc
Les moteurs Limbach comme les modèles 1700 et 2000.
Les moteurs Stamo (marginal).

Le moteur se contrôle par le pilote : ces commandes permettent le contrôle du moteur, elles sont détaillées plus loin dans ce chapitre :

La commande de démarreur : Un bouton qui permet de lancer le moteur avec le démarreur électrique.
La commande d'allumage/magnéto : Un interrupteur qui autorise la création de l'étincelle par la bougie, mit sur ON pour faire fonctionner le moteur et sur OFF pour l'arrêter.
La commande de Starter : Permet d'injecter une quantité d'essence supplémentaire pour faciliter les démarrages lorsque le moteur est froid.
La commande des gaz : Une commande réglable entre 0 et 100%, permettant d'ajuster la puissance fournie par le moteur.
La commande de réchauffage carburateur : envoi de l'air chaud dans le carburateur pour éviter la formation de glace.

Le mouvement des pistons (gris) dans les cylindres (bleus) fait tourner le vilebrequin (rouge) par l'intermédiaire des bielles reliant les pistons au vilebrequin.

Cycle 4-temps à allumage commandé :
1) admission,
2) compression,
3) combustion,
4) échappement.

Définitions et fonctionnement du Moteur à Combustion Interne :

Moteur : Système capable de fournir une force mécanique. Pour le vol en planeur, cette force sera transmise à l'hélice.
Combustion : La force mécanique provient de la combustion. Pour les motoplaneurs, il s'agit de de combustion de l'essence avec de l'oxygène prélevée dans l'air.
Interne : La combustion à lieu dans le moteur lui-même. Par opposition aux anciens moteurs à vapeur où la combustion avait lieu dans une chaudière externe.

Un moteur de motoplaneur possède généralement 4 cylindre, disposés à plat : On parle d'une disposition 4 cylindres à plat. Pour le bon fonctionnement des cylindres, plusieurs circuits ou équipement sont nécessaires : l'ensemble des cylindres et des circuits constitue le moteur à combustion interne.

Les composants mobiles qui compose un cylindre sont décrits dans l'image ci-contre. La connaissance de ce vocabulaire n'est pas obligatoire, c'est un plus :

C - Vilebrequin,
E - Arbre à cames d’échappement,
I - Arbre à cames d'admission,
P - Piston,
R - Bielle,
S - Bougie d'allumage,
V - Soupape (rouge: échappement, bleu: admission),
W - Circuit de refroidissement à eau,
Structure grise - Bloc moteur

Durant son fonctionnement, le moteur à 4 temps répète un cycle de quatre étapes que nous appellerons "quatre temps" :

Admission d'un mélange d'air et de carburant (préalablement mélangé par un carburateur ou système d'injection) : Lors de ce temps, la soupape d'admission est ouverte et le piston descend, ce qui aspire le mélange air-essence dans le cylindre. Du fait de l'aspiration, la pression de ce mélange est de-facto inférieure à la pression ambiante (0.4bar avec la commande des gaz au ralenti et environ 0.9 bar avec la commande des gaz à 100% pour un moteur atmosphérique. Dans le cas d'un moteur suralimenté par un turbo, la pression d'admission peut être plus forte) ;
Compression du mélange : Après la fermeture de la soupape d'admission, le piston remonte et comprime le mélange (jusqu'à 10 bar dans la chambre de combustion) ;
Combustion et détente (souvent appelé "explosion" par abus de langage) : lorsque le piston atteint approximativement son point culminant (point mort haut), la bougie d'allumage, connectée à un système électrique haute tension, produit une étincelle ; la combustion du mélange fait augmenter la température et la pression qui augmente jusqu’à 40 à 60 bar. Cette forte pression repousse le piston, c'est ce qui constitue le temps où le moteur produit une force mécanique (le temps moteur) ;
Échappement : Après le passage du piston au point mort bas, la soupape d'échappement s'ouvre et le piston remonte en chassant les gaz brûlés. Ces derniers sont parfois collectés par le collecteur d'échappement.

Système de mélange Air / Essence

Deux technologies différentes existent aujourd'hui pour réaliser le mélange parfait d'air et d'essence: le carburateur et l'injection. L'objectif du système est de créer un mélange dont le rapport air/essence est de 1 gramme d'essence pour 14,7 grammes d'air. Ce rapport idéal est appelé mélange stœchiométrique. Lorsque le mélange n'est pas stœchiométrique, il est soit trop pauvre en essence, soit trop riche en essence :

On parle de mélange pauvre si la proportion d'essence est inférieure à l'idéal : le moteur ne délivre pas sa pleine puissance et à tendance à chauffer.
On parle de mélange riche si la proportion d'essence est supérieure à l'idéal : La combustion est incomplète, le moteur à tendance à s'encrasser avec des suies noires.

La richesse devrait être idéale à tout moment du vol. Mais comme la densité de l'air varie tout au long du vol (altitude, température...), il faut adapter la quantité de carburant pour conserver les proportions idéales. La gestion de la richesse est souvent complètement automatique. Certains moteurs à carburateur disposent toutefois d'une commande de richesse (ou mixture control en anglais) permettant d'ajuster manuellement la richesse, en fonction des informations données par certains capteurs du moteurs (température des têtes de cylindres, des gaz d‘échappement...).

Fonctionnement d'un carburateur :

Schéma du carburateur.
1 - Entrée d'air, 2 - Gorge de buse, 3 - Cuve à essence, 4 - Flotteur, 5 - Pointeau, 6 - Gicleur, 7 - Papillon

Le carburateur est le système de mélange historique et le plus utilisé encore aujourd'hui. Il fonctionne de manière complètement mécanique : En amont des cylindres, dans un conduit avec un rétrécissement qui provoque un effet venturi, l'air qui circule aspire le carburant du gicleur, puis le carburant se vaporise. Pour contrôler la puissance du moteur, le pilote agit sur le papillon des gaz pour faire varier la quantité d'air qui traverse le carburateur, ce qui permet de contrôler la puissance du moteur.

Avantages	Inconvénients
C'est un système fiable et robuste. il est peu couteux il fonctionne sans aucune source d'énergie électrique	Le mélange n'est pas toujours parfaitement stœchiométrique Un starter (ou choke en anglais) doit être ajouté pour les démarrages à froids Un système de réchauffage du carburateur est nécessaire pour prévenir la formation de givre dans le carburateur dans certaines conditions de vol. Du fait de la cuve, il ne fonctionne pas de manière fiable pour des activités de voltiges (vol sur le dos par exemple),

Le givrage du carburateur est un phénomène néfaste qui survient lorsque l'air est humide à une température d'environ 0 à 15°C. En effet, les phénomènes de venturi et de vaporisation du carburant créent un refroidissement important dans le carburateur. L'humidité de l'air peut alors givrer dans le carburateur jusqu’à l'obstruer, menant à une perte de puissance ou à l'arrêt du moteur. Une commande de réchauffage du carburateur (ou carb heat en anglais) permet d'utiliser de l'air réchauffée à la place de l'air frais (l'air est réchauffé en passant dans un circuit spécifique autour de l'échappement du moteur). Le pilote doit utiliser le réchauffage carburateur de manière préventive, lorsque que les conditions de givrages sont présentes. Les conditions les plus favorables au givrage sont :

Air humide (plus de 50%RH),
Température entre 0 et 15°C,
Papillon des gaz en position presque fermée (régime ralenti).

Le réchauffage carburateur pourrait-il être utilisé en permanence? Non, car l'admission d'air chaud entraîne une diminution de la puissance (en raison de la densité inférieure de l'air chauffé), le réchauffage carburateur n'est donc pas appliqué lorsque la puissance maximale est nécessaire (lors du décollage par exemple). Par contre, lors d'une phase de vol à puissance réduite (par exemple en descente prolongée), il peut être activité de manière systématique.

Fonctionnement de l'injection :

Vue en coupe d'un cylindre avec injecteur à injection directe (flèche rouge)

L'injection est l'autre dispositif qui permet de réaliser le mélange air/essence. Préférée au carburateur afin d'améliorer le rendement moteur, l'injection fut à l'origine exclusivement mécanique, puis améliorée par l'utilisation de calculateurs électroniques. Un injecteur (tube perforé de micro-trous) piloté par un calculateur pulvérise à très haute pression le carburant directement dans le cylindre (injection directe) ou un peu amont des cylindres (injection dans les pipes d'admissions).

Avantages	Inconvénients
La quantité de carburant est régulée plus précisément (économies de carburant) Plus besoin de starter, le calculateur envoi automatiquement plus d'essence lorsque le moteur est froid Plus besoin de réchauffage carburateur L'injection fonctionne pour toutes les attitudes de l'aéronef (voltige)	Il faut une pompe à carburant haute pression, et un calculateur pour piloter l'injecteur. Ces systèmes doivent être redondant pour parer aux pannes. Le système est plus couteux Un système de calculateur électronique nécessite une source d'énergie électrique fiable

Le système de refroidissement du moteur

Le refroidissement d'un moteur à combustion interne est indispensable pour limiter la température de toutes les pièces à une valeur acceptable et éviter leur dégradation. La chaleur à dissiper sera toujours dissipée dans l'air qui circule autour de l'aéronef, mais il existe deux techniques pour réaliser ce refroidissement :

Le refroidissement par air : Les pièces qui nécessitent un refroidissement sont bardées de petites ailettes pour augmenter la surface de contact avec l'air et permettre une meilleure évacuation de la chaleur. Autour du moteur, des cloisons forcent l'air à passer dans les ailettes des pièces concernées. Sur l'aéronef, l'air frais entre à l'avant, traverse les ailettes, et ressort chaud à l'arrière du moteur. La taille de la sortie d'air chaud à l'arrière est aussi importante que la taille de l'entré d'air frais à l'avant. Certains aéronefs sont pourvu de petits volets de capot permettant au pilote de réduire la taille de ces ouvertures pour diminuer ou augmenter le refroidissement du moteur.
Le refroidissement par eau puis air : Un circuit de refroidissement composé d'une pompe, d'un radiateur eau/air et de durites permet de faire circuler un liquide de refroidissement à l'intérieur des pièces à refroidir, équipées de petits conduits internes spécifiques. Ce liquide refroidi les pièces chaudes, puis est conduit jusqu’à un radiateur eau/air pour être refroidi à son tour par l'air, avant de recommencer le cycle. Le circuit de refroidissement par eau ajoute une complexité mais permet de refroidir plus efficacement certaines pièces, il rend également le refroidissement moins dépendant de la vitesse de l'aéronef.

Cylindre refroidi par air. présence de nombreuses ailettes.
Moteur refroidi par air, installé sur un motoplaneur SF28.

Schéma du circuit de refroidissement par eau (Installation Manual rotax 912).
radiateur eau/air destiné à refroidir l'eau du circuit de refroidissement.

Au sol et lors de la visite prévol, le pilote s'assure de l'absence d’objets étrangers pouvant perturber le bon refroidissement du moteur. En vol, Le bon refroidissement du moteur est surveillé grâce à des indicateurs de températures (températures d'une ou plusieurs culasses, ou température du liquide de refroidissement). Sur certains aéronefs, il existe des recommandations pour prévenir la chauffe des moteurs, comme par exemple éviter les vols prolongés à basses vitesses où la ventilation du moteur serait insuffisante.

Le circuit d'huile - lubrification

La lubrification est une technique utilisant de l'huile, permettant de réduire le frottement, l'usure entre deux éléments en contact et en mouvement dans le moteur. Elle permet aussi d'évacuer une partie de la chaleur engendrée par ce frottement, ainsi que d'éviter la corrosion. L'huile est injectée par la pompe à huile dans divers petits conduits présents à l'intérieur des pièces métalliques du moteur. Chaque zone de frottement est donc lubrifiée par un apport continu d'huile. L'huile s'écoule ensuite au fond du carter moteur pour recommencer le cycle.

Le circuit de lubrification d'un moteur est constitué d'une pompe à huile (entrainé mécaniquement pas le moteur), d'un filtre à huile, d'un échangeur de chaleur et bien-sûr de l'huile elle-même. Une jauge à huile manuelle permet de relever manuellement le niveau d'huile lors de la visite prévol tandis qu'un capteurs de pression et un capteur de température permettent de surveiller le fonctionnement du circuit d'huile tout au long du vol.

1-Bouchon de remplissage d'huile ; 2-Jauge de niveau d'huile ; 3-Réservoir d'huile externe avec huile ; 4-échangeur de chaleur pour refroidir l'huile ; 5-capteurs de pression / température ; 6-Pompe à huile entrainé par le moteur ; 7-filtre à huile ; 8-mise à l'air libre du réservoir d'huile.

Le pilote doit vérifier le niveau d'huile lors de la visite prévol. En cas de manque, le pilote peut parfois être autorisé à faire le complément d'huile (suivant les procédures d'exploitation de l'aéronef). S'il complète le niveau d'huile, le pilote doit porter une attention absolue à la référence d'huile qu'il ajoute, ainsi qu'a la quantité ajouté pour ne pas dépasser le maximum. En cas de doute, le vol ne doit pas être entrepris sans le conseil d'un mécanicien habilité. Les principales caractéristiques des huiles moteurs sont :

le type : huile minérale, synthétique, avec ou sans additifs pour engrenages...
la viscosité : une huile porte un grade qui indique sa viscosité en fonction de la température (par exemple 10W40, 0W30). L'huile peut être monograde (dans ce cas le type d'huile change entre période estivale et période hivernale) ou multigrade (permettant un fonctionnement sur une large plage de température).
la capacité à bruler : au delà de son point d'éclair, l'huile devient combustible et brule en présence d'une flamme.

Lors de la mise en route du moteur, le pilote surveille la pression d'huile qui doit s'établir rapidement*. Lorsque l'huile est froide donc visqueuse, un dépassement de la pression d'huile maximum est admis. Après quelques minutes de fonctionnement, l'huile atteint sa température minimale de fonctionnement*, la pression doit être à l'intérieure de la plage autorisée*. (*Si ce n'est pas le cas, le moteur sera arrêté dès que possible).

Durant tout le vol, le pilote doit surveiller la pression d'huile et la température d'huile :

Une température trop élevée peut être le reflet d'une sollicitation trop importante du moteur
Une pression d'huile trop faible peut être le reflet d'un manque d'huile.
Il faut noter que l'huile est un combustible. Une surchauffe ou une fuite sur un élément chaud peut entrainer un incendie.

Cas particulier de la remise en route du moteur durant un vol en motoplaneur : Après un arrêt moteur en vol, le moteur se refroidie rapidement (plus vite qu'au sol car ventilé par la vitesse de l'aéronef). Après la remise en route, une période de chauffe adaptée (en théorie elle sera plus longue qu'au sol car ventilé par la vitesse de l'aéronef) doit être respectée avant d'exploiter la puissance du moteur. En général, ceci occasionne une perte d'altitude de 200 à 400m suivant les aéronefs.

A noter que l'huile est régulièrement remplacée (la vidange), lors de la visite d'entretien (généralement tous les 50 à 100h de fonctionnement moteur).

Différentes huiles moteur
Indicateur de pression et température d'huile

Le circuits d'allumage

Le circuit d'allumage permet d’enflammer au bon moment le mélange d'air et d'essence. Le circuit d'allumage se compose d'une source d'énergie électrique indépendante, d'un élément permettant de créer une impulsion électrique haute tension au bon moment, de câbles pour transporter cette tension jusqu'aux bougies d'allumages chargées de créer une étincelle dans chaque cylindre.

Schéma de principe d'un circuit d'allumage. 1-contact magnéto ON/OFF géré par le pilote ; 2-câbles haute tension ; 3-bougies d'allumage (1 par cylindre) ; 4-étincelle créée pour enflammer le mélange air/essence ; 5-entrainement en rotation par le moteur ; 6-magnéto mécanique.

Il existe deux grands types de circuits d'allumages, ils diffèrent par les méthodes permettant de créer l'impulsion électrique :

les circuits reposant sur des éléments mécaniques (magnéto d'allumage) : Lors d'une rotation du moteur à la main (attention danger!), on entend un 'clac' caractéristique.
les circuits à allumage électronique : méthode plus moderne. Un avantage est de pouvoir piloter l'allumage très librement. Les moteurs Rotax912 récents ont par exemple une avance à l'allumage diminuée lors du démarrage pour faciliter ce dernier.

schéma de répartition des 2 circuits d'allumage sur le moteur

L'expérience montre que ce circuit est relativement fragile. Les règles de conceptions des moteurs exigent généralement d'installer deux circuits d'allumages séparés qui doivent fonctionner simultanément. Un moteur à 4 cylindres comporte donc au total 8 bougies d'allumages (deux par cylindre). Sans que cela ne soit recherché, la présence de deux points d'inflammations dans chaque chambre de combustion augmente très légèrement les performances du moteur (combustion légèrement meilleure). Il faut noter que sur les aéronefs, le circuit d'allumage est complètement indépendant du circuit électrique. La batterie de l'aéronef, ou l'alternateur qui la recharge n'a aucun rôle dans le circuit d'allumage. Une batterie déchargée, le contact général batterie coupé, ou l'alternateur inopérant est sans incidence sur le fonctionnement des circuits d'allumages du moteur.

Lors des essais moteur avant décollage les circuits d'allumages sont testés : à tour de rôle, chacun des deux circuits d'allumage est brièvement arrêté par le pilote. En effet, un éventuel défaut sur un des circuits serait quasiment invisible en fonctionnement classique (le défaut de l'un étant compensé par l'autre circuit) mais révélé par ce test. Si un défaut est identifié par le pilote, il n'existe plus aucune marge et le pilote doit renoncer au décollage. Comme pour toute les anomalies détectées, le pilote doit laisser une indication immanquable pour un éventuel autre pilote, et signaler le défaut au responsable de l'aéronef.

En vol, en cas de dysfonctionnement erratique du moteur si les deux circuits d'allumages sont actifs, le pilote pourrait tenter (notamment...) d'arrêter l'un puis l'autre circuit d'allumage pour rechercher une amélioration. Dans tous les cas, l’atterrissage doit être envisagé le plus rapidement possible, incluant la possibilité d'un atterrissage en campagne suivant la criticité de la situation.

Au parking, les circuits d'allumages doivent être absolument coupés afin d'éviter qu'une manipulation volontaire ou accidentelle de l'hélice ne puisse occasionner un démarrage du moteur. Pour limiter les risques liés à un oubli du pilote précédant ces précautions devrait être toutes prises :

personne ne doit se tenir à proximité de l'hélice.
à chaque fois que toucher une hélice est indispensable, une vérification préalable par soit-même de l'état d'activation des circuits d'allumages doit être systématique.
en plus, durant la manipulation de l'hélice, continuer d'envisager un démarrage soudain du moteur (tourner l'hélice lentement, placer seulement les mains dans la trajectoire de l'hélice, anticiper votre trajectoire de recul...).

Performances et gestion du moteur

Les performances d'un moteur peuvent dépendre de différents facteurs.

Parmi les facteurs extérieurs, il y a :

La densité de l'air : la densité varie lorsque la pression et/ou que la température de l'air change. Un air moins dense aura pour conséquence la diminution de la puissance moteur. Il est important d'anticiper le phénomène en cas de décollage d'un aérodrome situé à une altitude significative, et/ou par temps chaud.
Les conditions atmosphériques givrantes : Comme vu plus haut, un air humide à des température d'environ 0 à 15°C provoquent un givrage sévère dans le carburateur. Le pilote utilisera la commande de réchauffage carburateur pour prévenir le phénomène. En cas d'oubli, la conséquence est l'absence de puissance disponible et/ou l'arrêt du moteur.
Un carburant pollué : le carburant mit dans le réservoir doit être sûr : le bon type, et sans pollution. En cas de suspicion d'erreur de type de carburant ou de pollution, le pilote doit renoncer au vol. En aviation générale, certaines méthodes d'avitaillement (comme par exemple l'avitaillement avec un bidon) nécessitent une rigueur particulière. Lors de l'avitaillement, mais également durant toute la chaine d'approvisionnement (si bidon : rempli avec le bon type de carburant, sans risque de pollution durant le stockage...). En effet, une personne de bonne volonté souhaitant ramener du gasoil pour une voiture de piste, qui réalise l'opération sans s'informer, pourrait polluer gravement un bidon habituellement utilisé pour avitailler un aéronef !

Parmi les facteurs internes, il y a :

La température du moteur : un moteur fonctionne correctement et délivre sa pleine puissance lorsqu'il fonctionne à sa température nominale. Certaines pièces se dilatent sous l'effet de la chaleur et avec un moteur froid (juste après un démarrage), ces pièces n'assurent pas correctement leur rôle car elle n'ont pas leur dimension nominales. Aussi, l'huile de lubrification froide n'assure pas une lubrification correcte pour un fonctionnement à pleine puissance. Pour ces raisons, et afin de permettre une monté en température adéquate du moteur, il doit fonctionner à faible puissance (ralenti ou presque) durant quelques minutes après le démarrage. Pour un motoplaneur ayant rallumé son moteur en vol, les mêmes précautions seront à appliquer.
usure de pièces : Le filtre à air partiellement obstrué, l'usure de certaines pièces mécaniques peut affecter les performances. Bien que l'entretien courant du moteur par un mécanicien permet de surveiller la bonne santé d'un moteur, le pilote doit rester vigilent pour détecter les signes précurseurs d'une usure anormale.
L'utilisation d'un turbocompresseur : Pour disposer de plus de puissance, certains moteurs disposent d'un turbocompresseur. Il comprime l'air pour augmenter sa densité avant de l'envoyer dans le moteur. Son utilisation est pleinement automatique mais nécessite quelques précautions apprises lors des vols-écoles.
La gestion de la richesse: La richesse est souvent gérée de manière complètement automatique. Cependant, certains aéronefs disposent d'une commande de réglage de la richesse. Un réglage trop pauvre ou trop riche aura un impact sur les performances du moteur.

Le pilote utilisera des réglages types suivant la phase de vol :

au roulage : faible puissance
décollage : le moteur doit être à température, 100% de puissance, pas de réchauffage carburateur
en monté : 80 à 100% de puissance, le pilote surveille plus régulièrement les températures du moteur
en croisière : entre 55 et 75% de la puissance
en descente : entre 0 et 55% de la puissance. Utilisation du réchauffage carburateur de manière préventive
en vol à voile : vers 0% de puissance, ou moteur arrêté. Le pilote peut fermer un éventuel volet de capot pour éviter le refroidissement brutal du moteur. Lors du redémarrage, une période de fonctionnement au ralenti doit permettre de faire remonter la température du moteur. Le pilote doit donc anticiper le rallumage du moteur 3 à 5 minutes avant d'avoir besoin de mettre 100% de puissance.

Dans tous les cas, le pilote surveille les indicateurs du moteur régulièrement afin de s'assurer qu'il reste dans les limites opérationnels fixées par le constructeur. Le constructeur fixe généralement des limites de:

régime moteur maximum (pour éviter l'usure prématurée et les casses moteur)
température d'huile minimum (pour garantir la bonne lubrification) et maximum (pour éviter les incendies)
température des culasses maximum (pour éviter la détérioration de ces pièces faites en aluminium)
pression d'admission maximum (pour éviter les surcharges moteurs)

Moteurs électrique

Les moteurs électriques sont de plus en plus présent dans le vol en planeur. Ils permettent notamment une mise en œuvre quasi immédiate à la demande du pilote et demandent moins d'entretien. Pour certains aspects, son utilisation relève d'un choix selon les gouts du propriétaire (pas d'odeur d'essence, bruit différent...etc).

Une motorisation électrique se compose d'une hélice, d'un moteur électrique, d'un convertisseur de tension de forte puissance, de câbles électriques et d'une batterie de forte puissance. L'énergie contenue dans les batteries y est insérée au sol par un chargeur externe qui n'est généralement pas à bord.

Ce type de motorisation amène un lot de nouveauté dont certains risques que le pilote doit appréhender avant de la mettre en œuvre :

L'énergie contenue dans les batteries est très importante. Si cette énergie est relâché accidentellement en un cours moment, cela mène à l'incendie (cours-circuit, choc ou perforation des batteries, dépassement de la température de service des composants...). Les risques analogues du moteur à essence serait les risques liés au stockage de l'essence (température max, électricité statique, proximité d'une flamme...)
La disponibilité immédiate et plutôt fiable d'un moteur électrique pourrait à long terme amoindrir les précautions prises par le pilote lors d'une remise de gaz ou lors d'une manœuvre anti-vache.
Au sol, la mise en route peut se faire plus simplement. Le danger que représente l'hélice pour les personnes autour de l'aéronef est important lorsque la mise en route du moteur ne réside que dans la rotation d'un bouton du tableau de bord.

De part son faible encombrement, le moteur électrique peut être placé à différentes positions :

Montage du moteur à l'avant, type TMG. Ici sur Velis Electro
Montage du moteur en pylone. Ici sur Antares 20E
Montage du moteur dans le nez, type FES - Front Electric Sustainer

Hélices

schéma d'une hélice

L'hélice tourne grâce au mouvement rotatif imprimé par le moteur. Elle aspire l'air situé devant l'aéronef pour le propulser vers l'arrière. Ceci génère une force qui assure la propulsion de l'aéronef. Une hélice comporte souvent plusieurs pales (ayant la forme d'une aile) tenues au centre par un moyeu qui permet d'attacher l'hélice au moteur. Un cône d'hélice peut être installé pour améliorer aérodynamisme de l'ensemble.

Les pales, peuvent être faite de métal, de bois, ou de stratifiés en fibres de verre ou de fibres de carbone. Sauf dans le cas du métal, elles sont renforcées au niveau du bord d'attaque par une pièce de métal (appelée blindage) pour améliorer la robustesse en cas de choc avec un objet étranger. Le vocabulaire pour définir une pale d'hélice est le même que pour une aile : bord d'attaque ou de fuite, emplanture, calage...etc.

Le calage d'une pale d'hélice est l'angle entre la corde du profil de la pâle et le plan vertical formé par l'hélice. On peut noter que l'angle de calage diminue lorsqu'on s'éloigne du centre de l'hélice pour tenir compte de la vitesse plus importante en bout de pâle. Le calage impacte directement l'incidence de la pâle et donc le comportement aérodynamique de l'hélice. Le calage définie aussi le pas de l'hélice.

Le pas de l'hélice est la distance théorique que l'hélice parcourt vers l'avant (ou l'air vers l'arrière) en faisant un tour complet. Selon son application, le pas d'une hélice fixe est choisi pour un fonctionnement optimal à une vitesse donnée :

petit pas : meilleur traction au décollage et en montée (faibles vitesses)
grand pas : meilleur performance en croisière (vitesses plus fortes)

Hélice carbone à pas réglable au sol pour ULM

Sur certaines hélices, le calage des pales est réglable au sol (par un mécanicien) pour obtenir un pas plus petit ou plus grand selon l'utilisation souhaitée. C'est le cas sur la plupart des ULM. Un autre type d'hélice à pas variable (variable pitch en anglais) est doté d'un mécanisme pour ajuster le pas en vol en modifiant l'angle de calage des pales. Le pas variable en vol permet d'optimiser durant les différentes phases de vol la traction à vitesse faible (petit pas, pour le décollage), et les performances à vitesse élevée (grand pas, pour le vol en croisière). Le pilote dispose d'une commande pour ajuster le pas de l'hélice suivant la situation et ajuste la puissance avec la manette des gaz. Un dernier type d'hélice à vitesse constante (constant speed en anglais) réalise en permanence l'ajustement automatique du pas de l'hélice (le système détecte les variations du régime moteur induites par les variations de vitesse de l'aéronef, et change le pas de l'hélice pour maintenir le régime moteur constant). Dans ce cas, le pilote règle un régime moteur cible et ajuste la puissance avec la manette des gaz.

Certaines hélices à pas variable peuvent être mises :

en drapeau, avec un calage de 90° environ, de manière à offrir la moindre trainée pendant le vol moteur coupé sur un motoplaneur
en reverse » avec un calage négatif, ce qui permet d'utiliser la puissance moteur pour réaliser une contre poussée (inexistant pour le vol en planeur).

Une partie de l'énergie fournie par le moteur est perdue en trainée, le rendement de propulsion d'une hélice est de l'ordre de 75 à 85 % de la puissance fournie par le moteur.

Certaines hélices incorporent des fonctionnalités pour dégivrer le bord d'attaque. Ce n'est pas le cas des motoplaneurs.

Il existe des effets secondaires dues à l'hélice qui sont généralement considérés comme négligeable sur les motoplaneurs : La réaction au couple, l'effet asymétrique de sillage et l'effet asymétrique de la pale.

Dans le cas d'un arrêt du moteur, la trainée occasionné par l'hélice sera plus importante lorsque l'hélice tourne (surface du disque d'hélice) qu'a l'arrêt. Le pilote qui débute une phase de vol à voile devrait faire en sorte d'arrêter l'hélice pour optimiser les performances.

Le circuit carburant

Le rôle du circuit carburant est de contenir une réserve de carburant et de l'amener jusqu'au moteur. Le circuit carburant d'un aéronef est constitué d'un ou plusieurs réservoirs, d'un robinet à carburant, d'un filtre, d'une ou deux pompes à carburant, du carburant lui-même. Tous ces composants sont reliés entre-eux par des tuyauteries dans lesquelles circulent le carburant. Une jauge à essence permet de mesurer la quantité de carburant présente dans le réservoir.

réservoirs à carburant : ils permettent de stocker une certaine quantité de carburant. Ils sont étanches, mais disposent d'un orifice de remplissage, d'un petit orifice de mise à l'air libre, et d'un point de purge (appelé aussi drain). Le rôle de la mise à l'air est de permettre à l'air de rentrer ou sortir du réservoir due aux variations d'altitudes, mais aussi de permettre à l'air de rentrer dans le réservoir pour permettre à l'essence d'en sortir. Cette mise à l'air libre peut être faite dans le bouchon de l'orifice de remplissage, ou par un petit tuyau reliant le réservoir à l'extérieur de l'aéronef. Le point de purge est en fait une petite vanne pour faire sortir le carburant par le point le plus bas du réservoir : l'eau étant plus lourde que l'essence, elle reposerait au fond du réservoir. Une purge lors de la visite pré-vol permet de vérifier la présence d'eau et de l'éliminer. Cette eau présente dans l'essence peut résulter d'une pollution avant l'avitaillement (circuit d'approvisionnement), pendant l’avitaillement (pluie par l'orifice de remplissage), ou après l'avitaillement (condensation d'un air humide durant la nuit). Pour cette dernière raison, un avion métallique garé la nuit à l'extérieur avec les réservoirs vides est plus sensible au phénomène de condensation qu'un aéronef garé à l'intérieur avec les réservoirs pleins.

tuyauteries : pour un motoplaneur, les tuyauteries sont de taille modeste, 5 à 10 millimètres de diamètres. Elle peuvent être rigides et faite de métal, ou souple et faite de caoutchouc avec une armature en textile.

robinet carburant : il s'agit robinet présent dans le poste de pilotage pour fermer l'arrivé de carburant. Principalement en cas d'incendie dans le compartiment moteur mais aussi pour arrêter le moteur si les autres moyens de l'arrêter sont inopérant. Dans les autres moments, ce robinet doit normalement rester ouvert. Suivant la conception de l'aéronef et la quantité de carburant contenu dans le circuit en aval du robinet, un pilote qui décolle accidentellement avec un robinet en position fermé pourrait tomber en panne moteur à un moment critique à faible hauteur après le décollage.

filtre à carburant : Le filtre a pour rôle de retirer les impuretés solides afin de ne pas colmater les équipements du moteur. Malgré ce dispositif, il est indispensable de prendre toutes les précautions préalables pour ne pas polluer le réservoir avec trop de particules solides qui pourraient même colmater ce filtre.

pompes à carburant : Une pompe à carburant à pour rôle d'aspirer le carburant du réservoir pour l'envoyer vers le moteur. Une pompe mécanique est actionnée par le moteur lui-même, une pompe électrique est actionnée par un moteur électrique. Généralement, deux pompes de technologies différentes (une pompe mécanique plus une pompe électrique) sont installées de façon redondante. En cas de panne, une seule des deux pompes suffit à faire fonctionner le moteur à pleine puissance.

Jauge à carburant

Jauge à carburant : La jauge consultable depuis la place du pilote permet de connaitre la quantité de carburant restant dans le réservoir. La jauge peut être électrique, mais aussi un simple flotteur, ou encore une fenêtre transparente dans la paroi du réservoir permettant de lire le niveau de carburant. Contrairement aux apparences, la précision des jauges est génralement faible. Les graduations sont souvent imprécises et l'attitude de l'aéronef (s'il penche d'un côté au sol) peut fausser l'indication. Pour ces raisons, il est utile de prendre des précautions sur la quantité de carburant restante.

Prise d'échantillon de carburant dans un drain sous l'aile. Le colorant bleu indique que ce carburant est 100LL.

Les carburants: Parmi tous les carburants aviation disponibles, les moteurs à pistons d'avions fonctionnent traditionnellement avec de l'essence aviation (Avgas 100LL : abréviation de aviation gasoline one hundred Low Lead), un carburant similaire à l'essence automobile mais à plus fort indice d'octane*, d'une formulation très peu agressive (pas d'alcools ni de solvants) et parfaitement asséché (pour éviter le givrage). En raison du coût élevé de l'essence aviation, les nombreux moteurs peu puissants des motoplaneurs peuvent fonctionner avec de l'essence automobile (mogas). Le type de carburant utilisé doit se faire en accord avec les précaunisations du constructeur de l'aéronef, et en accord avec les consignes du propriétaire de l'aéronef. Les principales essences utilisées dans les motoplaneurs en Europe sont :
- Avgas 100LL : Il se prononce one hundred low lead. Le carburant est de couleur bleu clair, disponibles dans les pompes a carburants des aérodromes.
- Avgas UL91 : UL est l’abréviation pour Unleaded = sans plomb. C'est une essence spécialement conçue pour les avions légers, sans composés oxygénés dont l’éthanol, conçue pour préserver réservoirs et circuits de carburant. En effet, les alcools peuvent être nuisibles pour certains matériaux et présentent l’inconvénient de capter l’eau.
- SP 98 : SP pour Sans-Plomb. C'est une essence automobile avec un indice d'octane de 98. Elle très couramment utilisée pour les avions légers car de nombreux moteurs sont compatibles, elle est moins polluante et moins couteuse. La version SP-95 est plus rarement utilisée car le taux d'octane est souvent insuffisant, et car la teneur en alcool peut être trop élevée (les versions "-E5" sont généralement acceptables, mais les versions "-E10" et "-E85" sont généralement incompatibles).

Par ailleurs, les moteurs à réaction utilisent du kérosène Jet-A, proche du gazole mais moins gras et dépourvu de paraffines. Aussi, de rares moteurs diesel équipent certains avions, ces moteurs étant souvent capable aussi d'accepter du kérosène Jet-A.

Indice d'octane : appelé parfois taux d'octane, c'est un indicateur qui permet d'évaluer la capacité d'un carburant à résister à l'auto-allumage. L'auto-allumage est un phénomène néfaste qui survient lorsqu'un mélange air/essence est frottement comprimé (le mélange s'enflamme ou explose spontanément tout seul, au mauvais moment et sans contrôle possible). Un fort taux d'octane indique un carburant qui supporte de plus fortes pression avant de s'auto-allumer. Les moteurs performants avec des taux de compression élevés (généralement le cas des moteurs aéronautiques) ont besoin d'un carburant à fort indice d'octane. L'ajout de certains additif comme le plomb tétraéthyle dans la 100LL contribue à l'augmentation de l'indice d'octane.

Le vapor lock : Il s'agit d'un phénomène de vaporisation de l'essence dans la tuyauterie. A cause d'une forte température (période estivale, tuyauterie dans le compartiment moteur...), et/ou d'une pression atmosphérique plus faible (altitude...), le carburant se vaporise et forme une bulle de gaz qui peut entraver l'alimentation en carburant. Les conséquences sont une perte de puissance puis l'arrêt du moteur. Les constructeurs d'aéronefs anticipent le phénomène par une conception adaptée du circuit carburant. Le pilote peut également activer une éventuelle pompe à carburant électrique pour augmenter la pression dans le circuit carburant aval dans les situations à risques.

Systèmes Water-Ballasts

Les water-ballasts (ou lest d'eau) sont des réservoirs permettant d'augmenter la masse du planeur dans le but de transposer les meilleures performances du planeur à des vitesse plus élevés. Les water-ballasts sont remplis par le pilote avant le décollage et peuvent être vidés partiellement ou totalement à tout moment du vol.

Le système de water-ballast se compose : -De réservoirs permettant de contenir l'eau, très souvent situé dans l'aile (poches souples ou réservoirs structuraux) -D'une ou plusieurs vannes de vidange, dont la commande d'ouverture se trouve dans le cockpit, -Éventuellement d'une mise à l'air libre, pour permettre à l'air d'entrer et sortir du réservoir.

Le remplissage des réservoirs peut se faire par la sortie de vidange, ou par un orifice de remplissage sur le dessus de l'aile. Les réservoirs ne doivent jamais être remplis sous pression sous peine de voir l'aile exploser. Par exemple, le raccordement direct au réseau d'eau courante est à proscrire. Dans tous les cas, le manuel de vol précise la méthode pour remplir les ballasts. Ces méthodes sont très différentes d'un planeur à l'autre et doivent être suivies scrupuleusement.

Les réservoirs étant généralement placé dans l'avant de l'aile, leur remplissage à pour conséquence un centrage plus avant. Pour remédier à cela, les constructeurs peuvent placer un water-ballast dans la queue du planeur. Lors de la vidange, le ballast de queue se vide proportionnellement aux ballasts de l'aile pour conserver le même centrage quelque soit le niveau de vidange.

Lorsque le planeur est alourdi il devient moins performant à basse vitesse, mais meilleurs à haute vitesse.

Composants du système : types, conception, utilisation
influence sur le centrage
influence sur les performances

Batteries et systèmes électriques

Les planeurs purs et motoplaneurs utilisent des batteries pour s'approvisionner en électricité lors du vol. Le pilote peut être amené à manipuler une batterie, à la mettre en charge, ou utiliser des connexions pour permettre un démarrage avec une batterie externe. Un niveau de connaissance minimal sur le sujet est nécessaire pour sécuriser ses actions.

Généralités en électricité

Une tension électrique : C'est la force que possède chacun des électrons pour aller d'un endroit à un autre. L'unité de mesure de la tension est le Volt (symbole : V). Une tension faible (<12Volts) ne représente quasiment aucun danger. Une tension importante (>50Volts) est dangereuse car les électrons auront l'énergie suffisante pour traverser le corps humain et y faire des dégâts. Une haute tension (>1000Volts) est très dangereuse car les électrons ont suffisamment d'énergie pour traverser une mince couche d'air : il est possible de s’électrocuter sans toucher le conducteur !

ordre de grandeur : La tension entre les deux bornes d'une batterie automobile ou d'une batterie de planeur est de 12Volts.
La tension dans un système de motorisation electrqie de planeur ou de voiture peut atteindre plusieurs centaines de volts (attention danger !)
La tension envoyé sur une bougie d'allumage est de l'ordre de 10 000 volts et permet aux électrons de franchir un petit espace d'air, donc de faire une étincelle. Les gaines isolantes des fils qui transportent ces tensions élevés sont très épaisses pour pouvoir garder leur propriété isolante.

Le courant électrique : C'est le déplacement des électrons dans un matériau conducteur. Il est analogue au débit d'un fluide dans un tuyau. L'unité de mesure de l'intensité du courant est l'Ampère (symbole :A). Le risque bien connu associé à l'intensité est de faire circuler un courant trop important dans un fil d'un diamètre trop petit : le fil va s'échauffer jusqu'à prendre feu.

ordre de grandeur : dans les planeurs, il faut un fil de cuivre d'un diamètre de 1.13mm (section de 1mm²) pour permettre le passage d'un courant d'une intensité de 3 à 5 ampères en toute sécurité.

La Résistance électrique d'un matériau : les matériaux s'oppose plus ou moins au passage d'un courant électrique. Le cuivre et l'aluminium s'y oppose très peu (résistance faible), le graphite s'y oppose fortement (résistance moyenne), le plastique s'y oppose complètement (résistance infini - isolant). La résistance électrique se mesure en Ohm (symbole : Ω).

Représentation du courant électrique positif (en haut) et négatif (en bas)
L'interaction en la tension (volts), la résistance (ohms), et le courant (amps)

Le Champ magnétique : La circulation d'un courant électrique dans un câble génère un champ magnétique, et réciproquement un champ magnétique (qui varie) peut induire la circulation d'un courant électrique (phénomène d'antenne).

Une antenne radio placé à côté d'un gros fil d'alimentation n'est pas une bonne idée : l'antenne va capter le champ magnétique généré par le fil d'alimentation.
Un compas magnétique doit être placé loin des gros fils d'alimentations électriques.
Un microprocesseur génère beaucoup de perturbation magnétique. Pour ne pas polluer les autres appareils, il est généralement blindé (enfermé dans un caisson métallique).
Certaines batteries portatives "power bank" peuvent générer des parasites, parfois audible via la radio VHF.

courant alternatif et courant continu

Le courant continu est un type d'alimentation sont le sens est constant. C'est, par exemple, le type de courant délivré par les piles, les batteries.
Le courant alternatif est un type d'alimentation électrique qui change de sens de manière cyclique. C'est, par exemple, le type de courant délivré par un alternateur.

Pourquoi ces deux types de courant ? Parce que certains équipements électriques préfèrent l'un ou à l'autre! Grossièrement, l'alternatif est très pratique pour les machines tournantes (alternateur, moteur électrique) et l'abaissement ou l'élévation de tension (transformateur électrique), alors que le continu est pratique pour le stockage et l’électronique (batteries, PC, téléphones....etc). Les éléments chauffants s’accommodent très bien des deux types (chauffage électrique, résistance chauffante...). Aujourd'hui, les technologies modernes permettent de convertir efficacement l'un à l'autre :

Le courant alternatif d'un alternateur doit être converti avant de pouvoir recharger la batterie d'un motoplaneur

Pour associer deux éléments en parallèle, parmi tous les éléments à vérifier préalablement, il faut vérifier que le type (continue ou alternatif) et la valeur de la tension (en Volts).

Par exemple, pour démarrer un motoplaneur avec une source d'énergie extérieure (groupe de parc, batterie externe...), il faut vérifier que la source extérieur est compatible avec le circuit de l'aéronef !

Après de longs frottements du chat dans les chips de polystyrènes, ils sont chargés d’électricité statique et s'attirent!

Électricité statique

L'électricité statique est une charge électrique, de très forte tension mais de très faible capacité (faible danger pour l'homme). L'électricité statique est souvent le résultat de frottements entre deux éléments plutôt isolant, l'un arrache des électrons à l'autre et le caractère isolant fait que les charges ne circulent pas et s'accumulent. Ces charges s'évacueront dès qu'elles trouvent un chemin plus ou moins conducteur, en créant un petit arc électrique le cas échéant (la "joutte" lorsqu'une personne touche un élément chargé). La présence d'électricité statique n'est pas une bonne chose et sur un aéronef, tout est fait pour qu'un chemin conducteur de "décharge" existe en permanence afin qu'aucune accumulation ne puisse se produire :

Sur les aéronefs, toutes les pièces métalliques sont généralement reliés entre elles par des "tresses de masses".
Sur les aéronefs métalliques, il existe des déperditeurs d'électricité statique pour évacuer les charges durant le vol.
Lors de l'avitaillement, l’aéronef est connecté au sol via un câble pour décharger toute l'électricité statique avant d'approcher le pistolet à carburant.

En l'absence de ces dispositifs l'électricité statique se déchargera de manière aléatoire à travers un chemin non maitrisé, en créant potentiellement de petits arcs. Ces décharges spontanées peuvent à l'origine de perturbation des systèmes électriques et radios, et à l'origine d'incendie en présence de combustible.

Déperditeurs électrostatiques utilisés en aviation générale
Déperditeur électrostatique moderne pour aviation commerciale
Déperditeurs électrostatiques sur une aile d'avion de ligne

La foudre. Entre deux nuages (à gauche), entre un nuage et le sol (a droite)

la foudre

La foudre est le déchargement soudain de l'énergie électrique accumulée dans un nuage (vu l'épaisseur d'air traversé, il est facile de conclure à la tension colossale qui règne juste avant la décharge). Mais c'est le très fort courant circulant très brièvement dans la foudre qui occasionne des dégâts : Destruction des éléments trop petit là où passe la foudre au sol (fondus ou brulés), et génération d'un champ magnétique important à proximité du passage de la foudre qui peuvent détruire les équipements mal protégés.

Parmi les stratégies de protection contre la foudre :

créer un chemin d’éléments conducteurs suffisamment important pour permettre la circulation du courant sans dommage (tresses de masses sur un aéronef, paratonnerre au sol...)
Blinder les équipements fragiles pour les protéger des champs magnétiques, mais aussi ajouter des protections contre les surtensions créées par ces champs magnétiques.

Les batteries

type et technologies : Au plomb, au plomb gélifié, au lithium...etc. Chacune a ses avantages. Le pilote planeur doit veiller attentivement à utiliser son type de batterie avec tous les accessoires compatibles avec ce type (exemple : chargeur spécifique pour batterie lithium).

la tension de la batterie : généralement 12Volts de tension nominale pour les planeurs. Attention à ne pas installer ou connecter une batterie 24volts !

la capacité : elle s’exprime en "Ampère x Heure" (symbole Ah). Une batterie de 12Ah est capable de fournir 12Ampères durant 1 heure, ou 6ampères pendant 2 heures, ou 0.5 ampères pendant 24heures...etc

le courant maximum : caractéristique souvent oubliée, c'est ce qui fait la différence entre batterie de planeur (décharge lente, alimenter quelques instruments plusieurs heures : courant max de l'ordre de 10 à 50 ampères) et une batterie pour motoplaneur (pic de décharge pour alimenter un démarreur durant 10s : courant max de l'ordre 100 à 500 ampères).

Suivant les technologies une batterie sera apte supporter un certain nombre de cycle de charges. En atteignant ce nombre, la capacité de la batterie diminue. La température est un élément qui impacte fortement le fonctionnement d'une batterie. Une température basse "engourdie" la batterie (les réactions chimiques qui génèrent le courant sont ralenties) qui semblera alors déchargée plus tôt que prévue. Une température trop élevée peut détruire la batterie, et pour certaines occasionner un incendie.

Toutes ces caractéristiques doivent être scrutées par le pilote afin d'utiliser correctement la batterie. Notamment pour utiliser le chargeur adapté, et connaitre les risques et actions à mener en cas de surchauffe ou d'incendie.

Batterie de démarrage pour motoplaneur : technologie plomb, 12volts, capacité 14Ah, courant max 190A.
Batterie classique de planeur : technologie lithium, 12Volts, capacité 12Ah, prévue pour décharge profonde.

Composants électriques

Interrupteur : Équipement actionné à la main pour relier un équipement à un autre. Allumer ou éteindre un équipement.

Relais : C'est un interrupteur actionné par un dispositif électrique. Souvent utilisé pour commuter des puissances importantes (fort courant, gros câbles...). Dans le cas d'un aéronef, il permet par exemple d'utiliser un petit interrupteur au tableau de bord, connecté via des petits fils jusqu'au relais de forte puissance, qui est installé loin des équipements sensibles et plus proches des servitudes qu'il doit alimenter.

Fusible : Équipement de protection. Un fil de taille calibré fond lorsqu'un courant trop important le traverse, ce qui déconnecte d'alimentation électrique avant qu'une surchauffe ne survienne ailleurs. Il faut alors remplacer le fusible par un neuf.

Disjoncteur ou Breaker en Anglais : Équipement de protection. C'est un interrupteur qui déconnecte l'alimentation automatiquement si le courant dépasse la valeur nominale du breaker. Il a le même rôle qu'un fusible mais le breaker peut se réenclencher quasi-immédiatement par le pilote sans besoin d'un consommable de remplacement.

Parachutes de sauvetage Personnel

Parachute de sauvetage (côté dossier). Noter la poigné d'ouverture grise.

Parachute de sauvetage déployé. La voile ronde permet une ouverture fiable et rapide.

Un parachute de sauvetage prend généralement la forme d'un gros sac à dos. Il est constitué d'un harnais cousu à un sac, d'une voile reliées par des suspentes au sac. Afin que la voile soit rapidement déployée, un petit parachute extracteur incorporé au sac expulsé par un ressort tire la voile principale hors du sac. L'ouverture manuelle par le pilote, réalisée après l'évacuation du planeur, retire les aiguilles et libère le parachute extracteur. Ce dernier se gonfle et extrait la voile principale. Alternativement, une Sangle d'Ouverture Automatique (SOA) reliée au planeur peut déclencher l'ouverture.

Rescue-Parachute Part1.png

1-Parachute extracteur ; 2-Voile principale ; 3-Suspentes ; 4/5-Harnais et sac
3-Suspentes ; 4-Harnais ; 5-Sac ; 6-Poignées de direction
7-Aiguilles ; 8-Câble d'ouverture
Démonstration d'ouverture d'un parachute de secours dorsal, avec parachute extracteur.

Aujourd'hui, les parachutes sont fabriqués en matériaux synthétiques, les rendant résistant à l'humidité. Contrairement aux anciens parachute utilisant des voiles en coton susceptible de se coller sur elle même dans le sac sous l'action de l'humidité ou de la transpiration. Du fait de leur longue durée de vie (15 à 20 ans) Les parachutes restent sensibles aux éléments extérieurs et doivent être précieusement économisé : Éviter l'exposition inutile aux UV, à l'humidité, à l'eau, aux agents chimiques.

Suivant les constructeurs, les parachutes présentent des caractéristiques d'utilisation légèrement différentes : le poids maximum pour un taux de chute donné, la vitesse maximum d'ouverture, la hauteur nécessaire pour l'ouverture complète du parachute, les actions pour diriger la voile à droite ou a gauche...etc. Le pilote de planeur devra se reporter au manuel d'utilisation du parachute de sauvetage pour une complète compréhension de l'équipement.

L'emport de parachutes de sauvetage n'étant pas obligatoire en planeur (règlement d'exploitation des planeurs, EASA), les règles d'entretiens de ces équipements sont régies par chaque état. En France, c'est l'arrêté du Arrêté du 23 juillet 2021 relatif aux conditions d'utilisation et de maintien de navigabilité des parachutes de sauvetage qui définie l'entretien et la réparation. Généralement une inspection annuelle, incluant un dépliage complet et une inspection, est exigée par le constructeur.

Repliage après inspection

Parachutes de sauvetage Aéronef

Photos de la NASA d'un parachute déployé sur un avion Cirrus SR20

Plus rarement, il existe des parachutes intégraux qui sauvegardent l'ensemble de l'aéronef. Une très grande voile est attachée à la cellule. L'extracteur prend souvent la forme d'une fusée (dispositif pyrotechnique) qui extrait la voile principale.

Du fait de la fusée potentiellement dangereuse en cas de déclanchement intempestif, le pilote bloque la poignée de déclanchement par une goupille lorsque l'aéronef est au sol. Aussi, des autocollants signalent la zone d'extraction sur la cellule, et permettent d'avertir les personnes d'éviter de rester dans la trajectoire de la fusée.

Système d'aide à l'évacuation

symbole indiquant la présence d'un système de type NOAH à bord du planeur

Dans la conception des planeurs purs et motoplaneurs, une attention est portée par les constructeurs à faciliter l'évacuation du cockpit par les occupants :

Ceintures à déconnexion rapide
Largage de la verrière simplifié par des mécanismes spécifiques
Le pilote doit ensuite sortir de son habitacle de lui même, d'un habitacle parfois étroit et profond, dans les situations qui ne seront probablement pas un vol calme et rectiligne, après un évènement potentiellement violent
Après l'évacuation, le parachute de sauvetage est ouvert manuellement ou vis une Sangle d'Ouverture Automatique (SOA).

Certains constructeurs à la pointe du sujet ajoutent des systèmes d'aide à l'extraction de l'habitacle. Il s'agit souvent un système de relèvement du pilote (coussin gonflable, mécanisme du siège spécifique...) associé à l'ouverture automatique des ceintures de sécurité, permettant de sortir plus facilement du cockpit.

Vidéo d'un système d'aide à l'évacuation d'urgence (Youtube)

Ces systèmes d'aides sont peu commun. Un pilote qui rencontre ce genre de système devra se familiariser avec la documentation du constructeur pour appréhender le fonctionnement et les risques liés à de tel dispositifs.

Exercices

Ces documents sont disponibles afin de stimuler l'apprentissage par d'autres moyens que la simple lecture. Chacun est libre de les utiliser comme il l'entend: en autonomie, dans le cadre d'un devoir donné par un ATO/DTO, en TP lors de cours en DTO...etc. Wiki-SPL.net propose le contenu mais n'a pas vocation à répondre aux demandes d'aides à l'apprentissage. Ce rôle est assuré par les formateurs des ATO/DTO dont il faudra se rapprocher !

Cahier d’exercices N°1 Document à imprimer. Prévoir un matériel basique (règle, crayon...).