INSTRUMENTS   DE   VOL

LE VARIOMÈTRE


But du variomètre

Le variomètre fournit la vitesse verticale Vz de l'avion, c'est à dire la composante verticale de la vitesse de l'avion par rapport à la masse d'air.
Le variomètre est utile au pilotage pour déterminer soit une vitesse ascensionnelle Vz supérieure à 0, soit un taux de descente Vz inférieure à 0, il est possible de l'utiliser également pour contrôler le vol en palier.

Présentation du variomètre

Les unités les plus utilisées pour la graduation des cadrans sont:

- La centaine de pieds/minute ft/mn pour les avions de transport et les avions privés à gauche.
- Le mètre par seconde m/s pour certains avions privés et les planeurs à droite.


Vario 2 cadrans

Principe de mesure

Lorsque l'avion monte ou descend, la pression extérieure et la pression à l'intérieur de la capacité deviennent différentes.
La variation de la pression statique Ps avec l'altitude est donnée par la loi de Laplace:

VarioForm01

Or la vitesse verticale Vz de l'avion peut s'écrire:

VarioForm02

dz = différence d'altitude.
dt = différence de temps.
Soit le taux de variation d'altitude par rapport au temps écoulé. Nous aurons donc:

VarioForm03

La Vz sera donc proportionnelle au taux de variation de la pression statique Ps par rapport au temps t .
Le variomètre est donc un manomètre différentiel qui mesure la grandeur Vz.

Principe de fonctionnement

Une prise de pression statique Ps sur la partie latérale du fuselage ( en général commune à l'altimètre) est reliée à une capsule manométrique située dans un boîtier étanche, qui est isolé thermiquement.
Un tube capillaire branché sur la canalisation de la prise statique, permet à l'air de pénétrer lentement dans le boîtier.
La capsule est donc soumise d'une part à la pression statique actuelle, d'autre part à la pression statique d'un instant légèrement antérieur établie dans le boîtier grâce au retard apporté par le tube capillaire qui permet l'écoulement de la pression statique dans le boîtier.
Un système de leviers et d'engrenages amplifient et retransmettent les déformations de la capsule à une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué en vitesse verticale de part et d'autre d'un zéro.


VarioSchPrincipe

Schéma simplifié d'un variomètre

Vario simple

Corrections apportées au variomètre

La viscosité de l'air augmente lorsque la température augmente. Ce changement de viscosité va "freiner" l'air dans le tube capillaire et entraîner un retard de la pression à l'intérieur du boîtier. Ce retard va se traduire par une augmentation de la Vz indiquée, par rapport la Vz réelle.
L'influence des variations de la viscosité se compense en général par une deuxième fuite à débit variable, qui est commandée par un élément sensible à la température.
Nous aurons donc deux fuites:
- l'une provenant du tube capillaire avec une vis pointeau pour gérer le débit.
- l'autre provenant d'un orifice à paroi mince commandée par un pointeau à tige d'Invar. Celui-ci sensible à la température du boîtier se dilatera ou se contractera et permettra une compensation partielle de l'influence des variations de la viscosité.
Les débits de ces deux fuites varient donc en sens inverse quand la pression varie, ainsi il est possible de faire un étalonnage pour deux altitudes de références. Sachant que pour les autres altitudes les écarts persisteront. Ce système permet également de corriger l'influence des variations de la température statique extérieure.
Ci-dessous le variomètre Badin

Vario Badin

Variomètre avec accéléromètre

Appelé également variomètre instantané ou Instantaneous Vertical Speed Indicator (en anglais), il utilise un ou plusieurs accéléromètres qui sont conçus pour créer un effet plus rapide de la pression différentielle, en particulier lors de l'initiation d'une montée ou d'une descente.
Sur le dessin ci-dessous les accéléromètres sont composés chacun d'un petit cylindre contenant un piston qui est tenu en équilibre par un ressort et sa propre masse. Les cylindres sont reliés par l'intermédiaire d'un tube à la prise statique. L'un des cylindre relie la capsule par un tube capillaire. Quand un changement de vitesse verticale est initiée, les pistons sous l'influence de la force d'accélération verticale, sont immédiatement sollicités ce qui crée un changement immédiat de la pression à l'intérieur de la capsule. Au bout de quelques secondes les effets des accéléromètres disparaissent et seule la différence de pression statique réelle devient efficace.

Vario accéléromètre

Les erreurs instrumentales

Erreur de statique
Une prise de pression statique de performance médiocre influe sur les indications en vol non stabilisé. Notamment lors des virages, ressources, rafales de vent, etc...

Erreur de température
La variation de la température de l'air dans le boitier va avoir une influence notable sur les indications. Il est donc nécessaire de réaliser un très bon isolement thermique. Certains variomètres sont protégés par une double enveloppe thermique.

Erreur de rapidité
De par le principe même de fonctionnement du variomètre, l'indication se fait avec un certain retard. Il faudra attendre quelques secondes (environ 5) pour que l'aiguille de l'instrument fournisse une indication valable. Ce retard sera d'autant plus grand que l'altitude sera élevée.

Erreur de viscosité
La viscosité de l'air varie avec la température et la pression. L'étalonnage de l'instrument se fait pour une température et une pression données. Il fournira donc des indications erronées pour des altitudes et des températures différentes à celles de l'étalonnage.
Il faut retenir que la Vz lue est supérieure à la Vz réelle quand l'altitude augmente.

En résumé

Le variomètre n'indique la vitesse verticale qu'avec un certain retard et une précision médiocre. Plus rapide que l'altimètre pour déterminer un début de montée ou de descente, le variomètre ne doit pas cependant être considéré comme un instrument de pilotage, mais plutôt comme un instrument de tendance. Mais malgré ces inconvénients, il fournit une information suffisamment exploitable pour les calculs de pente, de temps de montée ou de descente.

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