INSTRUMENTS   DE   VOL

L'ALTIMÈTRE

But de l'altimètre

L'altimètre fournit une altitude-pression. Cette mesure est basée sur la décroissance de la pression atmosphérique lorsque l'altitude augmente.
L'altimètre est en réalité un baromètre gradué en altitudes.
Cette mesure d'altitude comporte un certain nombre d'inconvénients étudiés plus loin.

Présentation de l'altimètre

Il existe plusieurs types d'altimètres : altimètres à 1 aiguille, altimètres à 2 aiguilles, altimètres à 3 aiguilles, altimètres à 1 aiguille et un tambour et altimètres à 1 aiguille et un compteur.

Les unités les plus utilisées pour la graduation des cadrans sont :
- La centaine de pieds (feet) pour les avions de transport et les avions privés à gauche.
- Le mètre pour certains avions privés et les planeurs à droite.

Alti Cadran

- Altimètre à 1 aiguille avec affichage de la pression en hectopascals (hPa) et en pouces de mercure (In Hg).

Alti une aiguille

Présentation de l'altitude sur un PRIMARY FLIGHT DISPLAY.

Alti EFIS PDF

Principe de fonctionnement

Une prise de pression statique située sur le fuselage de l'avion est reliée à un boîtier étanche par un système de canalisations. Dans ce boîtier soumis à la pression statique Ps, une ou plusieurs capsules anéroïdes dans lesquelles règne une pression quasiment nulle, servent d'éléments sensibles à la pression statique .
Par un mécanisme d'amplification et de transmission, les déformations de la ou des capsules font pivoter un râteau autour d'un axe. Par un système d'engrenage le râteau commande une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué en altitudes.

AltiSchema Principe

Éléments composant l'altimètre

Capsule

La capsule est constituée de deux flasques circulaires d'un diamètre de 40 à 60 mm et d'une épaisseur de 1 à 2 dixièmes de mm , où règne un vide poussé (capsule de VIDI).
Généralement, plusieurs capsules dont les déformations s'ajoutent sont utilisées.

CapsuleCoupe

Pour éviter l'écrasement de la capsule sous l'action de la pression statique un ressort antagoniste est utilisé.

Capsule Profil

Correction de température

Les variations de températures entraînent une dilatation de la capsule et un changement du coefficient d'élasticité. Pour remédier à ces problèmes, les capsules sont conçues en laissant une pression résiduelle à l'intérieur ce qui rend la capsule insensible à la température pour certaines pressions.
Pour les corrections complémentaires de températures, on utilise des bilames, soit au niveau des capsules (figure gauche), soit au niveau du mécanisme (figure droite).

Alti les bilames

Mécanisme amplificateur

Le mécanisme amplificateur joue un rôle très important. En effet, la capsule mesure des variations de pression faible et l'élongation maximale Δ f de la capsule a une valeur de l'ordre du millimètre, alors que l'aiguille des centaines de pieds d'un altimètre fait un tour tous les mille pieds.
Un avion qui monte jusqu'au FL 100 (10000 ft) verra la grande aiguille des centaines de pieds de l'altimètre faire 10 tours soit (10x360°) alors que le premier pignon n'aura tourné que d'une dizaine de degrés. Cet ordre de grandeur de l'amplification donne une idée sur la précision du mécanisme.

Dessin simplifié d'un altimètre

Alti les bilames

Altimètre Jeager

AltiJeager

Altimètre Kollsman

AltiKols

Altimètre servo-assisté

Le principe de l'altimètre à servocommande, introduit par Smiths Industries en 1958, est que les capsules anéroïdes sont libérées de tout travail mécanique, sauf celle due à la détection électrique de leur position. Le fonctionnement de l'instrument étant assuré par un servomoteur électrique.

Alti Servo Assite

L'altimètre servo-assisté utilise généralement un affichage numérique (chiffres) avec une seule aiguille.

Principe de fonctionnement

Dans un altimètre servo-assisté la capsule anéroïde est reliée à l'une des extrémités d'un aimant( I) pivotant qui influence une barre en forme de E dont chaque bras est muni d'un enroulement.
Un courant alternatif est envoyé à l'enroulement primaire du bras central de la barre E , créant un champ magnétique entre les barres E et I. Des tensions égales, mais opposées sont produites dans les bobines secondaires des bras supérieur et inférieur de la barre E.
Si les entrefers entre les barres E et I sont équidistants, des flux magnétiques égaux sont produits entre les barres E et I.
Aucune tension n'est induite dans les bobines secondaires, et la tension de sortie est égale à zéro (dessin ci-dessous).

Alti  bobine neutre

Lorsque l'avion monte ou descend, les capsules se dilatent ou se contractent, la barre I pivote et crée un changement du flux magnétique et la tension de sortie des bobines secondaires sera ou ne sera pas en phase avec la tension dans la bobine primaire, selon la direction du déplacement. Des courants d'amplitudes différentes sont alors induits dans les circuits secondaires. Ces courants d'amplitudes varieront en fonction de l'ampleur de la déviation.

Alti  bobine Inegale

Ce déséquilibre des courants secondaires est utilisé, après amplification, pour alimenter le servomoteur biphasé. Le moteur entraîne un système d'engrenage qui actionne l'aiguille de l'altimètre et l'affichage numérique (chiffres) dans la direction correspondante. Dans le même temps, le train d'engrenages du servomoteur fait tourner un engrenage à vis sans fin qui fait tourner la came et le bras de la came pour diminuer et équilibrer les flux magnétiques au niveau de la barre I, jusqu'à atteindre le point nul lorsque l'avion est stable en altitude et qu'aucune tension n'est plus produite.
Grâce à cette liaison électromagnétique, le frottement des roulements est minimal. Par conséquent, les mouvements infimes des capsules sont détectés, alors qu'avec une liaison mécanique, ces petits mouvements seraient masqués par la friction et/ou le jeu dans les roulements.

Alti  bobine Inegale

La rotation du bouton de réglage de l'altimètre situé à l'avant, entraîne directement l'engrenage à vis sans fin. Toute cette complexité permet d'augmenter la sensibilité à des altitudes plus élevées, car les capsules anéroïdes ne doivent entraîner que la barre I et non l'ensemble de l'instrument. Le reste est géré par le servomoteur, qui supprime le décalage et les erreurs de pression.

Alti servo boitier

Les erreurs instrumentales

Dans la partie altimétrie, les erreurs dues aux conditions de vol ont été analysées. Dans ce chapitre nous allons répertorier uniquement les erreurs dues à la conception de l'altimètre.

Erreur de statique
Voir section anémomètre Prises totales et statiques.

Erreur de température
Malgré les bilames pour corriger l'influence de la température sur les capsules, cette correction n'est jamais parfaite. Cette erreur va varier avec la température ambiante donc avec l'altitude.

Erreur d'hystérésis
L'altimètre a toujours un léger retard par rapport à l'avion. Ce retard est dû aux déformations des capsules qui ne peuvent suivre les différences de pression différentielles lors des changements de configurations de vol. L'erreur augmentera avec la Vz.

Erreur de mobilité
Elle est due aux frottements dans le mécanisme de retransmission des déformations des capsules. Elle croît avec l'altitude.

Erreur due aux accélérations
Lors des accélérations l'altimètre subit des facteurs de charge qui engendrent des erreurs.

Erreur du vieillissement
Très faible peut être considérée comme négligeable.

Erreur de lecture
Une légère erreur est toujours commise lors de la lecture de l'altimètre.

Erreur sur le réglage de la pression de référence QFE
Cette erreur est due à plusieurs causes :
- précision de la lecture lors du calage altimètrique.
- différences d'altitude d'un point à un autre sur l'aérodrome.
- hauteur de l'instrument par rapport au sol.
- réglage et d'étalonnage de l'instrument.

Il est donc important avant chaque décollage de relever et de noter l'erreur instrumentale entre le QFE donné par le contrôle et le QFE lu sur l'altimètre avec l'aiguille à zéro

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Les différents calages altimétriques utilisés

Calage QFE

Ce calage est utilisé pour les phases de décollage et atterrissage, il consiste à afficher dans la fenêtre de réglage la pression qui règne au niveau de l'aérodrome.
Au sol avant le décollage, en plaçant l'aiguille à zéro à l'aide du bouton de réglage, on peut lire le QFE dans la fenêtre.
En vol, un altimètre réglé au QFE indique une hauteur (altitude/pression) par rapport à l'aérodrome concerné. Le QFE peut être soit communiqué par radio au pilote, soit calculé à partir du QNH local et de l'altitude de l'aérodrome. Dans le cas où le QFE est transmis par un service de la circulation aérienne, le niveau de référence est l'altitude officielle de l'aérodrome.
Avantages : donne une connaissance de la hauteur de l'avion dans le volume limité autour de l'aérodrome. Permet d'avoir l'indication à zéro à l'atterrissage.
Inconvénients : le QFE n'est pas utilisable pour certains altimètres sur des aérodromes à altitude élevée, dû à la limitation des possibilités d'affichage des pressions.

Calage QNH

Ce calage consiste à afficher dans la fenêtre de réglage la pression qui devrait régner au niveau de la mer, si la pression Ps du moment correspondait à l'atmosphère standard entre le niveau de la mer et l'altitude topographique de l'aérodrome.
Au sol, un altimètre réglé au QNH indique l'altitude topographique Zt de l'aérodrome concerné.
En vol, un altimètre réglé au QNH indique une altitude. À noter que le calage au QNH n'est valable que pour un secteur donné environ 100 à 150Km autour de la station qui a calculé ce QNH.
Avantages : donne dans un volume limité une valeur approchée de son altitude.
Inconvénients : Il peut exister des différences importantes entre l'indication de l'altimètre et l'altitude vraie dues au principe même du mode de calcul du QNH . Le pilote devra donc prendre une marge de sécurité pour effectuer des franchissements d'obstacles comme le survol de montagnes par exemple.

Calage 1013,25hPa ou 29,92 in Hg

Ce calage consiste à afficher dans la fenêtre de réglage la pression qui régnerait au niveau de la mer si l'atmosphère réelle correspondait à l'atmosphère standard, c'est-à-dire 1013,25 hPa . Cette pression est exprimée en hectopascal hPa , qui a l'avantage de correspondre exactement au millibar utilisé auparavant : 1 hPa = 1 mbar.
Ce calage est utilisé pour la circulation aérienne, car il est indépendant de toute pression mesurée ou calculée. Il permet un espacement correct dans le plan vertical de tous les aéronefs volant dans l'espace aérien.
Au sol un altimètre réglé à 1013,25 hPa indique une altitude pression de l'aérodrome, qui serait son altitude topographique si l'atmosphère réelle était identique à l'atmosphère standard.
Cette altitude pression appelée QNE est utilisée pour les aérodromes à altitude élevée.
En vol un altimètre réglé à 1013,hPa indique une altitude pression Zp ou de vol.

Schéma récapitulatif des calages

AltiCalage

Dans l'exemple ci-dessus le QNH a une valeur plus grande que 1013,25 hPa et le QFE a une valeur plus petite.
Dans la réalité, le QNH peut être inférieur à 1013,25hPa et pour des aérodromes à faible altitude le QFE peut être supérieur à 1013,25 hPa .

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