INSTRUMENTS DE VOL
CIRCUITS ANÉMOMÉTRIQUES
- Prise statique
- Prise totale/Tube de Pitot
- Circuit anémométrique
Rappel des différentes pression
Pression statique
La pression statique, dans un fluide (eau, air...) en mouvement, est la pression que mesure un capteur qui se déplace à la même vitesse que le fluide. Autrement dit, la pression statique est la pression du fluide à l'arrêt. Définition wikipédia.
Donc la pression ambiante du lieu où se trouve l'avion.
Pression dynamique
La pression dynamique, notée q, représente la pression exercée par ou sur un fluide en mouvement. Elle ne dépend donc pas de la surface, mais uniquement de la vitesse et de la masse volumique du fluide.
`Pd =\frac{1}{2}ρV^2` avec :
`q` = pression dynamique du fluide en ` Pa `
`ρ` (rho) = masse volumique du fluide en Kg/m3
`V` = vitesse de déplacement relative au fluide en m/s
De manière plus générale, en mécanique des fluides, la pression dynamique s'ajoute à la pression statique et à la densité volumique d'énergie potentielle de gravité pour donner la pression totale.
Pression totale
La pression totale dans un fluide (eau, air, etc.) est la somme de la pression statique et de la pression dynamique.
`Pt = Pd + Ps` = constante soit `Pt = \frac{1}{2}ρV^2 + Ps` = constante
Le tube de Pitot mesure la pression totale.
Prise statique intégrée au tube de pitot
Deux orifices :
- un pour la pression totale ` Pt`
- un pour la pression statique ` Ps`
Comme l'antenne totale (voir ci-dessous), le tube de pitot statique peut comporter une résistance de réchauffage pour la protection contre le givrage.
La différence de `Pt - Ps = q` pression dynamique ` = VV ` vitesse vraie .
La vitesse vraie est la vitesse de l'aéronef par rapport à la masse d'air dans laquelle il évolue, c'est pour cette raison que la ` VV` est également appelée vitesse air.
En vol dans ce type de prise combinée pitot/statique, la pression statique détectée sera légèrement inférieure à celle de l'avion à l'arrêt, en raison de la succion. Plus la vitesse augmente, en raison de la turbulence de l'air autour du tube, plus cette erreur sera importante. Aux grands-angles d'attaque (qui sont généralement associés à des vitesses plus faibles), le tube fait un angle par rapport au flux d'air (vent relatif), de sorte que l'erreur appelée erreur de position est généralement plus importante. Cette erreur de position dépend principalement du positionnement du tube de pression, de la vitesse et de l'assiette de l'avion. C'est pour cette raison que les prises statiques ont été séparées des tubes pitot.
Prise statique
La source statique, qu'il s'agisse d'un simple trou ou d'une sonde combinée, doit avoir son ouverture à angle droit par rapport au flux d'air, de sorte que seule la pression statique soit détectée, sans aucune composante de pression dynamique. La difficulté est donc de trouver un endroit idéal pour positionner les prises statiques afin de réduire les erreurs de position. Elles sont montées généralement de chaque côté du fuselage et sont positionnées différemment suivant les avions sur lesquels elles se trouvent.
Sur les avions de transport, par exemple, elles sont encastrées dans le revêtement du fuselage à l'avant au niveau du poste de pilotage. De forme circulaire, elles sont percées de plusieurs trous d'environ 2 mm de diamètre.
Sur les avions légers, elles sont généralement placées à l'arrière du fuselage, entre le bord de fuite de l'aile et l'empennage et ne sont percées que d'un seul trou au centre d'environ 6 mm de diamètre. Sauf sur les Cessna où elles se trouvent à l'avant, devant la porte de la cabine.
Prise statique d'un Cessna 172
Prise statique d'un Airbus située à l'avant du fuselage.
Lorsque le vol est dissymétrique (dérapage ou glissade), la valeur de ` Ps ` est profondément modifiée. Pour remédier à ce problème, on dispose symétriquement de chaque côté du fuselage les prises statiques. La ` Ps ` arrivant aux instruments correspond alors à la moyenne des deux ` Ps ` captées de chaque côté du fuselage, permettant ainsi de minimiser l'erreur.
Les instruments de gauche (pilote) et de droite (copilote) sont alimentés par deux circuits séparés ayant chacun leur propre prise statique et totale (Pitot). Un circuit statique de secours peut alimenter l'un ou l'autre circuit, voire les deux.
Prise totale ou Tube de Pitot
L'antenne totale est associée à une prise statique sur le fuselage. Elle comporte généralement une résistance de réchauffage contre le givrage.
Tube Pitot du Fokker 100 bleui par le réchauffage, à ne pas toucher au sol !
Ces antennes sont placées parallèlement aux lignes de courant dans un écoulement permanent uniforme où l'incidence locale varie peu. Elles sont éloignées de plusieurs centimètres du revêtement de l'aile ou du fuselage afin d'éviter les couches limites et ne sont jamais positionnées dans le sillage des hélices ou des moteurs. Sur un avion monomoteur le tube de Pitot est généralement placé sous l'aile.
Ci-dessous prise Pitot du Cessna 172.
Pour les avions de transport, les tubes de Pitot sont placés sur le côté du fuselage à l'avant.
Ci-dessous, les tubes de Pitot du Falcon 50
Ci-dessous, les prises statiques et totales avec leur cache d'un ATR 42, situées hors champ des hélices.
Sur certains avions les sondes multi-fonction MFD (multi function probe) regroupent les tubes de Pitot, les sondes de température et les sondes d'incidence AOA comme ci-dessous sur A380
Voici les différentes sondes sur l'Airbus A350.
- 1 - prise de pression statique de secours SBSP (stand by static port) reliée à l'IESI ;
- 2 - prise de pression totale de secours SBP (stand by pitot ) reliée également à l'IESI ;
- 3 - MFD (multi function probe) elle comporte : un tube de pitot, une sonde TAT (total air temperature) et une sonde d'incidence AOA ;
- 4 - sonde d'incidence AOA en standby en cas de gel du MFD ;
- 5 - détecteur de glace Ice detector ;
- 6 - prise de pression statique de secours SBSP (stand by static port)
- 7 - MFD (multi function probe) ;
- 8 - MFD (multi function probe) ;
- 9 - détecteur de glace Ice detector ;
- 10 - 3 sondes de lacets SSA (side slip angle).
Circuit anémométrique pour avion monomoteur
Ce type de circuit est monté sur les avions volant en VMC (vol à vue).
Circuit anémométrique pour avions monomoteur et bimoteur
Ce type de circuit est obligatoire pour les avions volant en IMC et pouvant rencontrer des conditions givrantes. Il comporte obligatoirement un dégivrage du tube de Pitot et une prise statique de secours au cas où la prise statique ou les évents seraient bloqués. Cette prise statique peut se trouver à l'extérieur de l'avion ou à l'intérieur de la cabine si celle-ci n'est pas pressurisée. Dans ce cas, la pression de secours est légèrement inférieure à la ` Ps ` réelle. Les instruments utilisant la pression statique sont calibrés pour tenir compte de l'erreur de pression (position) à leur alimentation normale, de sorte que, lorsque des systèmes de pression alternatifs (de secours) sont utilisés, les valeurs de correction pour les instruments concernés peuvent être trouvées dans le manuel d'exploitation de l'avion.
Schéma d'un circuit anémométrique d'un avion de transport
Les systèmes Pitot ne sont généralement pas couplés entre eux. La source pitot gauche va vers les instruments gauches et la source pitot droite va vers les instruments droits. En revanche, les systèmes statiques sont presque toujours couplés entre eux. Les systèmes statiques de gauche et de droite ont tous deux leur propre évent statique de chaque côté du fuselage. Chaque système statique reçoit une entrée de ses propres évents statiques gauche et droit et la pression statique mixte de ce système passe aux instruments statiques. Les gros avions disposent de prises statiques de secours.
La transmission des sondes aux instruments prend généralement la forme de canalisations dans les systèmes élémentaires et anciens, mais dans les avions modernes, elle est généralement assurée par des fils électriques.
Les systèmes modernes ont souvent des capteurs de pression électroniques au niveau du pitot et des sources statiques avec correction d'erreur intégrée. La mesure est analogique, mais les unités d'interface analogique/numérique la convertissent en forme numérique pour une utilisation ultérieure.
