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CONNAISSANCE DES AÉRONEFS

- CELLULE - GROUPE MOTOPROPULSEUR - INSTRUMENTS DE BORD -

1 - LES AÉRONEFS ................................................................. 3

1.1 Composition générale d'un aéronef ..................................................................... 4

1.1.1 Les avions .......................................................................................... 4

1.1.2 Les hélicoptères................................................................................. 6

1.2 Les différentes formules aérodynamiques ........................................................... 7

1.2.1 Les différentes ailes .......................................................................... 7

1.2.2 Caractéristiques de la g.................................... 8

1.2.3 Les différents fuselages.................................................................... 10

1.2.4 Les différents empennages............................................................... 11

1.2.5 Exemples de formules aérodynamiques 12

1.3 Les dispositifs hypersustentateurs....................................................................... 13

1.3.1 Les volets de bord de fuite ............................................................... 13

1.3.2 Les becs de bord d'attaque .............................................................. 14

1.4 Le train d'atterrissage ............................................................................................ 14

1.4.1 Les différents types de trains d'atterrissage .................................. 14

1.4.1.1 Les trains classiques......................................................... 14

1.4.1.2 Les trains tricycles ............................................................ 14

1.4.1.3 Les trains monotraces 15

1.4.2 Constitution d'un atterrisseur .......................................................... 15

1.5 Les commandes de vol.......................................................................................... 16

1.5.1 Les axes du mouvement................................................................... 16

1.5.2 Le contrôle en tangage .................................................................... 16

1.5.3 Le contrôle en roulis ........................................................................ 16

1.5.4 Le contrôle en lacet .......................................................................... 17

1.5.5 Les commandes hybrides ............................................................... 17

1.5.6 Les effets secondaires des commandes et des gouvernes .......... 17

1.5.7 Le contrôle de la vitesse................................................................... 19

1.5.8 La compensation statique des commandes .................................. 20

1.5.9 Les dispositifs de transmission ...................................................... 21

1.6 Structure d'un avion .............................................................................................. 23

1.6.1 Efforts appliqués sur un avion et matériaux de construction utilisés. 23

1.6.2 Construction en bois coffré entoilé 25

1.6.3 Construction en tubes d 25

1.6.4 Construction en aluminium 25

1.6.5 Construction en matériaux composites.. 26

1.6.6 Structure d'un fuselage..................................................................... 26

1.6.7 Structure d'une aile........................................................................... 27

2 LE GROUPE MOTOPROPULSEUR .......................................................... 28

2.1 L'hélice................................................................................................................... 28

2.1.1 Principe de l'hélice ............................................................................ 28

2.1.2 Hélice à pas fixe ......... 30

2.1.3 Hélice à pas variable ......................................................................... 30

2.1.4 Hélice tractive ou propulsive ........................................................... 32

2.2 Le moteur à pistons............................................................................................... 32

2.2.1 Principe de fonctionnement ............................................................. 32

2.2.2 ........................................... 34

2.2.3 Le moteur à carburateur ................................... 34

2.2.3.1 36

2.2.3.2 ... 37

Comité Départemental Aéronautique 35 Edition 2016 André PARIS - HT - FI - FE - 2

2.2.4 Le moteur à injection................................................. 38

2.2.5 Circuit carburant............................................................................... 39

2.2.6 ............................................................................ 39

2.2.7 Les huiles Aviation..................................................................... 40

2.2.8 Allumage.................................................................................. 40

2.2.9 Circuit électrique................ 42

2.2.10 Refroidissement................ 42

2.2.11 Contrôle en vol................................................................................. 42

2.2.12 Performances et utilisation............................................................. 43

2.3 Les turbomachines................................................................................................ 43

2.3.1 Le statoréacteur - Principe de fonctionnement .............................. 43

2.3.2 Le turbopropulseur - Principe de fonctionnement ......................... 44

2.3.3 Le turboréacteur - ............ 44

3 - LES INSTRUMENTS DE BORD................................................................... 46

3.1 L'altimètre .............................................................................................................. 46

3.1.1 Principe de fonctionnement - Présentation de l'instrument......... 47

3.1.2 Etalonnage altimétriques .................................................................. 47

.. 47

3.1.4 Variations de pression 48

3.1.5 - Utilisation des calages en fonction des vols . 50

3.2 Le variomètre ......................................................................................................... 51

3.2.1 Principe de fonctionnement ............................................................. 51

3.2.2 Présentation de l'instrument ............................................................ 51

3.3 L'anémomètre (ou badin) ...................................................................................... 51

3.3.1 Les vitesses d'un avion..................................................................... 51

3.3.2 Principe de fonctionnement ............................................................. 52

3.3.3 Présentation de l'instrument ............................................................ 53

3.4 Le Coordinateur de virage (ou bille-aiguille) ....................................................... 53

3.4.1 Principe de fonctionnement ............................................................. 53

3.4.2 Présentation de l'instrument ............................................................ 55

.................................................................................................. 55

3.5.1 Principe de fonctionnement ............................................................. 55

3.5.2 Présentation de l'instrument ............................................................ 56

3.6 Le compas magnétique.......................................................................................... 56

3.6.1 Principe de fonctionnement ............................................................. 56

3.7 Le conservateur de cap......................................................................................... 58

3.7.1 Principe de fonctionnement ............................................................. 58

3.7.2 Présentation de l'instrument ............................................................ 59

3.8 Les instruments de radionavigation .................................................................... 59

3.8.1 Le radiocompas (ou ADF : Automatic Direction Finder)................ 59

3.8.2 Le VOR (VHF Omni Range) .............................................................. 61

3.8.3 Le DME (Distance Measurement Equipment).................................. 65

3.8.4 l'ILS (Instrument Landing System)................................................... 66

3.8.5 Le transpondeur (ou IFF : Identification Friend or Foe)................. 68

3.8.6 Le GPS (Global Positioning System) .............................................. 69

3.8.7 La radiocommunication................ 70

3.8.8 La gonio ................ 72

3.8.9 Les équipements Glass Cockpit ............... 72

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1 LES AÉRONEFS

Ce terme regroupe deux catégories :

- Les aé; - , montgolfières, ballons à gaz, dirigeables).

L (secteur avion représenté ci-après) :

Les avions légers

Ce secteur regroupe principalement les avions dont le

poids est inférieur à 2,7 tonnes. Il est intégré à la classe des avions de poids inférieur

à 5,.

Les avions de travail aérien

Utilisés aussi bien pour le remorquage de banderoles affaires, la sécurité civile, la surveillance des côtes, le largage des parachutistes, la pour les passagers ou le fret en trafic national (compagnie de troisième niveau), continental (deuxième niveau) et international transocéanique (compagnie de premier niveau). Elle regroupe aussi bien les avions de chasse (très rapides et maniables), Les avions de moyen tonnage occupent le créneau des 7 t à 136 tonnes. La troisième catég le poids est supérieur à 136 tonnes.

Les Ancêtres

légère

Le Travail

aérien commerciale militaire

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1.1 COMPOSITION GÉNÉRALE D'UN AÉRONEF

1.1.1 Les avions

La voilure est constituée de deux demi-ailes qui assurent la sustentation, la distance séparant les extrémités des deux demi-ailes se nomme envergure.

PRINCIPAUX ÉLÉMENTS

Poste de pilotage

Fuselage arrière

Capot moteur

Dérive

Gouverne

de direction

Gouverne de

profondeur

Plan fixe

Aileron

Volets

Saumon

Aile (Intrados)

CONSTITUTION

les gouvernes (profondeur, direction et ailerons),

Train tricycle

Aile (Extrados)

CESSNA 177

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La structure générale des avions est, quel que soit le type ou la taille, généralement la même, à savoir : La rigidité de l'aile est assurée par des longerons et des nervures. Le revêtement de la voilure peut être en bois, en métal, en composite ou en toile.

Comité Départemental Aéronautique 35 Edition 2016 André PARIS - HT - FI - FE - 6

L'extrémité de chaque aile se termine généralement par une partie profilée dénommée

saumon. Ce saumon supporte les feux de navigation. L'espace laissé libre entre les nervures permet de loger des réservoirs de carburant. Les parties avant et arrière de l'aile se nomment respectivement le bord d'attaque et le bord de fuite. Extrados, le dessous :

Intrados.

Près du fuselage, sur le bord de fu : les

volets. A noter que ces deux surfaces se déplacent dans le même sens.

Sur certains avions, sur le bord d'attaque

mobiles appelées : becs. Vers l'extrémité de l'aile et au bord de fuite se trouvent des éléments mobiles : les ailerons. Ces deux surfaces se braquent en sens inverse (aileron droit bas = aileron gauche haut) et permettent en vol d'incliner l'avion à droite ou à gauche

(l'aileron baissé génère de la portance qui permet à la demi-aile associée de se lever,

aileron haut génère de la déportance et donc produit une force dirigée en sens opposé n). La partie de l'aile qui assure la jonction avec le fuselage se nomme l'emplanture, le profilage aérodynamique de l'emplanture aérodynamicien : le Karman.

1.1.2 Les hélicoptères

Selon la définition officielle, un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant toutes les phases du vol. Chaque rotor dit de sustentation, dont l'axe est sensiblement vertical, est une sorte de grande hélice à pas variable, et comporte de deux à huit surfaces

aérodynamiques appelées pales, qui servent à déplacer l'appareil à la fois dans le plan

vertical et horizontal.

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Comparé aux aéronefs classiques à ailes fixes, l'hélicoptère est d'une conception plus complexe, il est plus onéreux à l'achat et à l'usage, reste relativement lent, possède un rayon d'action réduit et ne peut pas emporter de très lourdes charges. Cependant, il possède un avantage considérable sur l'avion : son aptitude à effectuer des vols stationnaires (maintenir une position fixe en vol) qui lui permet d'atteindre des endroits inaccessibles à son homologue à voilure fixe qui doit presque toujours utiliser une piste. En contrepartie, l'hélicoptère a besoin d'un moteur bien plus puissant afin de se soulever du sol, limitant en cela sa capacité d'emport. Pour les hélicoptères la structure est sensiblement différente :

1.2 LES DIFFÉRENTES FORMULES AÉRODYNAMIQUES

1.2.1 Les différentes ailes

Les ailes des avions peuvent prendre des formes très différentes en fonction des performances demandées à l'aéronef. Leur dessin est fonction de la vitesse de vol en croisière, de l'altitude de vol, de la masse de l'appareil et des conditions d'utilisation de celui-ci. Leur rôle reste toujours le même :

ASSURER LA SUSTENTATION DE L'APPAREIL.

On peut les classer par :

Aile basse Cantilever

Aile médiane

Aile haute haubanée

Canard

P O S I T I O N

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Pour pouvoir s'adapter à des plages de vitesse très larges d'environ 200 à plus de

2000 Km/h, certains avions de combat sont munis d'une voilure à géométrie variable.

1.2.2 Caractéristiques de la géométrie des ailes

Non seulement les formes d'ailes peuvent être différentes, mais elles peuvent aussi être calées différemment par rapport au plan horizontal. On parle du dièdre des ailes. Il s'agit de l'angle entre le plan horizontal et le plan d'une aile. Il est positif si le plan de l'aile est au-dessus de l'horizontale et négatif dans le cas contraire.

Monoplan

Triplan

Biplan

N O M B R E

Plan repliable

C O N S T I T U T I O N

Bois et Toile

Tôle ondulée

Tôl

Stratifié

Géométrie variable

Ailes en flèche

Ailes droites

Ailes trapézoïdales

Ailes elliptiques Ailes delta Biplan

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ALLONGEMENT (A) (grandeur relative) :

ou du carré de Les planeurs ont des voilures à fort allongement environ 20 à 25, les avions classiques

Allongement : A = B² / S ou A = B / l (

: Rapport de la profondeur à sur la profondeur

Dièdre

positif

Dièdre

négatif cordes de profil de la voilure).

Flèche

Flèche

(grandeur absolue)

SURFACE PORTANTE (S)

appelée également

SURFACE ALAIRE

Ligne moy

Epaisseur maximum

(Épaisseur relative = rapport de

Flèche maxi

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CHARGE ALAIRE (kg / m²)

sur la surface alaire (surface portante). - 60 à 120 kg/m² pour les monomoteurs ; - 120 à 180 pour les bimoteurs légers ; - 180 à 250 pour les commuters et petits biréacteurs; - 250 à 350 pour les moyens courriers ; - 350 à 520 pour les gros longs courriers.

1.2.3 Les différents fuselages

Les fuselages des avions peuvent avoir des formes très différentes en fonction de leur utilisation. Le fuselage doit permettre d'emporter l'équipage, le carburant, la charge utile (s'il y en a) et doit également permettre de fixer les différentes parties de l'appareil pour assurer la cohésion de l'ensemble. Les formes les plus courantes présentent des sections circulaires, elliptiques, rectangulaires ou carrées. L'utilisation de plus en plus courante des matériaux composites fait apparaître de plus en plus souvent des fuselages aux formes compliquées.

Le fuselage est un

caisson dont la rigidité est assurée par des couples et des raidisseurs, de même que pour l'aile, son revêtement peut être du bois, du métal, du composite ou de la toile.

Comité Départemental Aéronautique 35 Edition 2016 André PARIS - HT - FI - FE - 11

Sa forme dépend de la

mission de l'aéronef et se calque sur les cadres ou couples choisis. L'implantation de l'aile sur le fuselage peut se faire à différents niveaux, basse, médiane ou haute.

1.2.4 Les différents empennages

A l'arrière du fuselage se trouvent les empennages. La partie verticale

comprend une partie fixe dénommé dérive à l'arrière de laquelle est articulée la

gouverne de direction. La partie horizontale est constituée par un plan fixe sur lequel s'articule la gouverne de profondeur. Sur certains avions, l'empennage horizontal est constitué par une seule surface entièrement mobile. Il s'agit dans ce cas d'un empennage monobloc. Il existe différentes géométries possibles qui sont similaires à celles des ailes. L'implantation de l'empennage est également différente selon les avions.

LA DÉRIVE ;

LA GOUVERNE DE DIRECTION.

LE PLAN FIXE ;

LA GOUVERNE DE PROFONDEUR.

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Voici les principaux types d'empennages :

1.2.5 Exemples de formule aérodynamique

Dans de très nombreux cas, l'expérience a amené les constructeurs à opter pour des formules aérodynamiques typiques liées à l'utilisation de l'appareil : - Les avions de tourisme présentent des voilures droites et des fuselages à section carrée ou rectangulaire. L'empennage est classique ou en T.

Double dérive

Triple dérive

Double dérive

sur Bi-Poutre

Empennage

canard

Bi-Poutre et

plan fixe surélevé

Horizontal spécifique

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- Les avions de voltige modernes présentent des ailes médianes trapézoïdales

associées à empennage classique dont le plan horizontal présente en général la même

géométrie que la voilure. Le fuselage est souvent à base cylindrique. - Les avions de ligne longs et moyens courriers présentent en majorité une voilure

basse à flèche moyenne qui supporte de 2 à 4 réacteurs placés en nacelles. Leur empennage

est classique ou en T. Le fuselage est cylindrique ou elliptique. (ex : les avions de la famille

AIRBUS et la grande majorité des BOEING).

- Les avions de transport régional sont souvent des bi-turbopropulseurs à aile haute et empennage en T. (avions de la famille ATR). On trouve également beaucoup de biréacteurs à aile basse et empennage en T (famille des ERJ et BAe 146). - Les avions de chasse modernes présentent une voilure trapézoïdale et un empennage classique ou une voilure delta sans empennage horizontal ou avec empennage canard. Les formules sont en fait plus variées dans le domaine de l'aviation de combat que dans les autres.

1.3 LES DISPOSITIFS HYPERSUSTENTATEURS

Lors des phases d'approche et de décollage un avion doit disposer d'une portance

optimale. Dans le cas d'un décollage il faut pouvoir quitter le sol et s'élever rapidement avec

une vitesse pas trop importante afin que la distance de décollage ne soit pas trop longue et que l'on puisse survoler les obstacles entourant les terrains sans problèmes. Pour l'atterrissage, il s'agit de se poser avec la vitesse la plus faible possible. Cela

facilite le posé de l'avion. Plus la machine se pose vite et moins le pilote a de temps pour réagir

en cas de mauvaise présentation. De plus avec une vitesse élevée les risques d'éclatement

de pneus augmentent et la longueur de piste nécessaire augmente. Les ingénieurs ont donc développé des dispositifs hypersustentateurs (augmentant la portance) qui ne servent que dans ces phases de vol. Ces dispositifs augmentent également

la résistance de l'air sur l'avion et il est donc préférable de les escamoter pour les autres

phases de vol.

1.3.1 Les volets de bord de fuite

Les volets de bord de fuite sont des surfaces mobiles vers le bas situés sur le bord arrière de l'aile de chaque côté du fuselage. Leur longueur est comprise entre

1/3 et la moitié de la longueur de chaque demi-aile. Les deux volets sortent ou rentrent

en même temps, partiellement ou totalement suivant les besoins ou les circonstances. La plupart des avions en est munie. Ils sont généralement entièrement déployés pour l'atterrissage et au tiers pour le décollage. Il en existe de divers types, les principaux sont présentés ci-dessous :

Comité Départemental Aéronautique 35 Edition 2016 André PARIS - HT - FI - FE - 14

1.3.2 Les becs de bord d'attaque

On trouve également des dispositifs sur le bord avant de l'aile ayant la même fonction : Les dispositifs de bord d'attaque amovibles ne sont utilisés, en général, que pour l'atterrissage.

1.4 LE TRAIN D'ATTERRISSAGE

- Il doit permettre les au sol (roulage et décollage au poids max), - Il doit être capable et amortir les efforts subis lors de la prise de contact de l'avion avec le sol. Une fois en vol, le train d'atterrissage constitue une gêne car il augmente la traînée de l'appareil (résistance dans l'air). Sur les avions rapides le train peut s'escamoter dans le fuselage ou dans les ailes. On parle de train rentrant ou escamotable. Dans le cas contraire, il est qualifié de train fixe.

1.4.1 Les différents types de trains d'atterrissage

1.4.1.1 Les trains classiques

Lorsqu'il est

au sol l'avion est incliné en arrière. Les avions possédant ce type d'atterrisseurs sont plus difficiles à poser.

INCONVÉNIENTS DE CE DISPOSITIF :

Risque de passer en pylône (freinage ou blocage de roue) Forte traînée au décollage (ligne de vol à acquérir)

1.4.1.2 Les trains tricycles

Ils sont constitués de deux jambes de train principales et

Ils équipent la plupart des avions modernes

(gros et petits) et présentent toutes les solutions aux inconvénients du train classique. Lorsqu'il est au sol, un avion possédant ce type de train est à l'horizontale. Cela facilite nettement les car la visibilité vers l'avant est dégagée. Pour certaines applications particulières, le train d'atterrissage peut être muni de flotteurs ou de skis.

Comité Départemental Aéronautique 35 Edition 2016 André PARIS - HT - FI - FE - 15

INCONVÉNIENTS DE CE DISPOSITIF :

Poids plus élevé ;

Construction plus difficile donc plus onéreux;

Fragilité relative de la roulette avant, sujette au shimmy.

1.4.1.3 Les trains monotraces

Utilisés surtout sur les avions légers et les planeurs. La stabilité latérale au roulement est assurée sur certaines machines par des balancines (sorte de tube de chaque aile. Principal avantage : le poids.

1.4.2 Constitution d'un atterrisseur

D'une manière générale, un train d'atterrissage est constitué d'un train auxiliaire (roulette de queue pour les modèles classiques ou train avant pour les modèles tricycles) et d'un train principal (gauche et droit). La distance entre le train principal et le train auxiliaire est appelée empattement et celle entre les deux jambes du train principal est appelée voie.

Lorsque le train avant ne possède qu'une seule

roue, on parle de train simple; s'il en comprend 2, on parle de diabolo et s'il en comprend 4 ou 6 on parle de boggie.

Autres composantes géométriques

Cet angle est composé par la verticale du

définit la stabilité de VOIE

EMPATTEMENT

Centre de

gravité

Angle de garde

Comité Départemental Aéronautique 35 Edition 2016 André PARIS - HT - FI - FE - 16

donc le risque de passer en pylône est moindre.

1.5 LES COMMANDES DE VOL

1.5.1 Les axes du mouvement

Un avion se déplaçant dans l'espace,

sa capacité de mouvement autour de son centre de gravité se décrit autour de 3 axes : - l'axe de tangage (axe passant par le plan horizontal des ailes) - l'axe de roulis (axe longitudinal de l'avion) - l'axe de lacet (axe perpendiculaire au plan des ailes)

1.5.2 Le contrôle en tangage

Une rotation autour de l'axe de tangage permet de monter ou de descendre le nez de l'appareil et va ainsi Le mouvement de rotation est obtenu en tirant ou poussant le manche (ou volant). Cette commande active une surface mobile située sur l'empennage horizontal, que l'on appelle gouverne de profondeur. qui oscille vers le haut ou vers le bas afin de modifier la trajectoire.

1.5.3 Le contrôle en roulis

Une rotation autour de l'axe de roulis permet d'incliner les ailes à droite ou à gauche. Cette contribue à la mise en virage de l'avion. La commande de roulis est actionnée par l'intermédiaire du manche ou du volant nt à droite ou à gauche. Le roulis est obtenu en braquant dissymétriquement des surfaces mobiles, appelées ailerons, situées bord de fuite (manche à droite, Il arrive que ce contrôle soit assuré par des spoilers ailes.

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1.5.4 Le contrôle en lacet

La rotation autour de l'axe de lacet est assurée par une commande située au pied et appelée palonnier. Le palonnier permet d'actionner, en le poussant à droite ou à gauche, une surface mobile verticale située sur la dérive, la commande de direction. La rotation autour de cet axe permet de contrôler l'avion lors de sa course au

décollage ou à l'atterrissage et de maintenir un vol symétrique en croisière et en virage.

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