Pilotage d'un avion
Le pilotage d’un avion consiste à commander sa trajectoire pour suivre les cap, altitude et vitesse désirés tout en s'assurant de rester à l'intérieur du domaine de vol pour des raisons de sécurité.
A): aileron, B): manche, C): gouvernail de profondeur, D) gouvernail de direction
Le pilote de l'avion (et plus généralement d’un aérodyne à voilure fixe) dispose, dans le cockpit, de commandes de vol qui agissent sur des gouvernes et sur la puissance des moteurs.
Fonction
Le pilote surveille le cap, l'altitude et la vitesse à l'aide d'instruments de bord.
L'avion est soumis à des perturbations dues, entre autres, aux turbulences de l'atmosphère qui l'entoure. La stabilité statique (imposée par les règles de certification), c'est-à-dire qu'il revient à son attitude originelle après avoir subi une faible perturbation[note 1]. Le pilote doit toutefois intervenir pour revenir à l'équilibre. Il peut être aidé dans cette tâche par un pilote automatique.
Il doit veiller à prendre une marge de sécurité au-dessus de la vitesse de décrochage (fonction de la masse de l'avion et du facteur de charge lors des évolutions) et à ne pas dépasser la vitesse maximale en opérations fixée par le constructeur.
L'altitude utilisable est limitée par la puissance des moteurs ou la portance. Pour un type d'avion donné, cette limite augmente quand sa masse diminue.
Action sur les gouvernes en vol
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Un avion peut être représenté dans le trièdre de référence formé par :
- l'axe x : axe longitudinal ou axe de roulis (couleur rouge).
- l'axe y : axe transversal ou axe de tangage (couleur bleue).
- l'axe z : axe de lacet (couleur verte).
Le pilote agit sur les gouvernes pour modifier la trajectoire de l'avion dans le plan vertical (montée ou descente) ou dans le plan horizontal (en virage). Pour être équilibré, le virage peut nécessiter une action sur les trois axes.
- Pour obtenir un mouvement de tangage le pilote actionne le manche qui commande la gouverne de profondeur. Elle est située le plus loin possible de l'aile, sur l'empennage horizontal ou bien sur un plan canard.
- Pour obtenir un mouvement de roulis le pilote actionne latéralement le manche qui commande les ailerons. Ces gouvernes sont généralement situées le plus loin possible de l'axe de roulis, donc vers l'extrémité des ailes.
- Pour obtenir un mouvement de lacet le pilote actionne le palonnier (pédales) qui commande la gouverne de direction avec ses pieds. Elle est située le plus loin possible de l'axe de lacet, sur l'empennage vertical. En vol, le palonnier est une commande secondaire dite « de symétrie » qui sert à équilibrer le débit d'air sur les deux ailes de l'avion, et donc à équilibrer la portance.
La plupart des avions présentent un couplage en lacet-roulis : on peut commander un mouvement de roulis avec la gouverne de lacet (roulis induit). D'autre part une rotation en roulis entraîne généralement une rotation en lacet en sens inverse du virage demandé (lacet inverse).
| Axes avion | Angle | Gouverne | Commande | Mouvement de l’avion |
|---|---|---|---|---|
| Roulis | inclinaison | Ailerons | Manche GD |  |
| Tangage | Assiette | Profondeur | Manche Av-Ar |  |
| Lacet | Angle de lacet | Direction | Palonnier |  |
Action sur les gouvernes et sur les freins au sol
Pour diriger l'appareil au sol :
- On utilise le palonnier, commandant la gouverne de direction, l'air propulsé par l'hélice vient alors appuyer sur un côté de la queue de l'appareil, l'aidant à tourner.
- Souvent, le palonnier commande aussi la rotation de la roue avant de l'avion (avion à train tricycle) ou de la roulette arrière de l'avion (avion à train classique), ce qui permet de tourner si le souffle de l'hélice ne suffit pas.
- On utilise les freins (freinage différentiel) de façon asymétrique quand la roue avant n'est pas commandée par le palonnier (avions canards notamment).
- On peut combiner les deux techniques (quand c'est possible), ce qui permet de diminuer le rayon de virage.
Par vent latéral, élever l'aileron du côté d'où vient le vent (mettre du manche dans le vent) permet d'éviter que l'aile au vent se soulève et facilite le roulage.
Pour accélérer ou ralentir, on utilise la manette des gaz, qui commande le régime moteur. Lors des virages aux freins, il peut être nécessaire de mettre des gaz pour maintenir la vitesse.
Pour freiner, le pilote appuie sur le haut des palonniers ou actionne une commande séparée, selon les avions.
Instruments
indicateur de virage et bille - conservateur de cap - variomètre
Dans les différentes phases du pilotage (décollage, vol en palier, atterrissage), le pilote cherchera à maintenir un certain nombre de paramètres à une valeur précise. Pour cela, il aura recours aux instruments:
- L'anémomètre (badin)
- Celui-ci indique la vitesse de l'avion dans la masse d'air qui l'entoure (à ne pas confondre avec la vitesse sol). C'est l'instrument fondamental utilisé par le pilote. Le décrochage est lié au dépassement de l'incidence maximale de l'avion, cependant comme il n'y a pas d'incidencemètre dans la plupart des avions légers, on se réfère à la vitesse de décrochage donnée par l'instrument (variable suivant la configuration de l'avion: sans volet ou avec). Cette vitesse de décrochage est valide dans le cas d'un vol rectiligne. L'anémomètre détermine la vitesse en fonction de la différence de pression entre la prise d'air dynamique de l'avion (tube de Pitot) et les prises d'air statiques.
- L'altimètre
- C'est un manomètre qui indique l'altitude de l'appareil en se basant sur les prises d'air statiques de l'appareil. Cette altitude indiquée est fonction d'une référence que le pilote détermine par le calage d'une pression de référence (pression au niveau de la mer, QNH, ou pression au niveau du sol de l'aéroport, QFE). Comme la température et la pression atmosphérique locales évoluent, cet instrument doit être recalibré avant chaque vol.
- Le variomètre
- Indique la vitesse de montée ou de descente de l'appareil (en pieds par minute). L'instrument utilise également les prises d'air statiques pour calculer le taux de changement d'altitude.
- La bille et l'indicateur de virage
- La bille est l'indicateur de symétrie du vol. Pour être en vol symétrique, on donnera du palonnier selon la règle « le pied chasse la bille ». L'indicateur de virage permet de connaître le taux de virage de l'avion, c'est-à-dire la variation de cap par unité de temps (Le taux 1 correspond à un demi-tour en une minute)
- Le compas
- C'est une boussole. Celle-ci est fiable en mouvement rectiligne uniforme. Pour éviter les perturbations magnétiques dans le cockpit, celui-ci est placé loin des autres instruments.
- Le directionnel, ou conservateur de cap gyroscopique
- Outil gyroscopique remplissant le rôle du compas dans les phases d'accélération (virages, modifications de trajectoires en général). Du fait de la précession des gyroscopes, le directionnel doit être recalibré sur la boussole tous les quarts d'heure.
- L'horizon artificiel.
- Instrument indispensable en vol sans visibilité, dit vol aux instruments (IFR), il permet de connaître l'assiette et l'inclinaison de l'avion. Traditionnellement de type gyroscopique, il existe maintenant des gyroscopes électroniques sans pièces en mouvement.
En vol à vue (VFR), le pilote doit constamment effectuer un circuit visuel entre les informations extérieures et les informations données par les instruments. En fonction des différentes étapes du vol (décollage, montée, palier, descente, atterrissage), on ne contrôle pas les mêmes paramètres.
Navigation
La modification de la trajectoire, en particulier dans le plan horizontal, permet de suivre une route par rapport au sol. L'opération consistant à connaître sa position et à diriger l'avion s'appelle la navigation. Ces deux fonctions sont distinctes et sont éventuellement assurées par deux membres d'équipage distincts : le pilote et le navigateur.
Notes
- les avions conçus pour la voltige ont une stabilité plus faible ; les avions de combat de dernière génération peuvent avoir une stabilité négative - c'est-à-dire, qu'ils sont aérodynamiquement instables mais que la stabilité est contrôlée par l'ordinateur de bord.
