Les vitesses Speeds, TAS etc.

You remember the Lift and Drag formulas
Vous connaissez ces equations ( Lift veut dire portance, Drag veut dire trainée)




La vitesse V est la vitesse vraie, la vitesse du flux d'air sur le profil, souvent notée TAS car en anglais
V is the true airspeed, the actual speed of the airstream around the aerofoil.

 
est appelée pression dynamique, c'est la différence entre la pression du pitot et celle du statique.
is the dynamic pressure, the difference between the total pressure measured by the Pitot probe and the static pressure.
Les coefficient C sont les coefficients de portance et de trainée, dont la valeur ne dépend que de l'incidence.
The C factors are the lift and drag coefficient. Their value depend on the angle of attack.

3000 ft

1 En dessous de 3000ft AMSL (ou 1000ft ASFC en montagne), en espace non contrôlé, on doit être en vue de la surface et hors des nuages, alors qu'au dessus (ou en espace contrôlé, ça commence à la classe E), il faut être à 1000ft verticalement et 1500m horizontalement des nuages.
On ne peut donc passer dans un trou de la couche, que si la couche est sous 3000ft AMSL.

2 "Lorsqu’une altitude de transition est définie dans un espace aérien contrôlé, elle s’appliquera dans les limites latérales de cet espace, à partir du sol ou de l’eau.
la voie de l’information aéronautique, un pilote exprimera sa position dans le plan vertical :
- en niveau de vol lorsqu’il volera au-dessus de 3000 ft ASFC
- en altitude lorsqu’il volera à et au-dessous de 3000 ft ASFC"

3 "A une hauteur supérieure à 3000 ft ASFC, tout vol dans la phase de croisière en palier sera effectué à un niveau de croisière – altitude ou niveau de vol - correspondant à la route suivie,
- à et au-dessous de cette hauteur, tout vol dans la phase de croisière en palier sera effectué à un niveau de croisière librement choisi.
Source: https://www.sia.aviation-civile.gouv.fr/dossier/aicfrancea/AIC_A_2006_21_FR.pdf


En pratique: s'il n'y a pas d'altitude de transition publiée, je suis soit en altitude libre, soit en niveau de vol semi-circulaire.
S'il y a une altitude de transition publiée, en général je suis en vol contrôlé, et donc mon altitude/niveau m'est dicté par le contrôleur.

Exercice: je veux voler à 3500 ft au dessus d'une région où le sol est à environ 500ft AMSL, cas d'une bonne partie de la France, et il n'y a pas d'altitude de transition publiée.
Lorsque le sol est au dessus de 500ft, je dois afficher le QNH, et j'ai le droit de voler à 3500ft sur mon altimètre
Imaginons que mon altimètre indique 3500ft au QNH régional, que mon altitude soit donc 3500ft, et que le sol descend et passe de 501ft à 499ft.
Je suis donc à 3001ft ASFC. Il faut que je cale mon altimètre sur 1013.
Si le QNH était plus grand que 1013, mon altimètre va descendre, Comme je suis au dessus de 3000ft ASFC, je dois voler en niveau. Il faut donc que je monte pour afficher 3500ft à mon altimètre calé à 1013, soit FL35. Si je vais vers l'ouest, il faut que je monte davantage pour afficher FL45. Ou alors que je descende en dessous de 3000ft ASFC.
Si le QNH était plus petit que 1013, mon altimètre va monter, il va indiquer plus que 3500ft lorsque j'afficherai un calage de 1013. Si je descend pour que l'altimètre indique FL35, je reviendrai en dessous de 3000ft ASFC. Le FL 35 n'est donc pas utilisable. Il faut soit que je descende, soit que je monte à un niveau supérieur.

Si le sol est à une hauteur h, pour que le FL35 soit utilisable, il faut qu'au FL 35 je sois à plus de 3000ft de la surface.
Au FL35, mon altitude est de 3500 + (QNH-1013) * 27
Pour que le FL35 soit utilisable, il faut donc que 3500 + (QNH-1013) * 27 -h > 3000
soit h <500 + 27 * (QNH-1013)
Par exemple, pour un QNH de 994, au FL35, mon altitude est inférieure à 3000ft. J'ai le droit d'être à cette hauteur (pour autant que la surface ne soit pas en dessous du niveau de la mer!), mais je ne dois pas voler en niveau, je dois rester au QNH. Le premier niveau utilisable est le FL 45 dans ce cas.
Généralisons la formule
Le FLx est utilisable si 100*x + (QNH-1013)*27-h>3000, ou encore
hauteur du sol < 100*x-3000+27* (QNH-1013)

Horizon horizontal?

On ne cesse de répéter, et on a raison, qu'il faut, en vol à vue, avoir une connaissance permanente du repère capot.
Par exemple, en approche, on vous dit que pour être sur un plan à 3°, il faut, toutes choses égales par ailleurs, que le nez de votre avion baisse de 3°.
On suppose donc implicitement que l'horizon est ... horizontal.

Tout plan tangent à la terre est horizontal.
La droite qui va de votre oeil à l'horizon n'est pas horizontale pour vous. Elle l'est pour celui qui est à l'horizon, mais pas pour vous.
Si vous restez à altitude constante, l'angle avec l'horizontal est constant.
Calculons l'erreur:
La terre est sphérique de rayon R, vous êtes à une altitude h.
Le cosinus de l'angle est R/(R+h)=1/(1+h/R)=1-h/R au premier ordre
Angle= Acos (1-h/R) = sqrt(2* h/R) si h/R petit.
Au FL 410 on a h/R= 1/500
soit Angle= sqrt(1/250)=.06 radians = 3.6 degrés
Pour les altitudes de vol à vue, on a h/R=1/2000
Soit Angle= sqrt(1/1000)=.03 radians= 1.8 degrés

Pour h/R=1/10000, soit le début d'une longue finale à 2000ft
Angle= sqrt(2/10000)=.014 radians= .8 degrés
A 500ft, le début d'une finale normale, h/R=1/40000
Soit Angle=sqrt(1/20000)=.007 radians= .4 degrés, c'est encore perceptible.

On verra dans un autre article les conséquences.

La descente

Je suis en palier à vitesse stabilisée, je veux descendre en gardant la même vitesse.


1 La composante du poids perpendiculaire à la vitesse diminue (est multipliée par le cosinus de l'angle de descente). Pour garder la même vitesse il faut donc que j'augmente un peu l'angle d’attaque.
Quel est l'angle de descente maximum?
En approche, j'aurai en général 5%, soit un cosinus de 799/800
En descente croisière, à 125kt et 500 ft/mn, la pente fait 4%
En panne, on a une finesse 1/9, soit un cosinus de 161/162 soit 6 millièmes.
L'équivalent de moins de 8kg sur un Cessna 172.
Donc on néglige la variation de l'angle d'attaque.
2 L'assiette doit donc diminuer de l'angle de descente, soit entre 2 et 3 degrés.

Rappels de mécanique du vol

Je vole en palier en maintenant l'assiette (le repère capot) constante.

Ma vitesse indiquée ne dépend que de la masse et du centrage du jour.

Si ma masse diminue, la vitesse doit diminuer pour conserver le palier.
Si ma masse augmente, la vitesse doit augmenter.
Si je centre plus arrière, à masse constante, pour maintenir l'assiette, je dois diminuer la traînée. Je dois maintenir la même vitesse, mais je diminuerai un peu la puissance.
Si je centre plus avant, à masse constante, j'augmenterai un peu la puissance pour garder la même vitesse

EN PALIER, POUR UNE MASSE DONNÉE, A UNE ASSIETTE CORRESPOND UNE VITESSE.
SI LA MASSE EST PLUS ÉLEVÉE, LA VITESSE EST PLUS ÉLEVÉE.

Qualification spéciales: voltige, remorquage planeur, largage parachutistes

FCL 1.017 Qualifications spéciales
Des qualifications ou formations spéciales, associées à la licence sont requises pour certaines circonstances de vol.
Des qualifications ou formations spéciales associées à la licence PPL (A) sont requises pour le vol en montagne, le remorquage de planeur, la voltige aérienne, le largage de parachutistes et le vol en conditions IMC. Ces qualifications ou formations spéciales sont définies et leurs conditions fixées par les dispositions de l'arrêté du 31 juillet 1981 modifié relatif aux brevets, licences et qualifications des navigants non professionnels de l'aéronautique civile. Les conditions associées au vol en condition IMC sont celles requises par le § FCL 1.175 (b).
Une qualification spéciale associée à la licence CPL (A) et à la licence ATPL(A) est requise pour le vol en montagne. Cette qualification montagne est définie et ses conditions sont fixées par les dispositions de l'arrêté du 31 juillet 1981 modifié relatif aux brevets, licences et qualifications des navigants professionnels de l'aéronautique civile.

On pourrait penser qu'avec un CPL(A), on est dispensé que qualification pour le largage de parachutisme: c'est vrai, mais on doit suivre une formation dont le contenu est sensiblement identique à la formation menant à la qualification:
Arrêté du 24 juillet 1991 relatif aux conditions d'utilisation des aéronefs civilsen aviation générale
3.4. Compétence des personnels navigants
a) Les personnels navigants exerçant une activité particulière doivent avoir suivi les formations définies par l'exploitant, et portées au manuel d'activités particulières, pour l'exercice de ces activités.
b) Ils doivent avoir reçu une déclaration de niveau de compétence délivrée par l'un des organismes désignés par l'exploitant pour assurer cette formation.

Pour la voltige, consultez l'arrêté du 2 juillet 2007

Tenue de cap

Une erreur de 10° de route sur 60NM, soit une demie heure de vol sur un avion qui vole à 120kt est vite arrivée (mauvaise prise en compte de la dérive par exemple).
10° c'est un trente-sixième de cercle. Le périmètre d'un cercle de 60NM de rayon est environ 360NM. 360/36=10
En généralisant cette formule, ont trouve que l'erreur est de 1 unité de distance par degré de route pour une distance parcourue de 180 unités de distance/pi= environ 57 unités de distance.

On retiendra en pratique que l'erreur est de 1NM par degré de route par 60NM parcouru.

Précisions sur le meilleur rayon de virage

Les deux articles précédents ne sont que des illustrations de l'influence de l'inclinaison sur le rayon de virage et le facteur de charge.
Si vous devez faire demi tour d'urgence dans un faible rayon, ce n'est avec un virage à forte inclinaison que vous y arriverez, mais avec un renversement, figure au cours de laquelle il est peut-être possible de contenir le facteur de charge dans dans la limite autorisée en catégorie normale. La seule condition à respecter est une vitesse d'entrée suffisante, mais de toutes façons, à vitesse d'entrée égale, le renversement donnera de meilleurs résultats que le virage à forte inclinaison.
Le virage à forte inclinaison est TOUJOURS DANGEREUX. Une mauvaise symétrie et un décrochage conduisent à la vrille, qui n'est pas rattrapable près du relief, et pas toujours rattrapable loin du relief.
Le renversement est une figure de voltige qui ne doit pas être tentée sans entraînement, et qui ne doit pas être tenté si le manuel de vol ne l'autorise pas. La plupart des pays demandent une qualification spéciale pour la voltige, en France, c'est le FCL1 1.017 qui l'impose.

Meilleur rayon de virage en catégorie utilitaire

En catégorie utilitaire, on n'est pas limité par l'inclinaison, mais par un facteur de charge de 4.4g, qui correspond à un virage incliné à acos(1/4.4)=77°
A cette inclinaison là, on doit maintenir une vitesse supérieur à Vs * racine(4.4)= 2.10 Vs, soit, sur un avion qui décroche à 50kt, 105kt. On ne sera pas loin de la puissance maxi.

Pourquoi 1.45 Vs

On vous a parlé de la vitesse d'évolution, notée 1.45 Vs
En appliquant les formules des article précédents, vous constaterez que la vitesse de décrochage en virage à 60° d'inclinaison est de 1.41 Vs.
1.45 Vs, c'est donc la vitesse en dessous de laquelle vous décrochez en virage à 60°.
Hors, en catégorie normale, l'inclinaison est limitée à 60°.
En restant à 1.45 de Vs, vous pouvez donc utiliser votre avion à toutes les inclinaisons autorisées sans décrocher.

Le rayon de virage est donné par la formule: V^2/g/tan(alpha) (cf. article sur le sujet)
C'est à l'inclinaison maximum et à la vitesse minimum qu'on a le meilleur rayon de virage.
C'est donc à la vitesse d'évolution que l'on peut avoir le plus petit rayon de virage.
Pour un avion de 70kt de vitesse d'évolution, le meilleur rayon de virage est donc de

(70/3600*1852)^2/9.81/tan(pi/3))=77m.

Attention: ne tentez pas cette manoeuvre sans instructeur à bord et à une altitude suffisante: elle demande une grande précision d'exécution, et notamment le rigoureux maintien de la symétrie du virage.
L'état de surface de votre avion et son chargement ont une influence sur la vitesse de décrochage.
C'est en général près du relief que l'on recherche le rayon de virage le plus petit possible, et la proximité du relief est source de turbulences, qui augmentent la vitesse de décrochage.
Les vitesses mentionnées ici sont les vitesses par rapport à l'air. La vitesse indiquée par votre badin peut-être significativement différente, surtout aux basses vitesses.


Les instructeurs conseillent de ne pas dépasser 30° à la vitesse d'évolution, soit un rayon de virage de
(70/3600*1852)^2/9.81/tan(pi/6))=230 m.

Circulation aérienne militaire

Pour trouver toutes sortes de renseignements sur ce sujet, et notamment les cartes d'approche des aérodromes réservés à la CAM.
http://www.dircam.air.defense.gouv.fr/
Même en CAG, il est utile de s'y référer lors de la préparation du vol lorsque l'on souhaite transiter par un aérodrome réservé à la CAM.

Dérive

Si
-alpha est l'angle entre la route et le vent (alpha est compris entre 0 et l'angle droit)
-d l'angle entre le cap et la route, c'est à dire la dérive.
-W la vitesse du vent
-V la vitesse de l'avion par rapport au vent

Alors d = arcsin (W/V sin(alpha))

Si on note
- Fb le quotient 60/V (Fb est appelé facteur de base, nombre de minutes pour parcourir un mile nautique si V est en noeuds)
- Xm le produit W * Fb (Xm est appelé dérive max, cf plus bas)

Alors d = arcsin (Xm*sin(alpha)/60)


Si la dérive est petite, d en radians est voisin de Xm*sin(alpha)/60
d en degrés est voisin de Xm*sin(alpha)/60 * 180/ pi
Hors 180 / pi / 60 = 3/pi est voisin de 1

Donc d en degrés est voisin de Xm*sin(alpha)
Voisin de: j'ai calculé que d ne s'écarte pas de plus de 1° du cap exact tant que V/W est inférieur à 60%.

On note d°=Xm*sin(alpha)
sin étant croissant sur le domaine de variation d'alpha, d° est maximum et égal à Xm si alpha = 90°.

Atmosphère OACI

L'atmosphère OACI est définie de la manière suivante:
- Une température est définie en fonction de l'altitude
Pour des altitudes inférieures à 11km
T= 288.15 - 0.0065 z, z étant l'altitude en m, T étant en Kelvin
- On suppose que l'air est un gaz parfait
Pour une quantité d'air de masse M en kg, de volume V en m3, de température T en Kelvin, de pression P en kg/m/s2
P V= M R T
- On suppose que l'air obéit au principe de la statique: pour qu'une fine couche d'air soit en équilibre dans un champ de pesanteur, il faut que la pression qui s'applique au dessus, majorée du poids de la couche d'air, soit égale à la pression qui s'applique en dessous.
En d'autres termes, p(z+dz) + rho g dz= p(z), rho étant la masse volumique.

Cherchons la pression en fonction de l'altitude.
Le principe de la statique s'écrit
dP = - rho g dz
Remplaçons rho par sa valeur tirée de l'équation des gazs parfaits.
dP = - Pg/(RT) dz
Remplaçons T par sa valeur en fonction de l'altitude T= T0 - lr z (lr= Lapse Rate)
dP= -Pg/(R(T0- lr z)) dz
soit dP/P = -g/R dz/(T0- lr z)
soit d (lnP) = g/R/a d( ln (T0- lr z) )= d ln ( (T0- lr z)^ (g/R/lr ))
ln(P/P0)=ln((T0-az)^ (g/R/lr)
P/ P0= (1-lr z/T0)^(g/R/lr)

L'application numérique sera pour plus tard.

Vérifions enfin que l'hypothèse que g est constant, que nous avons faite implicitement, est raisonnable:
g(z)= g(0) / (1 + z/(6.4 10^6))^2 (Le rayon de la terre fait 6.4 millions de mètres environ)
Pour g(0)/g(11000)-1= 22/6400 en développant au premier ordre.
L'erreur est donc de l'ordre de trois centième.

La priorité des hélicoptères

Nous avons en tête que le plus manoeuvrant laisse le passage au moins manoeuvrant. La réglementation considère-elle l'hélicoptère comme plus manoeuvrant que l'avion?
Non:
Annexe 1 à l'arrêté du 03 mars 2006 (Règles de l'air)
3.2.2.3 Routes convergentes
Lorsque deux aéronefs se trouvant à peu près au même niveau suivent des routes convergentes, celui qui voit l'autre à sa droite s'en écarte ; toutefois :
a) les aérodynes motopropulsés cèdent le passage aux dirigeables, aux planeurs et aux ballons ;

Tous les aérodynes motopropulsés sont traités de la même manière. Entre eux, c'est la règle habituelle de priorité à droite qui s'applique.

Rayon de virage et inclinaison

On a vu dans l'article précédent que la force centrifuge est égale à mg tan(alpha), alpha étant l'inclinaison.
L'accélération centrifuge est donc égale à g tan(alpha), en application du principe de la dynamique.

Les lois de la cinématique nous disent que l'accélération centrifuge est égale à V^2/R, V étant la vitesse, R étant le rayon de virage

Le rayon de virage est donc égal à V^2/g/tan(alpha).
La durée d'un demi-tour est égale à pi V/g/tan(alpha)

L'inclinaison en fonction de la durée du demi-tour est donc de atan(pi V/g/Durée)

Inclinaison et vitesse de décrochage

Comment déterminer la vitesse de décrochage en cas de variation de poids?

Le poids peut augmenter ou diminuer lorsque l'on augmente la masse (passagers, carburant), je parle alors de poids réel, ou lorsque l'on fait varier la trajectoire (par exemple en virage), je parle alors de poids apparent.

Je suis à l'incidence de décrochage, et j'augmente le poids (réel ou apparent).
Je garde la même incidence.
Pour garder ma trajectoire horizontale, je dois augmenter ma portance d'une quantité égale à l'augmentation du poids (réel ou apparent).
Pour augmenter la portance à incidence constante, pour conserver l'incidence de décrochage, il faut que j'augmente la vitesse. La portance étant proportionnelle au carré de la vitesse, si je multiplie le poids apparent par un certain facteur, je dois multiplier la vitesse par la racine carré de ce facteur.
J'aurai ainsi conservé l'incidence de décrochage et une trajectoire horizontale: ma nouvelle vitesse est donc la vitesse de décrochage correspondant à mon nouveau poids (réel ou apparent).
J'ai ainsi démontré que La vitesse de décrochage est proportionnelle à la racine carrée du poids (réel ou apparent)

Si je suis incliné selon un angle alpha, toujours à l'incidence de dérochage, et en vol symétrique.
La symétrie du vol implique que la projection sur l'axe de tangage du poids réel égale la projection sur l'axe de tangage de la force centrifuge: sin(alpha) mg= cos(alpha) ForceCentrifuge
La trajectoire horizontale implique que la portance équilibre la projection sur l'axe de lacet du poids.
cos(alpha) mg+ sin(alpha) ForceCentrifuge = Portance.

En éliminant la ForceCentrifuge, on obtient Portance = mg (cos(alpha) + sin(alpha) tg(alpha)) = mg/cos(alpha)

La portance en vol rectiligne horizontal est égal à mg.

Donc, en virage, pour garder l'incidence constante, je dois diviser la portance par cos(alpha), donc je dois diviser la vitesse par racine(cos(alpha).
Je divise la vitesse par un nombre plus petit que un, il faut donc augmenter la vitesse.


On a ainsi démontré que la vitesse de décrochage en virage symétrique d'inclinaison alpha est augmentée d'un facteur 1/racine(cos(alpha))

Par exemple, pour un virage à 60° on multiplie la vitesse de décrochage par racine de deux, soit 41% de majoration,
pour un virage à 45° on multiplie par racine quatrième de deux, soit 19% d'augmentation,
pour un virage à 30° on multiplie la vitesse par sqr(2)/sqr(sqr(3)) soit 8% d'augmentation

Déclinaison magnétique

Rv = Rm + Dm

Dm négatif si vers l'ouest.

Mnémotechnique

Noir pour la puissance, bleu pour l'hélice, rouge pour la richesse, jaune/gris pour le réchauffage (2.5 de l'arrêté du 24 juillet 1991)
Je n'ai pas vraiment trouvé de moyen mnémotechnique.

Blanc à éclats:
Trouvé sur un forum "Bah, atterris et va au parking."

Dépassement dans le circuit

Le dépassement est autorisé à condition de ne pas gêner ni retarder l'aéronef dépassé (3.5 de l'annexe 1 de l'arrêté du 17 juillet 1992)

Circulation d'aérodrome, et utilisation des aérodromes

Tout est dans l'annexe 1 à l'arrêté du 17 juillet 1992
La nuit, cf Instruction n°20129 DNA du 29 janvier 1993