Système de commande de vol d'un aéronef / avion


Les différents systèmes de commande aériens

Présentation du système de commande de vol d'un aéronef ou d'un avion

Les commandes de vol d'un aéronef sont les systèmes essentiels qui assurent la stabilité de l'aéronef, la facilité de vol coordonné, la stabilité aérodynamique et la répartition adéquate des contraintes liées au vol. Pour qu'un pilote, ayant aujourd'hui des systèmes de commandes de vol plus complexes, puisse avoir confiance en sa sécurité et sa capacité à piloter correctement l'avion, il est essentiel d'avoir une vaste connaissance du fonctionnement des systèmes de commandes de vol. En termes simples, les commandes de vol consistent en tout ce qui a trait à la modification de la configuration de l'avion afin d'effectuer une manœuvre.


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Les commandes de vol de l'avion sont activées par des liaisons mécaniques dans les commandes de vol du poste de pilotage qui sont reliées à des fils de commande, à des capteurs informatiques ou directement à l'hydraulique. Dans les commandes de vol primaires, vous avez la commande de profondeur, la commande des ailerons et la commande de la gouverne de direction. La gouverne de profondeur de l'avion contrôle l'assiette en tangage, les ailerons contrôlent l'inclinaison de l'avion et la gouverne de direction contrôle le mouvement de lacet de l'avion (mouvement par l'axe vertical). Les commandes de vol secondaires comprennent des éléments tels que l'accélérateur, les freins, les aérofreins, les aérofreins/spoilers et les volets.

Les commandes de vol primaires sont contrôlées par le poste de pilotage au moyen d'un manche ou d'un volant. Dans les petits avions de l'aviation générale, ces commandes sont activées par de simples fils de commande qui fonctionnent avec des poulies et des systèmes mécaniques simples, sans aucune automatisation. Ces types de systèmes sont très peu coûteux et il est tout à fait logique de les avoir dans un petit avion. C'est l'idéal, parce que vous ressentez exactement ce qui se passe pendant que vous volez, et chaque sensation de force que vous ressentez sur les commandes est réelle. Dans les avions de plus grande taille, ces commandes sont automatisées par des systèmes hydrauliques directement reliés aux commandes de vol ou par des systèmes fly-by-wire. Les systèmes Fly-by-wire utilisent des capteurs informatisés pour détecter les mouvements de contrôle, ils activent ensuite des actionneurs hydrauliques dans les surfaces de contrôle. De nos jours, de nombreux systèmes Fly-by-wire ont également un retour de force, de sorte que lorsque vous déplacez les commandes, vous avez une idée de la pression qui est réellement exercée sur la surface de contrôle que vous déplacez.

Les commandes de vol secondaires sont habituellement actionnées au moyen d'un système hydraulique ou informatisé moins compliqué. Par exemple, les freins. Lorsque vous appuyez sur les freins d'un petit avion, vous appuyez simplement sur un maître-cylindre hydraulique qui augmente la pression dans les conduites de frein et serre les étriers de frein sur les rotors. C'est fondamentalement le même principe pour les gros avions, sauf qu'un ordinateur mesure la pression exercée sur les freins et détermine la pression hydraulique à diriger vers le système de freinage. Avec les volets des petits avions, il y a simplement un moteur électrique qui abaisse les volets. Dans les gros avions, qui ont aussi des aérofreins et des spoilers, ces systèmes sont contrôlés par un ordinateur qui détecte le réglage que vous avez sélectionné pour le déploiement des spoilers/battants, et le système hydraulique se déploie pour ce paramètre. Le train d'atterrissage est un système hydraulique assez simple qui fonctionne simplement en mode "Up or Down".


Surfaces des commandes de vol et leur fonctionnement

Lorsque les frères Wright ont pris l'air pour la première fois, ils n'avaient que deux méthodes pour contrôler leur avion. Au lieu d'un gouvernail et d'ailerons, ils utilisaient la "déformation des ailes" comme le fait un oiseau. À la place d'un élévateur, ils ont déplacé leur poids corporel vers l'avant et vers l'arrière. L'aviation était un jeu très dangereux lors du développement des surfaces de contrôle. Les trois axes des avions modernes sont contrôlés par trois gouvernes primaires. Chacune de ces ailes est mobile et suit les mêmes règles aérodynamiques que les ailes.


Les ailerons

Les ailerons sont situés sur le bord de fuite extérieur des ailes. Le pilote les déplace vers le haut et vers le bas en déplaçant le manche ou la volant à gauche ou à droite. Ceci fait tourner l'avion sur son axe longitudinal, ce qui le fait "rouler" à gauche ou à droite. Les ailerons y parviennent en modifiant la portance générée sur chaque aile.

En déplaçant le manche à droite, l'aileron droit se soulève et le côté gauche s'abaisse. Un aileron en position relevée fait dévier le flux d'air vers le haut. Selon les lois de Newton, cette aile doit se déplacer dans la direction opposée, perdant de la portance et chutant vers le bas. Certains aéronefs déploient des déflecteurs de vol pour réduire davantage la portance. Comme les ailerons doivent se déplacer l'un en face de l'autre, l'autre côté s'abaisse. Ceci force l'écoulement de l'air vers le bas, augmentant la portance et soulevant cette aile. La loi de Bernoulli entre également en jeu lorsque l'aileron augmente la cambrure de l'aile et la pression différentielle. Il est inévitable que l'augmentation de la portance s'accompagne d'une augmentation de la traînée. Pour compenser, l'aileron "haut" doit se déplacer plus loin que le côté "bas".


La gouverne de direction

La gouverne de direction se trouve sur le bord de fuite de la dérive. Le pilote le déplace à gauche et à droite avec les pédales de direction. Cela permet de faire tourner l'avion sur son axe vertical, connu sous le nom de "lacet". Si seul le gouvernail est appliqué avec des ailes de niveau, l'avion "dérape" à gauche ou à droite. Le gouvernail et les ailerons sont normalement utilisés ensemble pour obtenir un roulis et une inclinaison. En appuyant sur la pédale de droite, le gouvernail se déplace vers la droite, déviant l'air vers la droite et, suivant les lois de Newton, la queue doit se déplacer vers la gauche. L'avion tourne à droite sur son axe vertical.


La gouverne de profondeur

La gouverne de profondeur se trouve sur le bord de fuite du stabilisateur. Le pilote le déplace vers le haut et vers le bas en déplaçant la manette de commande vers l'avant ou vers l'arrière. Il contrôle le "tangage" et fait tourner l'avion sur son axe latéral. Le déplacement de la gouverne de profondeur vers le haut fait dévier le flux d'air vers le haut, ce qui entraîne une diminution de la portance de la même manière que le fait un aileron vers le haut. Au fur et à mesure que la queue se soulève et s'abaisse, le nez se cabre. Si la puissance et la vitesse sont suffisantes, l'avion montera.


Les commandes primaires

Chacune de ces trois commandes primaires comporte des commandes secondaires appelées compensateurs et languettes à ressort. Ce sont de très petites "ailes" attachées à chaque bord de fuite. Les compensateurs sont réglés par le pilote pour "compenser" un déséquilibre, ce qui permet un vol de niveau "hands off". Les compensateurs à ressort peuvent être comparés à la direction assistée d'une voiture. Sur certains avions, le pilote ne contrôle que les languettes à ressort qui, à leur tour, déplacent les plus grandes surfaces de contrôle.

Plusieurs types de commandes auxiliaires sont utilisés, soit pour augmenter ou diminuer la portance. Ces surfaces mobiles peuvent augmenter la portance au décollage et permettre une vitesse plus lente et un meilleur contrôle à l'atterrissage. Cette catégorie comprend les volets de bord d'attaque et de bord de fuite, les lamelles et les fentes. Ils augmentent la portance en augmentant la surface de l'aile et la cambrure, en améliorant le flux d'air laminaire et en déviant le flux d'air supplémentaire vers le bas.

Les aérofreins sont des dispositifs relativement simples mais solides qui créent de la traînée lorsqu'ils sont déployés. Ils réduisent la vitesse d'atterrissage et sont utilisés sur les chasseurs militaires pour les "dogfighting". Les spoilers sont utilisés pour réduire la vitesse et raccourcir les courses à l'atterrissage. Comme leur nom l'indique, ils " perturbent " le flux d'air laminaire et réduisent considérablement la portance. Certains se déploient automatiquement lorsqu'un capteur de poids sur roues dans le train d'atterrissage s'engage.

Ces gouvernes complexes permettent des manœuvres et une maniabilité fantastiques dont les frères Wright ne pouvaient que rêver. Ironiquement, la NASA et Lockheed Martin développent des commandes de déformation des ailes basées sur les machines originales des frères Wright.


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Vidéo des commandes de vol d'un avion


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