ATPL · cours illustré

Cours ATPL principes de vol 081 : 14 chapitres illustrés

Le cours ATPL de principes de vol reprend le programme en 14 chapitres : 136 notions expliquées en quelques paragraphes, souvent avec un schéma, ce qu'il faut retenir et, pour beaucoup, le piège classique de l'examen. Le premier chapitre, « Bases : lois physiques, air et vitesses », se lit en entier sur cette page.

14
chapitres: 136
notions expliquées, dont 136 avec un schéma ou une illustration: 1 594
questions de la banque rattachées à un chapitre

Lire le chapitre 1 Les 1 592 questions de ce module

Sommaire du cours

Chaque chapitre explique, notion par notion, ce que demandent les questions de la banque, avec un encadré « À retenir » et, souvent, le piège classique de l'examen. Le premier chapitre est en accès libre, ci-dessous et dans l'application ; les suivants sont réservés aux abonnés ATPL.

1.Bases : lois physiques, air et vitesses
Accès libre
Unités, lois de Newton, axes et angles, atmosphère, Bernoulli, continuité et vitesses IAS, CAS, EAS, TAS et Mach.
10 notions · 102 questions de la banque
2.Le profil, l'aile et la portance
Abonnés
Géométrie du profil et de l'aile, écoulement autour du profil, répartition des pressions, Cz-α, centre de poussée et foyer.
11 notions · 170 questions de la banque
3.La couche limite et le décollement
Abonnés
Couche limite laminaire et turbulente, point de transition, gradient de pression adverse, décollement et décrochage du profil.
6 notions · 28 questions de la banque
4.Les traînées, la polaire et l'effet de sol
Abonnés
Traînée parasite et traînée induite, tourbillons marginaux, allongement, courbe de traînée et VMD, polaire, finesse, effet de sol et turbulence de sillage.
13 notions · 207 questions de la banque
5.Hypersustentateurs, spoilers et aérofreins
Abonnés
Volets de bord de fuite, becs et volets de bord d'attaque, générateurs de tourbillons, spoilers et aérofreins : effets sur Cz, traînée, incidence critique et tangage.
10 notions · 115 questions de la banque
6.Le décrochage et ses protections
Abonnés
Vitesse de décrochage et facteurs qui la modifient, décrochage en envergure, aile en flèche, alarme, vibreur et pousseur de manche, superdécrochage, vrille et givrage.
11 notions · 192 questions de la banque
7.Aérodynamique à grande vitesse
Abonnés
Vitesse du son et Mach, propagation des perturbations, ondes de choc et de détente, Mach critique, effets transsoniques, tuck under, flèche, loi des aires et profil supercritique.
12 notions · 165 questions de la banque
8.Domaine de vol en altitude et buffeting
Abonnés
Portance exprimée en Mach, effondrement de la polaire, décrochages basse et haute vitesse, diagramme d'apparition du buffeting, coffin corner, marges en g et plafonds.
6 notions · 28 questions de la banque
9.Stabilité longitudinale
Abonnés
Stabilité statique et dynamique, équilibre en tangage, point neutre et marge statique, courbe Cm-α, contributions, limites de centrage, efforts au manche, effort par g, phugoïde et courte période.
10 notions · 118 questions de la banque
10.Stabilité de route et stabilité latérale
Abonnés
Dérapage, stabilité directionnelle et ses facteurs, stabilité latérale et effet dièdre, couplages roulis-lacet, roulis hollandais et instabilité spirale.
7 notions · 74 questions de la banque
11.Commandes de vol et compensation
Abonnés
Gouvernes et axes, profondeur et plan monobloc, ailerons et lacet inverse, inversion des ailerons, moment de charnière, équilibrage, tabs, compensateurs, PHR, servocommandes et flutter.
10 notions · 121 questions de la banque
12.Facteur de charge, limitations et rafales
Abonnés
Facteur de charge, charges limite et extrême, catégories CS-23 et CS-25, diagramme de manœuvre, VA, rafales, VB et VRA, vitesses limites et anémomètre.
8 notions · 66 questions de la banque
13.Les hélices
Abonnés
Angles de pale, pas géométrique et effectif, vrillage, hélices à calage fixe et à vitesse constante, rendement et coefficient de traction, modes de fonctionnement, drapeau et effets secondaires.
10 notions · 95 questions de la banque
14.Mécanique du vol
Abonnés
Palier, puissance nécessaire, régimes et plafond de propulsion, croisière, montée et calculs de pente, Vx et Vy, descente et plané, virage, symétrie du vol et vol dissymétrique.
12 notions · 113 questions de la banque

Chapitre 1 : Bases : lois physiques, air et vitesses

Unités, lois de Newton, axes et angles, atmosphère, Bernoulli, continuité et vitesses IAS, CAS, EAS, TAS et Mach.

Grandeurs et unités

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Les unités SI utilisées en mécanique du vol

L'examen vérifie que vous savez manipuler les unités du système international (SI).

une force (portance, poids, poussée) s'exprime en newton : 1 N = 1 kg·m/s². Le poids vaut W = m·g, avec g ≈ 9,81 m/s² (10 m/s² dans les calculs d'examen) ;
une pression est une force par unité de surface : pascal (N/m²), hPa ou psi. La charge alaire (poids / surface) et la pression dynamique ont donc la même unité, le N/m² ;
la masse volumique ρ s'exprime en kg/m³ ;
la puissance est un travail par unité de temps : watt = N·m/s (P = F × V).

La grandeur d'une force (sa « magnitude ») est son intensité ; elle a aussi une direction et un sens.

À retenir

N = kg·m/s² ; Pa = N/m² ; W = N·m/s ; ρ en kg/m³. 1 kt ≈ 1,15 mph : 100 mph ≈ 87 kt, et 75 kt ≈ 75 / 0,87 ≈ 86 mph.

Piège d'examen

Le joule (énergie, N·m) et le watt (puissance, N·m/s) ne se confondent pas. Un moment s'exprime aussi en N·m, mais sans déplacement : la distance n'est qu'un bras de levier.

Lois de Newton et moments

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Moment d'une force par rapport au centre de gravité

Les trois lois de Newton gouvernent tout le cours :

inertie : si la somme des forces est nulle, le corps reste au repos ou garde une vitesse constante en grandeur et en direction. En palier stabilisé, les forces opposées sont donc égales ;
dynamique : F = m × a. L'accélération est proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse ;
action-réaction : l'aile pousse l'air vers le bas, l'air pousse l'aile vers le haut.

Pour les rotations, c'est la somme des moments qui compte : si elle n'est pas nulle, l'avion subit une accélération angulaire autour de l'axe concerné, et il pivote toujours autour de son centre de gravité.

À retenir

Somme des forces nulle : mouvement rectiligne uniforme. Somme des moments non nulle : accélération angulaire autour du CG.

Les trois axes de l'avion

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Axes longitudinal, latéral et normal, issus du centre de gravité

Les axes de référence passent tous par le centre de gravité (CG) :

l'axe longitudinal (du nez à la queue) : rotation de roulis, commandée par les ailerons (contrôle latéral) ;
l'axe latéral ou transversal (d'un saumon à l'autre) : rotation de tangage, commandée par la profondeur (stabilité et contrôle longitudinaux) ;
l'axe normal (perpendiculaire aux deux autres) : rotation de lacet, commandée par la direction (stabilité et contrôle directionnels).

Dans le repère avion, X est orienté vers l'avant, Y vers l'aile droite et Z vers le bas. En palier rectiligne, l'axe normal est à peu près vertical, même à forte incidence et faible vitesse.

Piège d'examen

Le tangage est une rotation autour de l'axe latéral, pas de l'axe longitudinal. La stabilité « longitudinale » concerne le tangage, donc l'axe latéral.

Assiette, pente et incidence

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Assiette = pente + incidence

Trois angles décrivent la position de l'avion dans le plan vertical :

l'assiette θ : angle entre l'axe longitudinal et l'horizontale ;
la pente γ : angle entre la trajectoire (vecteur vitesse air) et l'horizontale ;
l'incidence α : angle entre l'axe de référence (pour un profil, la corde) et la direction de l'écoulement non perturbé (le vent relatif).

En vol symétrique sans vent vertical : θ = γ + α. Le vent relatif est parallèle à la trajectoire et de sens opposé, avec la pression, la température et la vitesse de l'air non perturbé.

Le dérapage β est l'angle entre le plan de symétrie et l'écoulement, mesuré dans le plan horizontal de l'avion ; il est positif quand l'air attaque par la droite.

À retenir

θ = γ + α. Incidence = corde / vent relatif. Calage = corde / axe longitudinal (angle fixe de construction).

Piège d'examen

Ne confondez pas incidence (angle aérodynamique, variable en vol) et calage (angle de montage de l'aile sur le fuselage, fixe).

L'air et l'atmosphère type

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Température et pression en atmosphère type

L'air se comporte comme un gaz parfait : P = ρ·r·T (r = 287 J/kg·K, T en kelvin).

à température constante, si la pression augmente, ρ augmente ;
à pression constante, si la température augmente, ρ diminue ;
l'air humide est moins dense que l'air sec (la vapeur d'eau est plus légère que l'air qu'elle remplace) ;
en altitude, P et T diminuent, mais l'effet de la pression domine : ρ diminue.

Atmosphère type (ISA) au niveau de la mer : 1 013,25 hPa, 15 °C (288 K), 1,225 kg/m³. La température baisse de 6,5 °C par 1 000 m (environ 2 °C par 1 000 ft) jusqu'à la tropopause (11 km, 36 089 ft), puis reste à −56,5 °C.

À retenir

ISA : 1 013,25 hPa, +15 °C, 1,225 kg/m³, −2 °C/1 000 ft, tropopause 36 089 ft à −56,5 °C. Près du sol, 1 hPa ≈ 28 ft (l'examen arrondit à 30 ft).

Piège d'examen

Une descente à 500 ft/min entre 5 000 ft et le sol fait varier la pression extérieure plus vite que la même descente entre 15 000 et 10 000 ft : la pression change plus vite par pied en basse couche.

Pressions statique, dynamique et totale

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Mesure de la pression dynamique par Pitot et prise statique

Trois pressions sont à distinguer :

la pression statique Ps : pression du fluide, qui s'exerce dans toutes les directions ; on la mesure par un orifice parallèle à l'écoulement (prise statique, placée sur le flanc du fuselage entre le nez et l'aile, là où la pression locale est presque celle de l'air ambiant) ;
la pression dynamique q = ½ρV² : énergie cinétique par unité de volume, proportionnelle à ρ et au carré de la vitesse ;
la pression totale Pt = Ps + q : pression mesurée là où l'air est arrêté, dans un tube de Pitot ouvert face à l'écoulement ou au point d'arrêt d'un profil.

La pression dynamique est l'écart entre la pression d'un écoulement arrêté et sa pression statique : q = Pt − Ps.

À retenir

q = ½ρV² (Pa) ; Pt = Ps + q. Vitesse doublée : q × 4. À TAS constante, q est plus élevée au niveau de la mer qu'en altitude.

Continuité et théorème de Bernoulli

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Venturi en écoulement subsonique incompressible

Continuité : le débit massique se conserve, ρ·S·V = constante. Aux faibles vitesses l'air est considéré incompressible (ρ constant, hypothèse valable jusqu'à environ Mach 0,3 ; le manuel et l'examen retiennent « au-delà de 300 km/h » pour la compressibilité) : S·V = constante. Quand les lignes de courant convergent, la vitesse augmente.

Bernoulli (fluide parfait, écoulement permanent) : la somme pression statique + pression dynamique reste constante, Ps + ½ρV² = Pt. La vitesse et la pression statique varient en sens opposés.

Dans un venturi subsonique : au col, V augmente, Ps diminue, q augmente, Pt reste constante. Dans le divergent qui suit, V diminue et Ps remonte. Un fluide parfait est un fluide sans viscosité (et ici incompressible).

À retenir

Convergent subsonique : V ↑, Ps ↓, q ↑, Pt constante, ρ constante. Divergent : l'inverse.

Piège d'examen

En supersonique, c'est l'inverse : la vitesse diminue dans un convergent et augmente dans un divergent (voir le chapitre haute vitesse).

IAS, CAS, EAS et TAS

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De la vitesse indiquée à la vitesse vraie

IAS (vitesse indiquée) : lue sur l'anémomètre ;
CAS (vitesse conventionnelle) : IAS corrigée des erreurs de position et d'instrument ;
EAS (vitesse équivalente) : CAS corrigée de la compressibilité (EAS ≤ CAS aux grandes vitesses et altitudes) ;
TAS (vitesse vraie) : EAS corrigée de la densité seule, EAS = TAS·√(ρ/ρ0).

Les forces aérodynamiques dépendent de la pression dynamique, donc de l'EAS. Deux avions de même masse à la même EAS (ou à peu près la même IAS) volent à la même incidence, quelle que soit l'altitude. La TAS n'est égale à la vitesse sol que sans vent.

À retenir

IAS → (position, instrument) → CAS → (compressibilité) → EAS → (densité) → TAS. L'écart IAS-TAS diminue quand on descend.

Piège d'examen

La vitesse de décrochage en IAS ne dépend pas de la température : c'est la TAS de décrochage qui change. Au décollage d'un terrain élevé, même IAS, mais TAS et vitesse sol plus grandes.

Les vitesses en montée et en descente

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Évolution des vitesses en montée (schéma de principe)

Montée à IAS constante : la densité diminue, la TAS augmente ; la température baisse aussi, donc le Mach augmente fortement. L'EAS diminue légèrement au-dessus de 10 000 ft (compressibilité).

Montée à Mach constant : TAS = M × a, et a diminue avec la température. Sous la tropopause, la TAS diminue ; au-dessus (température constante en ISA), la TAS reste constante.

Les avions de ligne montent à IAS constante puis basculent sur un Mach constant à l'altitude de conjonction (crossover). Conséquences sur les limites : en montée à VMO on peut dépasser MMO ; en descente à Mach constant l'IAS augmente et on peut dépasser VMO.

À IAS constante, si l'OAT varie en palier, le Mach ne change pas (même pression dynamique et même altitude-pression).

À retenir

IAS constante en montée : TAS ↑, Mach ↑. Mach constant en montée : TAS ↓ sous la tropopause. Descente à M constant : IAS ↑ → VMO.

Piège d'examen

Descendre à Mach constant fait augmenter la TAS sous la tropopause (la température monte) et l'IAS : VMO devient la limite. Montée à IAS et masse constantes : c'est MMO qui peut être dépassé.

Énergie : échanger vitesse et hauteur

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Conservation de l'énergie mécanique

L'énergie mécanique de l'avion est la somme de l'énergie cinétique ½mV² et de l'énergie potentielle mgh. À bilan poussée/traînée inchangé, elle se conserve en première approximation : l'avion qui perd de la hauteur gagne de la vitesse, et inversement.

Pour de petites variations : Δh ≈ V·ΔV/g (V en m/s).

Sur une trajectoire inclinée de γ, la composante du poids le long de la trajectoire vaut W·sin γ. Si l'on passe en palier sans changer la poussée, cette composante disparaît : l'avion décélère de g·sin γ environ (pour de petits angles, sin γ ≈ pente en %).

À retenir

Δh ≈ V·ΔV/g. Décélération à la mise en palier ≈ g × pente : 5 % → 0,5 m/s² → environ 10 kt en 10 s.

La suite du cours commence par le chapitre 2, « Le profil, l'aile et la portance ». Elle se lit dans l'onglet Cours de l'application, avec un abonnement ATPL, et chaque chapitre se termine par les questions de la banque qui portent sur lui. Voir les tarifs

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Séries de 20 ou 30 questions
Nouvelles questions, erreurs à revoir ou un mélange des deux, avec la correction et l'explication tout de suite.
Flashcards
Recto question, verso réponse commentée, à filtrer par matière pour mémoriser sans chronomètre.
Examen blanc chronométré
100 questions en 2 h 30, tirées dans toute la banque ATPL : un format d'entraînement, pas une reproduction du sujet officiel.
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