Fiche de révision : Structure et radionavigation aéronautique

📋 Plan du Cours

1. Circuits généraux de l’aéronef
2. Circuits et carburants réacteur
3. Carburants des réacteurs
4. Circuits hydrauliques aéronautiques
5. Atterrisseurs et freinage
6. Circuits pneumatiques
7. Circuits pneumatiques et inertage
8. Structures de voilure et fuselage
9. Principes de réparation structurale
10. Classification des dommages et contraintes
11. Contraintes et formage des structures
12. Rivetage et réparations structurales
13. Ondes et propagation radio
14. Aides radioélectriques à l’atterrissage
15. Fonctionnement et portée du DME
16. Navigation de surface RNAV
17. Architecture et fonctionnement du GNSS
18. Erreurs, augmentation et affichage EFIS

📖 1. Circuits généraux de l’aéronef

🔑 Notions clés & Définitions

• Circuits généraux : Circuits qui transportent des fluides dans les différentes parties de l’avion.

★ À maîtriser

• Les principaux circuits généraux de l’avion sont: les circuits carburant, le circuit oxygène, les circuits d’extinction et de protection incendie, le conditionnement d’air

Compléments

• L’ATA 28 comprend:
  • le carburant
  • le stockage
  • la distribution
  • la vidange
  • l’indication

📖 2. Circuits et carburants réacteur

🔑 Notions clés & Définitions

• Circuits carburant : Les circuits carburant assurent l’alimentation des moteurs et éventuellement de l’APU, le remplissage sous pression et par gravité, la reprise, le transfert entre réservoirs et la vidange rapide en vol.

★ À maîtriser

📌 En fonctionnement normal, les circuits d’alimentation de chaque moteur sont indépendants, mais l’installation permet l’intercommunication afin d’alimenter un moteur à partir de n’importe quel réservoir.

• Les qualités demandées à un combustible de turbomachine sont: un fort pouvoir calorifique, de faibles dépôts dans les chambres de combustion, un faible pouvoir corrosif, un bon pouvoir lubrifiant, une bonne sécurité incendie

• Le kérosène destiné aux réacteurs provient de la distillation du pétrole brut et possède un pouvoir calorifique d’environ 10 500 mth/kg ainsi qu’une densité de 0,8.

📌 L’eau est très soluble dans le kérosène, avec une solubilité dépendant de la température et de la nature du kérosène ; sa présence doit donc être évitée par l’analyse et les purges fréquentes des réservoirs.

Compléments

• Le transfert d’équilibrage du carburant peut modifier la position du centre de gravité afin qu’elle suive le déplacement du centre de poussée aérodynamique pendant l’accélération et la décélération transsonique.

• Le carburant peut aussi servir d’agent refroidisseur pour les systèmes hydrauliques et le conditionnement d’air.

• Les types de kérosène mentionnés sont:

  • Jet A, Jet A1 et Avtur JP-8
  • Avcat JP-5
  • Avtag JP-4

💡 Astuce mémo

Eau dans le kérosène → analyses et purges fréquentes

📖 3. Carburants des réacteurs

★ À maîtriser

• Les carburants pour réacteurs sont des kérosènes issus de la distillation du pétrole brut et leur pouvoir calorifique est d’environ 10 500 mth/kg pour une densité de 0,8.

• Les qualités requises sont: un fort pouvoir calorifique, de faibles dépôts dans les chambres de combustion, un faible pouvoir corrosif, un bon pouvoir lubrifiant, une bonne sécurité incendie

📌 L’eau est très soluble dans le kérosène, cette solubilité dépendant de la température et de la nature du kérosène, ce qui impose l’analyse et la purge fréquentes des réservoirs.

Compléments

• Les trois types de kérosène utilisés sont:
  • le carburant de type kérosène
  • le carburant à haut point d’éclair
  • le carburant large coupe

💡 Astuce mémo

Impuretés, surtout le soufre → corrosion des aubes de turbine

📖 4. Circuits hydrauliques aéronautiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Circuit hydraulique : Transmet une énergie hydraulique produite par un générateur vers un récepteur afin d’actionner les servitudes de l’avion.

★ À maîtriser

📐 Formule — La pression est définie par $P = \frac{F}{S}$, où F est la force et S la surface.

• Un circuit hydraulique de base comprend:
  • un générateur
  • un transmetteur
  • un récepteur

📌 Dans un circuit à pompe à capacité constante, un régulateur maintient la pression entre deux valeurs minimale et maximale, tandis que dans un circuit à pompe à capacité variable, la pompe autorégulatrice adapte elle-même son débit pour maintenir la pression.

Compléments

• Un circuit hydraulique de secours maintient la manœuvre des servitudes après la perte d’un ou plusieurs circuits principaux grâce à des pompes entraînées indépendamment des réacteurs.

💡 Astuce mémo

Générateur → transmetteur → récepteur

📖 5. Atterrisseurs et freinage

🔑 Notions clés & Définitions

• Amortisseur oléopneumatique : Utilise un fluide compressible, tel que l’air sec ou l’azote, pour assurer l’élasticité et un fluide incompressible, tel que le liquide hydraulique, pour assurer l’amortissement.

★ À maîtriser

• Les quatre fonctions principales sont:
  • la suspension de l’avion au sol
  • l’amortissement du choc à l’atterrissage
  • le roulage et le guidage au sol
  • le freinage

📌 Le train classique possède ses atterrisseurs principaux en avant du centre de gravité et une roulette de queue, tandis que le train tricycle possède ses atterrisseurs principaux en arrière du centre de gravité et un atterrisseur avant.

📐 Formule — L’énergie cinétique verticale à absorber lors de l’atterrissage vérifie $E_c = \frac{1}{2}mV_z^2$.

Compléments

📌 La sortie de secours du train peut être obtenue mécaniquement par déverrouillage puis descente par gravité, ou hydrauliquement par un circuit de secours.

💡 Astuce mémo

Train classique instable, train tricycle auto-stable

📖 6. Circuits pneumatiques

★ À maîtriser

📌 Un circuit pneumatique présente un gain de poids, ne comporte ni tuyauterie de retour ni réservoir et utilise un air ininflammable, mais il souffre d’un mauvais rendement des générateurs, de fuites difficiles à repérer et d’une précision moindre des récepteurs.

📌 Le circuit pneumatique haute pression équipe peu d’avions et peut alimenter le train, les freins et la direction de la roue avant, tandis que le circuit basse pression alimente de nombreuses servitudes.

• Le circuit basse pression alimente notamment:
  • le conditionnement d’air
  • l’antigivrage des ailes et du réacteur
  • la manœuvre des volets hypersustentateurs
  • la pressurisation des bâches hydrauliques
  • le démarrage des réacteurs
  • les vérins d’inversion de poussée

Compléments

• L’air pneumatique basse pression peut provenir des réacteurs, de l’APU ou du groupe de parc, puis traverse des vannes d’isolement et des vannes régulatrices de pression avant d’alimenter un collecteur de soutirage.

💡 Astuce mémo

HP pour quelques servitudes, BP pour de nombreuses fonctions

📖 7. Circuits pneumatiques et inertage

🔑 Notions clés & Définitions

• Triangle d’inflammabilité : Associe un carburant constitué de vapeurs de carburant, un comburant constitué de l’oxygène de l’air à 21 % et une chaleur telle qu’une étincelle.

★ À maîtriser

• Dans le circuit basse pression, l’air prélevé sur les réacteurs, l’APU ou le groupe de parc traverse des vannes d’isolement et des vannes régulatrices avant d’alimenter un collecteur de soutirage.

• Le circuit basse pression alimente notamment:

  • le conditionnement d’air
  • l’antigivrage des ailes et du réacteur
  • les volets hypersustentateurs
  • la pressurisation des bâches hydrauliques
  • le démarrage des réacteurs
  • les vérins d’inversion de poussée

• L’explosion d’un Boeing 747 de la TWA en 1996 a conduit à rechercher une réduction de l’inflammabilité des réservoirs de carburant, notamment dans le cadre des règles SFAR88.

• Dans l’IGGS, l’air conditionné traverse un module de séparation d’air à membranes creuses perméables qui évacue l’air enrichi en oxygène et fournit de l’air enrichi en azote au réservoir de carburant.

Compléments

• Le circuit pneumatique haute pression du Fokker 27 alimentait notamment le train d’atterrissage, les freins et la direction de la roue avant.

💡 Astuce mémo

Vapeurs + oxygène + étincelle → explosion ; l’azote réduit l’inflammabilité.

📖 8. Structures de voilure et fuselage

🔑 Notions clés & Définitions

• Caisson inter-longeron : Utilise un revêtement épaissi et fortement raidi ; le revêtement et les semelles des longerons encaissent la flexion verticale, tandis que l’ensemble du caisson encaisse la torsion.

📝 Points essentiels

📌 Au sol, la flexion verticale d’une aile est dirigée vers le bas avec l’extrados en traction et l’intrados en compression, tandis qu’en vol la portance sollicite l’aile vers le haut avec l’extrados en compression et l’intrados en traction.

• La force de sustentation appliquée hors de l’axe élastique de l’aile provoque simultanément une contrainte de flexion et une contrainte de torsion.

• Le fuselage relie la voilure à l’empennage et transporte la charge marchande, notamment les passagers et le fret.

• La pressurisation impose au fuselage de résister à une différence de pression pouvant atteindre 12 P.S.I.

📌 Les cadres courants maintiennent le profil et la rigidité du fuselage, tandis que les cadres forts absorbent en plus les efforts localisés.

💡 Astuce mémo

Au sol, le poids fléchit vers le bas ; en vol, la portance fléchit les ailes vers le haut.

📖 9. Principes de réparation structurale

★ À maîtriser

• 🔄 Les principales étapes d’une réparation structurale sont:

  1. Évaluer le travail et le dommage
  2. Inspecter les éléments voisins
  3. Décaper l’ancien dommage
  4. Tracer la pièce rapportée
  5. Découper, chanfreiner et former la pièce
  6. Fixer la pièce

• La plaque rapportée doit avoir une section transversale au moins égale à celle de la partie originale endommagée.

• Lorsqu’un alliage moins résistant remplace l’alliage d’origine, son épaisseur doit être augmentée pour obtenir une résistance mécanique équivalente, mais un matériau plus mince et plus résistant ne doit jamais être substitué à l’original.

• Le formage d’un alliage d’aluminium doit être terminé environ dans la demi-heure suivant la trempe, car le matériau devient ensuite trop dur à travailler.

📐 Formule — Le nombre de rivets requis de chaque côté d’une rupture est calculé par $N = \frac{L \times T \times 52{,}73}{S \text{ ou } B}$, en divisant par la plus faible des résistances au cisaillement S et à l’arrachement B.

Compléments

📌 Pour un découpage rectangulaire, le rayon de courbure de chaque coin ne doit pas être inférieur à 15 mm afin de réduire le risque de fissures.

• Pour une rupture de 58 mm dans un matériau de 1 mm avec un rivet de 3,18 mm, le calcul donne 20,38, soit 21 rivets de chaque côté et 42 rivets au total.

💡 Astuce mémo

Évaluer → décaper → tracer → découper et former → fixer.

📖 10. Classification des dommages et contraintes

📝 Points essentiels

• Les quatre classes générales d’avaries sont:
  • les avaries négligeables
  • les avaries réparables par pièce rapportée
  • les dommages réparables par insertion ou enture
  • les dommages nécessitant le remplacement de pièces

📌 Une avarie négligeable n’affecte pas l’intégrité structurale et peut être corrigée par une procédure simple sans matériau d’addition, tandis qu’une avarie par pièce rapportée dépasse ces limites et se répare avec un couvre-joint.

📌 Le remplacement complet d’une pièce peut être envisagé lorsque les dommages sont étendus sur une pièce compliquée, lorsqu’une réparation est impraticable ou inaccessible, lorsque la pièce est facile à remplacer ou lorsqu’un raccord moulé ou forgé dépasse les limites du dommage négligeable.

• Les cinq types de contraintes sont:

  • la tension
  • la compression
  • le cisaillement
  • la flexion
  • la torsion

• 🔄 La transmission des forces de portance suit l’ordre:

  1. Revêtement et lisses
  2. Nervures
  3. Longerons
  4. Fuselage

💡 Astuce mémo

TCCFT : tension, compression, cisaillement, flexion, torsion.

📖 11. Contraintes et formage des structures

🔑 Notions clés & Définitions

• Traction : Force par unité de surface qui tend à étirer un élément structurel.
• Compression : Force par unité de surface qui tend à raccourcir un élément structurel sur une section transversale.
• Cisaillement : Force par unité de section qui oblige des particules adjacentes de matière à glisser les unes par rapport aux autres.
• Torsion : Force qui tend à tordre un élément structurel et produit des contraintes de cisaillement par rotation de plans adjacents autour d’un axe commun.
• Formage : Processus de mise en forme d’une pièce avant sa fixation sur un avion afin qu’elle s’emboîte exactement.

★ À maîtriser

📌 La flexion combine une traction sur la partie supérieure d’une poutre et une compression sur sa partie inférieure, avec un effort de cisaillement maximal sur l’axe neutre et nul sur les surfaces extrêmes.

Compléments

• Les opérations de formage des alliages d’aluminium comprennent:
  • l’emboutissage
  • le plissage
  • le sertissage
  • l’étirage
  • la rétreinte
  • le pliage
  • le soyage

💡 Astuce mémo

Contraintes de base : traction, compression, cisaillement ; contraintes combinées : flexion, torsion.

📖 12. Rivetage et réparations structurales

★ À maîtriser

• Le plan d’exécution des rivures détermine le nombre de rivets, leur dimension et leur modèle, leur matière et leur traitement thermique, les dimensions des trous, les distances aux bords et l’emplacement des rivets.

📌 Pour un assemblage aéronautique, le diamètre du rivet doit être supérieur à trois fois l’épaisseur du revêtement et ne doit pas être inférieur à trois fois l’épaisseur de la tôle la plus épaisse ; les rivets inférieurs à 3/32 inch (2,38 mm) ne sont habituellement pas utilisés sur les pièces structurelles supportant des contraintes.

📐 Formule — La longueur totale du rivet est égale à la longueur de serrage plus la longueur de tige nécessaire à la rivure, soit $A = B + C$, avec $C = 1{,}5d$ pour les rivets courants.

📌 La distance du centre du premier rivet au bord doit être comprise entre deux et quatre diamètres de rivet, avec une valeur recommandée d’environ deux fois et demie le diamètre.

📌 Avant toute réparation structurale, il faut consulter en priorité la section appropriée du manuel de réparation structural du constructeur, ou SRM, qui précise les matériaux, rivets, espacements, méthodes et procédures applicables.

Compléments

📌 Le fraisage est utilisé pour les tôles épaisses lorsque leur épaisseur dépasse la hauteur de la tête du rivet fraisé, tandis que l’embrèvement est utilisé pour les matériaux de faible épaisseur.

💡 Astuce mémo

Choisir, dimensionner, percer, poser, inspecter.

📖 13. Ondes et propagation radio

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde : Perturbation progressive formée par des pressions et des tensions alternées, sans déplacement permanent du milieu dans la direction de propagation.
• Fréquence : Nombre d’ondes complètes passant par un point fixe en une seconde et s’exprime en hertz.

★ À maîtriser

📐 Formule — La fréquence et la période sont liées par $f = \frac{1}{T}$, tandis que la vitesse, la fréquence et la longueur d’onde vérifient $c = f\lambda$.

• Les ondes électromagnétiques se propagent à environ 300 000 000 mètres par seconde, soit $300 \times 10^6\ \mathrm{m/s}$.

📌 Les basses fréquences VLF et LF se propagent par ondes de surface, les fréquences moyennes MF et HF principalement par ondes de ciel et de surface, et les hautes fréquences VHF et UHF par ondes spatiales.

Compléments

• Les ondes radio peuvent: être réfléchies, être réfractées, être diffractées, subir des interférences et l’effet Doppler, traverser certains objets opaques avec atténuation, se propager sans support matériel

📐 Formule — La portée d’une onde spatiale est approchée par $R = 1{,}25(H_T + H_R)$, où R est la distance en milles marins et les hauteurs sont exprimées en pieds.

💡 Astuce mémo

Fréquence croissante → longueur d’onde décroissante.

📖 14. Aides radioélectriques à l’atterrissage

🔑 Notions clés & Définitions

• ILS : L’ILS est un système d’atterrissage composé d’un localizer fournissant le guidage azimutal, d’un glidepath fournissant le guidage vertical et de balises fournissant des points de contrôle de distance.
• DME : Système radar secondaire qui permet à un avion de déterminer sa distance oblique par rapport à une station au sol grâce à une technique d’impulsions.

★ À maîtriser

📌 Le MLS a été conçu pour améliorer les limitations de l’ILS en fournissant des mesures d’azimut, d’élévation et de distance dans un secteur de couverture plus large.

• Le MLS dispose de 200 canaux espacés de 300 kHz et fonctionne dans la bande SHF de 5031 à 5090,7 MHz.

• 🔄 Le fonctionnement du DME suit cette séquence: l’interrogateur transmet des paires d’impulsions, le transpondeur sol les retransmet après un retard de 50 μs, la retransmission s’effectue sur une fréquence décalée d’environ 63 MHz, l’interrogateur mesure le temps de retour pour déterminer la distance

Compléments

• La couverture azimutale du MLS est d’au moins 40° par rapport à la ligne de route de la piste, avec des pentes de plané sélectionnables de 0,9° à 20° et une portée utilisable de 20 à 30 NM.

💡 Astuce mémo

ILS : faisceaux fixes et étroits ; MLS : couverture azimutale et élévation élargies.

📖 15. Fonctionnement et portée du DME

★ À maîtriser

• Le DME utilise des impulsions jumelles afin que ses récepteurs rejettent les impulsions uniques aléatoires pouvant provenir d’autres radars, de systèmes d’allumage ou de la foudre.

• Pendant la recherche de portée, l’interrogateur DME émet d’abord à 150 paires d’impulsions par seconde pour 15 000 paires, puis à 60 paires par seconde jusqu’au verrouillage, avant de fonctionner à un taux aléatoire de 27 paires par seconde une fois verrouillé.

📌 Une balise DME moderne émet 2700 paires d’impulsions par seconde sans interrogation, puis réduit le gain de son récepteur lorsqu’elle atteint cette saturation afin de privilégier les avions dont les interrogations sont les plus fortes.

• Pendant l’identification DME, les impulsions aléatoires sont remplacées par des impulsions régulièrement espacées portant l’indicatif de trois lettres transmis toutes les 30 secondes, et les informations de portée ne sont plus disponibles, bien que la mémoire de l’équipement maintienne l’affichage pendant 10 secondes.

📌 La portée DME est une portée oblique selon la ligne de visée, et l’écart avec la distance au sol devient significatif lorsque l’avion se trouve à moins de trois hauteurs du DME ; à la verticale du DME, la portée indiquée correspond à la hauteur en milles marins.

Compléments

📌 Lorsque le DME est associé à un ILS, le retard du transpondeur est réglé pour que le temps total aller-retour entre le seuil et le transpondeur soit de 50 microsecondes, ce qui fournit une distance référencée au seuil.

💡 Astuce mémo

Saturation → baisse du gain → exclusion des interrogations faibles

📖 16. Navigation de surface RNAV

🔑 Notions clés & Définitions

• Waypoint : Position géographique prédéterminée, définie par sa latitude et sa longitude ou, lorsqu’il est associé à des balises VOR/DME, par un rayon et une portée selon le système rho/theta ou par les portées de deux balises DME selon le système rho/rho.

★ À maîtriser

📌 La RNAV de base maintient la trajectoire latérale avec une précision de 5 NM pendant 95 % du temps de vol, tandis que la RNAV de précision atteint 1 NM pendant 95 % du temps de vol.

• 🔄 Le calcul de position Basic RNAV utilise:
  1. le radial du récepteur VOR
  2. la distance DME de l’interrogateur
  3. l’altitude de l’altimètre codant

Compléments

📌 Lorsque le signal VOR/DME du BRNAV est perdu et que les drapeaux d’avertissement apparaissent sur le CDI ou le HSI, une autre méthode de navigation doit être utilisée.

💡 Astuce mémo

RNAV de base : 5 NM ; RNAV de précision : 1 NM

📖 17. Architecture et fonctionnement du GNSS

★ À maîtriser

• Le GPS comprend trois segments:

  • le segment spatial
  • le segment de contrôle
  • le segment utilisateur

• La constellation GPS opérationnelle est spécifiée à 24 véhicules spatiaux, avec des orbites d’une hauteur moyenne de 10 898 NM, une période de 12 heures et une inclinaison de 55 degrés.

• Le GPS utilise WGS84 comme modèle terrestre et norme de l’OACI pour les positions aéronautiques, tandis que Galileo utilise ETRS89 et GLONASS utilise PZ90.

• Le récepteur GPS mesure des pseudo-portées grâce aux codes PRN, puis utilise quatre satellites et quatre équations inconnues portant sur X, Y, Z et le temps pour calculer une position tridimensionnelle et une référence temporelle, appelée position 4D.

Compléments

• Le message de navigation GPS comprend cinq sous-trames de six secondes chacune : la première contient l’erreur d’horloge, les deuxième et troisième les éphémérides, la quatrième les données ionosphériques et temporelles, et la cinquième l’almanach.

💡 Astuce mémo

Éphémérides → pseudo-portées → quatre équations → position 4D

📖 18. Erreurs, augmentation et affichage EFIS

🔑 Notions clés & Définitions

• Mode VOR full rose : Affiche les mêmes informations que le mode VOR de référence, avec des différences de symbologie et une indication TO/FROM présentée sous la forme d’un pointeur au-dessus ou au-dessous de l’échelle de déviation latérale.
• Mode carte : Affiche les informations de navigation sélectionnées sur le panneau de contrôle et est orienté dans la direction de vol.
• Mode plan : Est orienté vers le nord géographique et permet au pilote de revoir l’itinéraire prévu à l’aide de la page LEGS du FMC/CDU.

★ À maîtriser

• Les principales erreurs GPS sont:

  • les erreurs d’éphémérides
  • les erreurs d’horloge satellite
  • les erreurs de propagation ionosphérique
  • les erreurs de propagation troposphérique
  • le bruit du récepteur
  • la réception par trajets multiples
  • la dilution de précision

• La spécification de l’OACI exige pour le service de positionnement standard une précision à 95 % de 13 m horizontalement, 22 m verticalement et 40 nanosecondes sur le temps.

📌 L’ABAS utilise notamment RAIM pour détecter les erreurs à bord, le GBAS fournit localement une alerte et des corrections pour les approches de précision, tandis que le SBAS fournit une surveillance et une amélioration de position sur une vaste zone.

• L’EHSI reçoit notamment les données de l’IRS, du FMC, du VOR, du DME, de l’ILS, de l’ADF, du TCAS et du radar météorologique, puis les générateurs de symboles produisent la symbologie affichée.

📌 Dans le mode ILS étendu, les indications de pente de descente sont supprimées lorsque la piste de l’avion est éloignée de plus de 90° de la trajectoire d’alignement ILS.

📌 Le mode ILS à rosaces affiche les mêmes informations que le mode ILS étendu, mais son échelle de déviation d’alignement de piste est doublée.

Compléments

📌 Les modes d’affichage EHSI disponibles sont Full VOR/ILS, VOR/ILS étendu, MAP et PLAN ; le mode PLAN est orienté vers le nord géographique, tandis que les autres affichages suivent le cap de l’avion.

• Le codage couleur utilisé sur l’EHSI est conforme à la norme de l’OACI, également adoptée par l’EASA, et la présentation recommandée relève de la norme EASA CS-25.

💡 Astuce mémo

ABAS avertit ; GBAS corrige localement ; SBAS corrige à grande échelle

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des circuits pneumatiques

Classes de dommages