Voler en limite
de mach, par exemple à M 0.84 pour un avion donné, permet de ne pas
dépasser les limites structurales de l'aéronef quelles que soient les
conditions d'environnement.
La vitesse du son dans l'air n'est pas une constante.
Le mach ou nombre de Mach est le rapport entre la vitesse d'un objet
dans un certain milieu et la vitesse du son dans ce milieu. Dans l'air,
en atmosphère normale et à 0 °C, mach 1 correspond environ à 1 190 km/h.
Cette vitesse est celle à laquelle se propage tout ébranlement de l'air,
qu'il soit périodique (son musical) ou non périodique (bruit). Elle
n'est pas fonction de la pression atmosphérique, mais, comme elle est
liée à l'agitation moléculaire, elle dépend de la température : 340 m/s
(soit 1224 km/h) à 15°C et 1270 km/h à 40°C, mais 1190 km/h à 0°C et
seulement 1060 km/h à - 56°C, température qui règne dans la stratosphère
à 11 000m.
Une formule permet de calculer la vitesse du son en m/s dans l'air :
V (m/s) = 20,1 Racine de T°K (Température absolue)
Ce qui donne pour différentes températures dans l'air :
Température Mach 1(m/s) Mach 1 (km/h) Mach 1 (kt)
-55 296,88 1069 577
-50 300,26 1081 584
-45 303,61 1093 590
-40 306,91 1105 597
-30 313,43 1128 609
-25 316,63 1140 615
-20 319,81 1151 622
-15 322,95 1163 628
-10 326,06 1174 634
-5 329,15 1185 640
0 332,20 1196 646
5 335,23 1207 652
10 338,23 1218 657
15 341,20 1228 663
20 344,15 1239 669
25 347,07 1249 675
30 349,97 1260 680
Supposons un avion avec limitation structurale de M 0.82 volant en mode
vitesse constante (SPEED) de 490 kt dans de l'air à -20 °C, soit M 0.78.
Le milieu du vol évolue très rapidement vers une température de -55°C,
l'avion va donc, tout en restant à 490 kt, se retrouver à M 0.85, c'est
à dire en dehors des limites du domaine de vol avec tous les risques de
destruction que cela comporte.
Il est donc nécessaire, lorsque l'on approche des limites, de choisir le
mode MACH afin de ne pas dépasser ces limites.
La MMO (Maximum Mach Operating) de l'A320 est M 0.82
J'ai volontairement simplifié l'explication de manière à ce que
l'exemple soit plus frappant et montre bien l'utilité d'une indication
de la valeur du Mach, même sur un aéronef subsonique.
Il faudrait aussi prendre en compte la TAS (True Air Speed) qui sera
corrigé différemment pour obtenir l'IAS (Indicated Air Speed) mais, sur
les avions modernes (A320, A330/A340, B747-400, B777, etc) tout ça est
calculé par les DADC (Digital Air Data Computer) ou les ADIRS (Air Data
and Inertial Reference System).
Le système ADIRS (On n'en a pas encore parlé ici) fournit les
températures et les informations barométriques, anémométriques et
inertielles au système EFIS (PFD et ND) et à d'autres systèmes avion
(FMGC, FADEC, ELAC, SEC, FAC, FWC, SFCC, ATC, GPWS, CFDIU, CPC) (1).
Le système comprend :
- 3 ADIRU (Air Data and Inertial Reference Unit) identiques, chacune
composée de deux parties pouvant fonctionner séparément :
l'ADR (Air Data Reference) qui fournit l'altitude barométrique, la
vitesse, le mach, l'incidence, les températures et les alarmes de
survitesse.
l'IR (Inertial Reference) qui fournit les informations d'attitude, de
FPV (Flight Path Vector), de route suivie, de cap, d'accélérations, de
taux de roulis, de vitesse sol et de position avion. C'est un centrale à
inertie de type "gyro laser".
- 3 antennes pitot (pitot probes)
- 6 prises de pression statique (Static pressure probes)
- 3 sondes d'incidence (Angle Of Attack : AOA)
- 2 sondes de température totale (Total Air Temperature : TAT)
- 8 ADM (Air Data Modules) qui convertissent les pressions pneumatiques
des prises pitots et statiques en données numériques utilisables par les
ADIRU.
Les ADM sont extrêmement précis et capable de détecter une variation
d'altitude/pression plus petite que 20 cm, c'est à dire meilleure que un
pied. Lorsqu'ils sont essayés sur les systèmes de test, il y a
obligation de faire coïncider la ligne de référence du générateur de
pression avec la ligne de référence de l'ADM.
(1) J'ai déjà expliqué ces acronymes, mais un petit rappel ne fait pas
de mal.
EFIS Electronic Flight Instrument System
PFD Primary Flight Display
ND Navigation Display
FMGC Flight Management & Guidance Computer
FADEC Full Authority Digital Engine Control
ELAC ELevator Aileron Computer
SEC Spoiler & Elevator Computer
FAC Flight Augmentation Computer
FWC Flight Warning Computer
SFCC Slat & Flap Control Computer
ATC Air Trafic Control (Transpondeur)
GPWS Ground Proximity Warning System
CFDIU Centralized Fault Data Interface Unit
CPC Cabin Pressure Controler
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