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Le Brevet d’Initiation AéronautiqueNavigation

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Le Brevet d’Initiation Aéronautique

AERO-CLUB Roger JANIN

Route de Verneuil – Aérodrome des Mureaux

78130 LES MUREAUX

NOTRE DAME Les Oiseaux

106 Grande Rue

78480 VERNEUIL sur SEINE

Version 1.2


VERSIONS

Version Date Modifications

V1 01/02/08 Création

V1.1 16/09/08 Année 2008-2009

V1.2 15/02/13 ACRJ

V1.3 20/02/13 Corrections


• I Se situer• II Méthodes• III Instruments• IV Radionavigation

Navigation


• I-1 Les Coordonnées terrestres• I-2 Les Cartes• I-3 Le Temps

I Se Situer


I Se SituerI.1 – Les coordonnées terrestres

La Terre :

Une sphère aplatie de40000 km de circonférence(en moyenne)

Les continents représentent29% de la surface



Les méridiens :

• Demi-Grands Cercles passant par les pôles• Ils définissent la longitude

Greenwich



Les méridiens :

Pôle Nord

Méridien de Greenwich

O°

9O° E9O° W

18O°(antéméridien)

Point M : 10°E

Les Mureaux 1° 56’ 34’’ E

Vue du pôle nord :

Méridien Estde 0 à 180°

Méridien Ouestde 0 à 180°



Les parallèles :

• Petits Cercles perpendiculaires à l’axe des pôles• Ils définissent la latitude



Les parallèles :

Equateur

Pôle Nord

Point M : 10°N

Les Mureaux 48° 59’ 54’’ N

Latitudes Nordde 0 à 90°

Pôle Sud

Latitudes Sudde 0 à 90°

9O° N

9O° S

Tropique du Capricorne 23°27’S

Tropique du Cancer 23°27’N

O°

Cercle Arctique 66°33’N

Cercle Antarctique 66°33’S



Les parallèles :

Pourquoi 23°27 aux tropiques ?



Les coordonnées d’un point :

Latitude en degré minute seconde N ou S

Longitude en degré minute seconde E ou W



La mesure de distance :

Circonférence moyenne de la terre : 40000 km

Soit 40000 km pour 360°

1 Nm vaut 1’ d’arc de la circonférence de la terre soit 1852m (Nautical mile)

1° =40000

360= 111,11 Km = 60Nm

1’ =111,11

60= 1,852 Km = 1Nm



I Se Situer


I Se SituerI.2 – Les cartes

Les projections :

Une carte est la projection sur un plan d’une région sphérique de la terre

Types de projections

Plane

Conique

Cylindrique Mercator

Lambert

Stéréographiquepour les pôles



La projection de Lambert :

C’est une projection conique

Le parallèle origine est tangent au cone

Les parallèles sontconcentriques au pôle

Les méridiens sontconcourants au pôle

Les cartes aéronautiques normalisées OACI sont des

projections de Lambert



L’échelle :

C’est une fraction de type 1/N :

Ex: 1 cm : 100 000 cm = 1000 m = 1 km

=Distance Carte

Distance Réelle

1/100 000

1

N

1 cm : 250 000 cm = 2500 m = 2,5 km 1/250 000

ou

1 mm : 100 000 mm = 100 m = 0,1 km

1 cm : 500 000 cm = 5000 m = 5 km (2,7Nm) 1/500 000



Les cartes pour le vol à vue (normes OACI) :

4 cartes au 1/500 000

Elles sont éditées par le Service de l’Information Aéronautiqueen collaboration avec l’Institut Géographique National

Des cartes au 1/250 000 : - région parisienne - Lyon vallée du Rhone - …

2 cartes au 1/1 000 000pour la radio navigation :



Les légendes :

Informations Géographiques



Les légendes :

Informations Aéronautiques



Carte de radionavigation au 1/1 000 000 :Peu de détails géographiques



Carte VAC

LFXU(Visual Approch Chart)

Une carte par aérodrome



I Se Situer


I Se SituerI.3 – Le temps

Les saisons :

La terre tourne autour du soleilselon une ellipse

147 106 km152 106 km

Le plan de l’orbite : l’écliptique

L’orbite terrestre



Les saisons – l’inclinaison de la terre :

23°27



L’heure UTC ou GMT (*):

C’est l’heure de référence internationnale

(*) Universal Time Coordinated - Greenwich Mean Time Dans l’aviation: heure Z (zoulou)

La référence est l’heure au méridien de Greenwich

Conséquence : dès que l’on s’éloigne de Greenwich, l’heure diffère: c’est l’heure Locale

Entre Brest et Strasbourg, il y a environ 12° de longitude soit un écart de 48 minutes !

= 4 minutes /degré de longitude(1heure / 15°)

L’écart étant de :24*60 mn

360°

L’heure augmente d’ouest vers l’est



L’heure locale :

4°29'12.84"O 7°44'37.50"E

Si il est 12H à Greenwich

~ 12 h 31mn

44

607*4 + *4=31

~ 11 h 42mn

29

604*4 + *4 =18

L’heure augmenteL’heure diminue

Sens de rotation de la terre

à Strasbourg :à Brest :



L’heure locale légale :

Ligne changement de

jour

Par commodité on a divisé la terre en 24 fuseaux d’une heure soit 15° de longitude.

Ils peuvent suivre les

frontières d’un pays



L’heure locale légale en France :

En hiver : UTC + 1H

CET : Central European TimeEET : Eastern Europêan Time

En été : UTC + 2H

La nuit aéronautique : - débute 30mn après le coucher du soleil - se termine 30mn avant le lever du soleil



Navigation


• II-1 Conditions de vol• II-2 Méthodes de navigation• II-3 Référence magnétique• II-4 La navigation à l’estime

II Méthodes


II MéthodesII.1 – Conditions de vol

Le Vol à Vue - VFR :

Visual Flight Rules

• Le pilote assure le contrôle du vol avec des références extérieures

• Assure la prévention des abordages

• Le vol s’effectue sous les conditions météorologiques VMC – Visual Météorogical Conditions - (bonne visibilité voir cours réglementation)


II MéthodesII.1 – Conditions de vol

Le Vol aux instruments - IFR :

Instruments Flight Rules

• Le pilote assure le contrôle du vol avec des instruments

• Les services de sécurité aérienne assurent la prévention des abordages

• Le vol peut s’effectuer sous les conditions météorologiques : IMC – Instruments Météorogical Conditions – (visibilité nulle) VMC – Visual Météorogical Conditions -



II Méthodes


II MéthodesII.2 – Méthodes de navigation

La navigation par cheminement :On suit les repères :

- Fleuves- Routes- Voies Ferrées

Le pilote est moins disponible pour assurer la sécurité



La navigation à l’estime :On calcule des CAPs et on estime les temps de parcours

C’est la méthode de base de la

navigation

Ex : LFXU-LFOP

D1

D2Rv = 308°

Si Vitesse = 120ktOn mesure D1 : 20Nm

Soit 10mnOn mesure D2 : 18Nm

Soit 9mn



La navigation à l’estime :On peut contrôler la navigation à l’aide de balises radio :

- VOR- Radio Compas- DME

(voir $ IV)



Le Vol on Top :

Aérodrome AAérodrome B

Le vol au dessus de la couche mais :

-Le départ et l’arrivée s’effectuent dans les conditions VFR-L’avion doit être équipé

-d’un VOR ou d’un ADF ou d’un GPS-d’une radio

Il faut très bien étudier la météo du vol !



II Méthodes


II MéthodesII.3 – Référence Magnétique

Le champ magnétique terrestre :

La terre se comporte comme un barreau aimanté

Ligne de champ magnétique

BoussoleLe Nord

Magnétique ne correspond pas au Nord

Géographique

L’appellation Nord Magnétique est une convention



Le Nord Magnétique :

Il se déplace lentement, actuellement 40km/an

En 2050, il pourraitatteindre la Sibérie



La Déclinaison magnétique (Dm):

Les lignes de champ magnétique : - ne sont pas des arcs de cercle - varient avec la latitude - sont influencées par : - les masses métalliques - les orages - les gisements ferreux

La Dm est de signe : + vers l’est - vers l’ouest



La Déclinaison magnétique (Dm) en France :

De 3°W (-)

à 1°E (+)

Isogones



L’ Inclinaison magnétique : Les lignes de champ magnétique ne sont pas orientées parallèlement à la surface du sol

Elles forment un angle : l’inclinaison magnétique

L’inclinaison :• varie avec la latitude• est positive dans l’hémisphère nord• est négative au sud

Conséquence : il faut adapter les boussoles



II Méthodes


II MéthodesII.4 – La navigation à l’estime

La route vraie: vol LFXU-FLOP

Nord vrai ouNord Géographique

2° E

Route vraie (Rv)= 308°

Rv =angle toujours positif

Trajectoire= trace au sol

Distance = 38Nm



Rapporteurs:



La route magnétique:

vol LFXU-FLOP

Nord vrai ouNord Géographique

Dm = 1,5°W (-1,5°)

Route vraie (Rv)= 308°

Nv

Route magnétique (Rm)

= 309,5°

Nm

Nord magnétique

309,5° = 308° – (-1,5°)

Rm = Rv - DmAvec Dm: + si E – si W

Déclinaison :



Le temps sans vent (Tsv):

vol LFXU-FLOP

Le Tsv en minutes est donc :

Nv

Distance : 38 Nm

Avec Vitesse Propre avion (Vp) : 120Kt

mnVpVpVit

DistTsv 1938

12060

3860

60/38

60120

Fb= = 0,5

Soit pour cet avion :

Le rapport60

est le Facteur de Base Vp

(temps pour parcourir 1 Nmà la vitesse Vp)



L’effet du vent :

Nv

Le vent est déterminé par sa provenance et sa vitesse: ici : 10° 15 kt

Route vraie (Rv)sans vent

Route réelle

Après 19mn de vol

Dérive : X

Nv



La dérive et la vitesse sol:

Vent15kt

Vs = 115kt

Vent15kt

Vs = 85kt

Vp = 100kt

Vitesse Sol



La dérive et la vitesse :

Avion volant à 100kt

Le vent

Après 1 heure de vol

Avion volant à 200kt

X2

X1

Dérive X1 > X2



Le triangle des vitesses :

vol LFXU-FLOP

Vitesse ventVw : 15kt

Rv= 308°

Nv

Vp : 120kt

Nv

Vitesse sol Vs : ?

10°

Dérive X: ?

Le vent « pousse » vers le cap

Cap Cv: ?



Le triangle des vitesses – cas simples :

vol LFXU-FLOP

Rv= 308°

Nv

X :

Vp : 120kt

Vs :

Nv Vent :308°/15kt

120-15=105Kt

0°

X :

Vs :

NvVent :128°/15kt

120+15=135kt

0°

Rv= 308°

Nv

Vp : 120kt



Résolution du triangle des vitesses – méthode graphique :

vol LFXU-FLOP

Rv= 308°

Nv

Vitesse ventAB:1,5cm

10°

A

B

C

Cercle de rayon BC:12cm

On trace les angles et les vecteurs Vw, Vp avec une échelle ex 1cm:10Nm

CvOn lit

VsOn lit AC:



Résolution du triangle des vitesses – le computeur:

Il permet de faire les calculs du triangle des vitesses ainsi que des conversions d’unités



L’angle au vent (alpha) :

vol LFXU-FLOPRv= 60°

Alpha(α) = Vw-Rv (toujours aigu)

Ex : Vent : 100° 10kt

α = 40°(100-60)

α = 62° (190-128)

Vent : 10° 15kt

Rv= 308°

Résolution du triangle des vitesses – par calcul :



Vents effectif et traversier :

Il est possible de décomposer le vent selon 2 directions :


α

α

Vw

Vt : Vent traversier(de gauche ou de droite)

=Vt = Vw * sin(α)

Vt

Ve = Vw * cos(α)

Ve : Vent Effectif(de face ou arriere)

=

Ve



La dérive (X) :

X est maximum quand le vent est perpendiculaire à la route suivie

Xmax

(temps pour parcourir 1 Nmà la vitesse Vp)

•L’angle X est faible

60

Vp

Vp

Vs

Vw

Sachant que :•Fb =

X max = Vw * Fb

La dérive max vaut :

X = X max * sin(α)

La dérive vaut :




Calcul des sinus et cosinus :

On utilise une méthode approchée :

α <= 10° sin(α) = 0

10° < α <= 70° sin(α) = α /100 + 0,2

α > 70° sin(α) = 1

sin(90 - α)cos(α) =




Le cap vrai (Cv) :

X

Rv

Cv = Rv - X

CvVent

X > 0

X

Rv CvVent

X < 0

Dérive à droite Dérive à gauche

L’avion dérive vers la droite

L’avion dérive vers la gauche


Le vent « pousse » le cap



vol LFXU-FLOP

Xmax = Vw* Fb = 15*0,5=7,5°

La dérive est à gauche : X = - 6°

Rv= 308°

NvVp : 120kt

Nv10° / 15kt

60

VpFb = =0,5

α=62°

Ve = Vw* cos(α)=15*sin(90-62)

Ve = 15*(28/100 + 0,2)~ 7kt

Vs

Vs = Vp – Ve = 120 – 7 = 113kt


X = Xmax* sin(α)=7,5*sin(62)

X = 7,5*(62/100 + 0,2) ~ 6°

X

Cv = Rv – X = 308 – (-6)= 314°

Cv= 314°



Dm = 1,5°W (-1,5°)

Nv

Rv

+

Le cap magnétique :

Rv= 308°

NmDm

-

X X

Cv= 314°308 – (-6) = Cv = 314

Cv

Cap

Cm

314 – (-1,5) = Cm = 315,5

Cm= 315,5°

Route

Le vol LFXU-FLOP



Le Cap compas - la déviation :

Les masses et courants électriques de l’avion influent sur lecompas magnétique et génèrent une erreur : la déviation (d)

La déviation est lue sur la courbe de compensation de l’avion :

Cc = Cm - d

Rv

+

Dm

-

X Cv Cm Cc d

Ex : Cm = 315°

Cc = 315 – (-2)= 317°



Nv

Rv

Le Cap compas :

Rv= 308°

+

-

X

X

308 – (-6) = Cv = 314

Cv= 314°

Cv

Cap

314 – (-1,5) = Cm = 315,5

Cm= 315,5°

Route

Le vol LFXU-LFOP

Cc Cm

Dm = 1,5°W (-1,5°)

NmDm

Dm

Cc= 317°

315,5 – (-2) = Cc = 317

dNc

d

d = -2°



Les temps :

Tsv = Dist * Fb (en minutes)

Le temps sans vent :

Tav = Dist *

Le temps avec vent :60

Vs

L’Heure Estimée d’Arrivée (HEA) :

HEA : top de passage + Tav

Il faut atterrir avant le début de la nuit aéronautique

ou = Tsv * Ve

Vp -Ve(1+ )



Résumé :

Rv

+

Dm

-

X

Cv Cm Cc

d

Fb =60/VP

Xmax = Vw*Fb

X = Xmax*sin(α)

Ve= Vw*cos(α)

Vs = Vp ± Ve

Dm d

Déclinaison déviation

Tsv = Dist * Fb (en minutes)

Tav = Dist *60

Vsou = Tsv *

Ve

Vp -Ve(1+ )



Navigation


• III-1 Le compas magnétique• III-2 Le directionnel

III Instruments


III InstrumentsIII.1 – Le compas magnétique

Composition :

Ligne de foi Rose des caps

Rose des capsdans liquide amortisseur

Pivot

Aimant

Aimants de compensation

Emplacement pour contrepoids


III InstrumentsIII.1 – Le compas magnétique

Inconvénients :

Le compas :

• est sensible aux variations de trajectoire et de vitesse

• est lié aux latitudes pour lesquelles il est compensé

• est sensible aux champs externes

• nécessite une courbe de compensation


• III-1 Le compas magnétique• III-2 Le directionnel

III Instruments


III InstrumentsIII.2 – Le directionnel

Le conservateur de cap principe:

C’est un appareil gyroscopique

Cadre externe

Rotor du gyro

Bouton de réglages

Rose mobileLiée au cadre

externe

Cadre interne

Axe de lacet

Il conserve une orientation



Le conservateur de cap :

C’est un appareil gyroscopique

Rose mobile

Bouton de réglages

Repèrefixe

Rotor

Engrenages pour les changements de cap

Il faut le recaler à chaque décollage



Avantages :

• peu sensible aux variations de trajectoire et de vitesse

• pas sensible aux champs magnétiques externes

• durant le vol, il faut le recaler tous les ¼ heures avec le compas magnétique (l’avion doit être en vol rectiligne stabilisé)

Inconvénients :



Navigation


• IV-1 Principes• IV-2 Le Radio-compas• IV-3 Le VOR• IV-4 Le DME• IV-5 Le Transpondeur

IV Radionavigation


IV RadionavigationsIV.1 – Principes

Introduction:

On utilise des signaux radioélectriques émis par une balise au sol

Elles se caractérisent par :• la fréquence en Hertz (Hz) ou la longueur d’onde en mètre (m)

Les ondes électromagnétiques se propagent en ligne droite, à une vitesse très proche de la lumière (c): 300 000 km/s

La variation d’un courant électrique génère un mouvement ondulatoire : l’onde électromagnétique

Longueur d’onde = Vitesse lumière / Fréquence



Introduction:

Des plages de fréquences sont attribuées par type d’utilisation

LF kHz 148,5 283,5 Radiodiffusion GO France inter 162

MF kHz 200 2000 Les radiobalises Vilacoublay HOL315

VHF mHz

87,500 107,999 Radiodiffusion FM NRJ 106,9

108 136,975 AéronautiqueLFXU 122,95LFPT VOR 111,6

121,500 Fréquence de détresse

UHF mHz 876 960 GSM

SHF gHz 3,700 4,200 Satellites télévisions

Exemples :



Introduction:

Ces moyens de localisation sont indispensables en vol :

IFR et «On Top »

mais sont des aides en vol VFR

Il existe 2 types d’aides radioélectriques :• à l’atterrissage• à la navigation



Radial :

Une station au sol émet 360 radials de 0 à 360°

Un radial est demi-droite partant de la station

Nv

Cv : 257°

NvStation

Gisement

Zv : Relèvement vraiZm

Nm

Radial 90°Radial 270°

Radial 110°



QDM et QDR :

Ce sont des relèvements magnétiques

Nv

Cm : 260°

NvStation

Nm

QDM

C’est le cap à prendre pour

rejoindre la station (la « Maison »)

LE CODE Q: C'est un ensemble d'abréviations internationales utilisées durant les transmissions radio (créé en 1912)

Nm

QDR



Relation QDM - QDR :

Nv

Cm : 260°

Nv

Nm

QDM

113

Exemple : QDR 113

293

QDM = QDR ± 180°

QDM 270

QDR 270QDR 90

QDM 90

Nm

QDR

Nm



Relation QDM-Cap :

Sans vent :

Nm

Vent du 220

La courbe du chien

Avec du vent, il faut retrancher la dérive au QDM

Avec vent :

Cm : 293

QDM 293

Nm

Cm : 293

QDM 293

270

250240220



IV Radionavigation


IV RadionavigationsIV.2 – Le Radiocompas – ADF

Présentation :

Récepteur

Indicateur

Automatic Direction Finder


IV RadionavigationsIV.2 – Le Radiocompas

Description :

Il existe 2 types de radiocompas :

- NDB portée 150 Nm (Non Directional Beacon) indicatif 3 lettres

VillacoublayHOL 315

- Loc portée 20 Nm (Locator) indicatif 2 lettres – en général - utilisé pour les approches ex: AX 417 (Auxerre)

ADF - Automatic Direction FinderANT - Diffusion radio

BFO - Ecoute de l’identification(morse)

Recalage de la rose



Description :

Alphabet Morse :

SOS s’écrit · · · --- · · ·



Principe :

Il mesure le gisement (Gt) entre l’avion et la balise

Cm : 30°

NvStation

Gt

Nm

Nm

Exemple : 263°

Axe avion

Récepteur


Utilisation :

Il mesure le gisement (Gt) entre l’avion et la balise

Cm : 260°

NvNDB

Gt

Nm

Nm

D’où la relation :

QDM

QDM = Cm + Gt

33°

293°

Si on ajuste la rose au compas :

On lit directement le QDM sur le NDB

soit :



Avantages :

• Longue portée pour le NDB• Utilisable en route et en approche

Inconvenients:

• Très sensible aux éléments météorologiques• Précision assez moyenne

Peut être interprété comme une station




IV Radionavigation


IV RadionavigationsIV.3 – Le VOR

Présentation :VHF Omni Range Récepteur

Indicateur



Description :

Le récepteur VHF (108 à 118 Mhz ) :

Radio

FréquenceD’utilisation En attente

Bouton de permutation

Sélecteur de fréquencesIdentification de la

station (en morse)



Description :

Il matérialise un axe radioélectrique

Axe sélectionné

L’indicateur :

Aiguille dedéviation

Rose mobile

Bouton de rotation de la rose

Omni Bearing Selector

Flag TO

Flag OFF

2° 10°

Flag FROM

Représente l’avion



Principe général:

Imaginons le rayon d’un phare tournant à 1 tour par muniteet déclenchant un éclat rouge au passage du nord magnétique

Nm Un observateur peut déterminer sa position en calculant le temps entre le rayon rouge et le rayon bleu

Soit 360°/60=6° en 1 sec

Ex : pour 20s 20*6 = 120°


Zone d’incertitude


Principe :

Exemple : VOR de Chartres

ChartresCHW 115,2

QD

M 3

30

QD

R 1

50

FROM

TO

QD

M 1

50

QD

R 3

30

Nm150°

+10°-10°



Principe :

ChartresCHW 115,2

FROM

TOL’information est indépendante de l’axe de l’avion

Demo



Utilisations : Déterminer sa position,suivre un radial

PontoisePON 111,6

Rose calée sur le Nm



IV Radionavigation


IV RadionavigationsIV.4 – Le DME

Description :

Permet de connaître la distance de l’avion à la station au sol,ainsi que la vitesse sol

Distance Measuring Equipment

Sélecteur de fréquencesDistance en Nm

Fréquence

Sélecteur d’affichage

L’affichage peut être inclus dans l’afficheur du VOR


IV RadionavigationsIV.4 – Le DME

Principe :

VOR-DME

Distance DME

Vitesse sol ( de rapprochement)

• Si on s’éloigne, la vitesse est négative

• Il est associé à un VOR



IV Radionavigation


IV RadionavigationsIV.5 – Le Transpondeur

Description :

Permet d’identifier un avion et de connaître son altitude

Codes spécifiques : - 7000 VFR en mode C

- 7500 déroutement- 7600 panne radio

- 7700 détresse

Sélecteur du code ( de 0 à 7 )

Mode de fonctionnement

Mode d’émission :- A code- C code,altitude

- S code,altitude,..


IV RadionavigationsIV. 5 – Le Transpondeur

Principe :


Le Brevet d’Initiation Aéronautique

FIN

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Christian CARAUX

AERO-CLUB Roger JANIN

Route de Verneuil – Aérodrome des Mureaux

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