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Navigation

Navigation

 

Le terme navigation vient du latin navigatio, art de diriger un navire. La navigation est l'ensemble des techniques qui permettent de maîtriser les déplacements.

 

Trigonométrie

Le mot «trigonométrie» vient du grec et signifie " mesure des triangles". C'est donc l'art de mesurer les angles.

La trigonométrie a été d'abord associée à l'astronomie : l'astronome grec Hipparque qui a vécu au IIe siècle avant JC a fondé la trigonométrie et a calculé les premières tables trigonométriques (calculs de sinus, cosinus et tangente d'un angle) dans le but de prédire des phénomènes astronomiques régulier. Il a mis au point une méthode pour mesurer le rapport des distances entre la Terre, la Lune et le Soleil. Ptolémée a complété les travaux d’Hipparque et a construit la célèbre table des cordes de demi degré en demi degré dans l’ouvrage l’Almageste. La trigonométrie est devenue une branche des mathématiques au XVIIe siècle.

Ses applications sont nombreuse : arpentage (mesure de la superficie des terres), topographie (relevé et description des lieux), sylviculture (hauteur des arbres par exemple), navigation, électricité (l'intensité du courant alternatif est exprimée à l'aide du sinus) et bien sûr aviation.

Soit le triangle ABC rectangle en B.

Relativement à l'angle A, nous avons :

Le mot tangente vient du latin "tangere" qui signifie toucher. La tangente a été inventé par un égyptien au début du Xe siècle. C'est l'outil idéal pour mesurer des hauteurs (notamment les hauteurs de monuments)

Exercice d'application

(niveau : classe de 3ème)

Un signal électromagnétique bref est émis par le radar de la tour de contrôle. Après l’écho sur l’avion, il revient au radar 0.000 3 seconde après son émission. La direction radar-avion fait un angle de 15° avec l’horizontale.

Sachant que le signal émis voyage à 300 000 km/s, calculer en Km l’altitude de l’avion et la distance horizontale qui le sépare du radar de contrôle.

Réponse

Calcul de AC Calcul de l’altitude de BC Calcul de la distance horizontale

La signal parcourt 300 000 km en 1 s

300 000 * 0.0003 km en 0.0003s, soit 90 km

Mais il effectue une aller-retour , donc AC = 45 km

ABC rectangle en B

Sin  = BC / AC

Sin 15° = BC / 45

BC = 0.259 * 45 = 11.654 km

cos 15° = AC / AB

AC = 0.966 * 45 = 43.467 km

L'orientation

La Terre est une sphère légèrement aplatie aux pôles, de 40 000 km de circonférence. Son rayon est :

R = 40 000 / (2*Pi) = 6 367 km

Elle tourne autour du soleil en 365,25 jours et sur elle-même en 24 heures.

Coordonées géographiques

Petit cercle : ligne d'intersection entre la Terre et un plan parallèle au plan de l'équateur (ou perpendiculaire à l'axe nors-sud) ne passant pas par son centre. Un parallèle est un petit cercle.

Grand cercle : ligne d'intersection entre la Terre et un plan passant par son centre (ex : équateur)

Méridiens : demi-grands cercles passant par les pôles. Méridien de référence : méridien de Greenwich

Parallèles : petits cercles parallèles à l'équateur. Ils ont le centre de la Terre pour centre. Parallèle de référence : l'équateur

Les coordonnées géographiques d'un point sont :

  • la latitude L : distance qui sépare un point de l'équateur. Elle est mesurée par la longueur de l'arc de méridien passant par ce point ou par l'angle formé par le rayon terrestre passant par ce point et le plan de l'équateur. La latitude est mesurée en degrés et minutes sexagésimaux et est exprimée de 0 à 90° nord (N) ou sud (S)
  • la longitude G : distance mesurée sur l'équateur entre le méridien de Greenwich et le méridien passant par ce point. Elle est mesurée par la longueur du plus petit arc d'équateur compris entre ces 2 méridiens. La longitude est mesurée en degrés et minutes sexagésimaux et est exprimée de 0 à 180° est (E) ou ouest (W)

Les coordonnées géographiques sont exprimées par 2 groupe de chiffres, le premier groupe de chiffre étant toujours la latitude. Ex : Paris 4851 N 0221 E.

La navigation

Principes de navigation

Cap : angle entre le nord et l'axe du fuselage. Il peut être magnétique, s'il est mesuré par rapport au nord magnétique ou géographique, s'il est mesuré par rapport au nord géographique.

Déclinaison magnétique (Dm) : angle formé entre la direction d'un point de la surface terrestre et le nord géographique ou nord vrai (Nv). Elle est comptée de 0 à 180° du nord vrai (Nv) vers le nord magnétique (Nm) et est dite "Est" si le nord magnétique est à l'est du nord vrai, et "Ouest" si le nord magnétique est à l'ouest du nord vrai. Elle varie avec le lieu et le temps (elle diminue de 10'/an, soit 1° tous les 6 ans)

Déclinaison = différence en degrés entre le Nord géographique (Nv) et le Nord magnétique (Nm)

La route vraie (ou route géographique)

La Route est la trace au sol de la trajectoire de l'avion. Elle est définie par :

  • une distance (départ-arrivée), mesurée à l'aide d'une réglette graduée en NM et en reportant les distances le long du méridien à l'aide d'un crayon

  • l'angle formé avec le méridien (càd le nord géographique ou nord vrai) : l'angle de route vraie ou route vraie (Rv), mesuré à l'aide d'un rapporteur (centre du rapporteur à l'intersection de la route avec un méridien, puis lire la route en prenant le méridien comme origine)

La déclinaison magnétique est par convention positive lorsqu'elle est "Est" et négative lorsqu'elle est "Ouest". Nous obtenons donc :

Avec une déclinaison magnétique Est (E) :

Route vraie (Rv) = Route magnétique (Rm) + Déclinaison magnétique (Dm)

Route magnétique(Rm) = Route vraie (Rv) - Déclinaison magnétique (Dm)

 

Avec une déclinaison magnétique Ouest (W) :

Route vraie (Rv) = Route magnétique (Rm) - Déclinaison magnétique (Dm)

Route magnétique(Rm) = Route vraie (Rv) + Déclinaison magnétique (Dm)

La mesure du temps

Vitesse propre (Vp) : vitesse d'un avion par rapport à la masse d'air dans laquelle il se déplace

Vitesse indiquée : vitesse donnée par l'anémomètre élaborée d'après les pressions dynamiques et statiques. Elle est égale à la vitesse propre de l'avion lorsque la pression statique est égale à 1013 hPa en atmosphère standard, donc au voisinage du sol.

La pression statique diminuant avec l'altitude, la vitesse indiquée devient inférieure à la vitesse propre à raison de 1% par 600 ft, soit 10% par 6 000 ft.

Calcul du temps sans vent

Le facteur de base

C'est un coefficient multiplicateur sans dimension qui permet de calculer les caractéristiques aérodynamique d'un mobile. Le facteur de base varie en fonction de la vitesse de l'avion.


Fb = 60 / Vp

Fb : facteur de base Vp : vitesse propre de l'avion par rapport à la masse d'air

 

Exemple :

Vitesse propre de l'avion : Vp = 120 kt
Facteur de base : Fb = 60 / 120 = 0.5

Le temps sans vent

Le temps sans vent (TSV) est le temps que va mettre un avion pour aller d'un point A vers un point B sans vent. Sa vitesse par rapport au sol (Vitesse sol, Vs) est égale à sa vitesse propre (Vp).

TSV = D * Fb

TSV : temps en minutes D : distance entre deux points en milles nautiques (NM) Fb : facteur de base

Exemple :

Vitesse propre de l'avion : Vp = 100 kt
Facteur de base : Fb = 60 / 100 = 0,6
Distance : D = 10 NM
TSV : Temps sans vent = 10 x 0,6 = 6 mn

Influence du vent

  • Vent effectif (parallèle à la route): accélère ou freine le déplacement de l'avion par rapport au sol selon qu'il est arrière ou de face. S'il est connu avant le vol, veiller particulièrement aux limitations au décollage et à l'atterrissage, ainsi qu'aux prévisions d'emport de carburante lors de la préparation du voyage. vitesse sol = vitesse propre +/- vent effectif (+ : vent arrière, - : vent de face)

  • Vent traversier (perpendiculaire à la route) : fait dériver l'avion. Il faut effectuer une correction de cap égale à la valeur de la dérive. Le nez de l'avion doit toujours être du côté du vent.

La dérive est l'écart entre la route suivie et le cap. Sa valeur est proportionnelle à la force du vent traversier et inversement proportionnelle à la vitesse propre de l'avion.

Dérive (degrés) = intensité du vent (kt) * facteur de base

La mesure des vitesse

L'unité de vitesse est le mille nautique par heure nommé le noeud et noté Kt.

1 Kt = 1 NM/heure = 1 852 m/heure

Les QDR et les QDM

QDR

En partant de la station (FROM). la rose des QDR

QDM


En allant à la station (TO) la rose des QDM

QDM = QDR + 180°

Les radials

Les radials sont des axes radioélectriques qui sont repérés par leur mesure angulaire à partir du Nord magnétique. Ils sont générés par une balise radioélectrique. Une balise radioélectrique permet de définir 360 radials de 0° à 360°.

Le pilote veut suivre le radial 045, le vent est de 320° pour 20 kt, il estime sa dérive à 15° droite. Pour suivre la route magnétique 045, il doit prendre le cap 045 - 15 = 030.

Les méthodes de navigation

Le cheminement

Le cheminement consiste à suivre des lignes naturelles caractéristiques bien visibles et reconnaissables (fleuves, autoroutes, côtes, voies ferrées importantes). Il faut toujours de placer à droite du repère (le pilote est assis à gauche).

L'estime

L'estime consiste à déterminer le cap à prendre pour rejoindre un point caractéristique connaissant la position de départ ou à déterminer la position de l'avion connaissant son cap. Elle est utilisée lorsque le pilote veut joindre 2 points en utilisant la ligne droite.

En vol, le pilote compare la dérive et le temps mis pour parcourir la distance entre deux repère avec la dérive et le temps prévus (en fonction du vent ) lors de la préparation du vol et fait éventuellement une nouvelle estimation pour le tronçon suivant.

Choix des repères

Les repères doivent être suffisamment distants les uns des autres (par exemple : distants de 8 à 10 minutes). Plus la visibilité est faible, plus les points de repères devront être proches.

Région survolée

Bons repères

Mauvais repères

Région fortement peuplée

autoroutes, rivières, lacs

routes

Plaine et région agricole

grande villes, routes importantes, voies ferrées, canaux, rivières

petits villages, petits plans d’eau, lignes à haute tension

Région forestière

lignes à haute tension, routes

chemins forestiers, ruisseaux, petites rivières

Région montagneuse

villes, voies ferrées, cours d’eau, barrages, vallées, sommets élevés

repères en fond de vallée, paysage enneigé

Le choix des repères dépend de la région survolée

 

Calcul du carburant

 

Quantité de carburant totale : réserve de route + réserve finale + fonds de réservoirs + mise en route du moteur + roulage (5 à 10 litres) + intégration de l'aérodrome à l'arrivée. On peut ajouter une réserve supplémentaire en fonction de la météo, du relief ou des possibilités de ravitaillement.

Quantité consommable : quantité totale à bord - fonds de réservoirs (carburant non inutilisables).

 

 

 

 

Type de vol

Réserve de route

(permet de faire face aux aléas météorologiques)

Réserve finale

(Marge permettant de prendre en compte l'attente éventuelle à destination)

   

VFR de jour

VFR de nuit

Tout vol

quantité nécessaire pour atteindre la destination en tenant compte des différents paramètres (météo, régime, altitude) ou quantité nécessaire sans vent + 10%

20 minutes

45 minutes

Vol local

 

30 minutes

45 minutes

Vol VFR de nuit à destination d’un aérodrome doté d ‘une télécommande (PCL)

   

Quantité nécessaire au dégagement vers un aérodrome doté d’un organisme de la circulation aérienne (sauf aéronefs dotés de 2 E/R émetteurs/récepteurs VHF)

Voisinage d’un site d’atterrissage

15 minutes

   

Franchissement du seuil de la piste de l'aérodrome de destination

15 minutes

   

Les cartes d'aérodromes

Elles peuvent comporter plusieurs volets selon l'importance du terrain.On peut trouver des :

- cartes générales indiquant les cheminements d'arrivée, de départ ou de transit, ainsi que les fréquences radio (aérodromes importants)

- renseignements utiles (possibilité de ravitaillement, horaires d'ouverture et de fermeture des organismes présents sur le terrain...)

- cartes des taxiways et parkings

- cartes d'atterrissage indiquant le sens des circuits et les caractéristiques de la piste

Ces cartes sont généralement présentées dans un manuel où les aérodromes sont classés par ordre alphabétique. Les cartes VAC sont éditées par le Service de l'Information Aéronautique (SIA).

L'echelle d'une carte

Echelle = distance sur la carte/distance sur la Terre

Exemple : carte au 1/1 000 000e : 1 centimètre sur la carte représente 1 000 000 de centimètres (10 km). Une echelle 1/ 100 000e (1 km sur la Terre est représentée par 1 cm) est 10 fois plus grande que l'échelle 1/1 000 000é (1 km sur la Terre est représentée par 1 mm).

L'unité de distance

1 NM = 40 000 / (360 * 60) = 1,852 km

1 minute d'arc = 1 NM

La carte au 1/500 000e OACI

  • Elle comprend 7 feuilles

  • 1 cm = 5 km (2,7 NM)

  • Les méridiens et les parallèles sont tracés des demi-degrés en demi-degrés

  • Le relief est représenté au moyen de différentes couleurs (appelées teintes hypsométriques)

  • elle contient les constructions humaines, les diverses zones à statut particulier et certains espaces aériens contrôlés, la topographie, l'hydrographie, les détails divers

La carte radionavigation à vue au 1/1 000 000e SIA

Elle fournit tous les renseignements indispensables sur les aides radioélectriques (VOR et NDB), les espaces aériens réglementés (rouge ou bleu : zones interdites/réglementées/dangereuses/réservées, vert : espaces aériens contrôlés). Elle comprend 5 feuilles : nord-ouest, nord-est, sud-est, sud-ouest, région parisienne. Echelle : 1 cm = 10 km (5,5 NM).

Le complément à la carte France Radionavigation à vue

  • Il fournit les limites verticales et les fréquences de radiocommunication utilisables des espaces contrôlés

Préparation et gestion de la navigation en vol

Préparation du vol

Préparation à long terme

Lors de la préparation du vol, le pilote devra déterminer :

- la route la mieux adaptée (cartes aéronautiques 1/500 000 et 1/1 000 000 : zones réglementée, types d'espaces aériens traversés, moyens de radionavigation, caractéristiques du relief, aérodromes rencontrés)

- le temps de vol et les heures limites (départ et arrivée en fonction du lever et du coucher du soleil)

- les conditions météorologiques

- la quantité de carburant nécessaire

- l'équipement nécessaire (gilets de sauvetage, récepteur VOR, ADF ou GPS de la classe A pour du VFR on TOP)

- les masses, centrages et performances et vérifier que les performances de l'avion sont compatibles avec les exigences de la navigation (distances de décollage et atterrissage, pente de montée, vitesse en croisière)

- les conditions d'embarquement du fret : volume, poids, arrimage, centrage, réglementation sur l'emport de matières dangereuses...

- les conditions d'embarquement des passagers : âge, santé, confort

Le pilote devra veiller à posséder :

- les documents du pilote : identité, licence à jour, conditions particulières pour l'emport de passagers, carnet de vol

- les documents de bord : carnet de route (carnet sur lequel sont portés les heures de vol, les réparations, modifications, visites périodiques, les incidents et les pannes), certificat de navigabilité CDN, certificat d'immatriculation, certificat d'exploitation, radio et licence CEIRB, certificat de limitation de nuisances, fiche de pesée, manuel de vol

- l'équipement du pilote : cartes 1/500 000 et 1/1 000 000, règle, rapporteur, cartes d'aérodromes, log de navigation (ou journal de bord, voir juste après), planchette de vol, sacoche de vol, lunettes/lunettes de soleil, moyens de paiement

Le journal de bord

Ce document contient les :

- points de report

- distances

- temps sans vent

- routes magnétiques

- routes magnétiques

- fréquences de radio-communication et de radionavigation

Préparation à court terme (juste avant le vol)

Juste avant le vol, il s'agit pour le pilote de déterminer en s'aidant du dossier météorologique et des derniers NOTAM :

- le temps estimé de vol en fonction du vent

- l'heure de départ limite en fonction du coucher du soleil et du temps de vol

- la quantité de carburant à embarquer

- une escale technique éventuelle

- le dépôt d'un plan de vol éventuel

Le pilote doit également veiller au bon déroulement de l'embarquement : répartition des personnes, confort, enfants. Puis il doit :

- sortir l'avion ou le détacher

- purger les réservoirs

- dégivrer l'avion

- effectuer la visite prévol

- répartir les charges

- effectuer le ravitaillement (essence, huile)

Gestion du vol

Gestion de la charge de travail

Le pilote doit définir des priorités dans ses actions :

- trajectoire (cap et altitude)

- navigation

- systèmes (moyens radio, carburant, moteur, ...)

Le circuit visuel ne doit pas être négligé et la vigilance concernant l'anticollision doit être maintenue dans toutes les phases de vol.

Organisation des différentes phases de vol

Départ

Le briefing départ permet de rappeler les points essentiels (QFU de décollage, 1er cap et 1ère altitude, estimée du 1er point de report, procédures en cas de problème au décollage). Il faut noter l'heure de décollage et noter l'heure de passage au point de report ainsi que les heures estimées de passage aux points suivants.

Croisière

Il faut déterminer la vitesse de l'avion le plus précisément possible car elle conditionne les estimées et le bilan carburant.

Le temps nécessaire pour aller d'un repère à un autre est mesuré à l'aide de la carte ou du DME.

L'identification des points de report se fait en recoupant plusieurs sources d'information :

  • éléments de l’estime
  • lecture de la carte
  • moyens de radionavigation

Arrivée

Il est nécessaire d'obtenir des informations météorologique récente pour déterminer l'accessibilté de l'aérodrome de destination (bulletin ATIS, informations de l'organisme de la circulation aérienne, etc.).

Comme au départ, le pilote effectuera un briefing arrivée qui récapitulera les éléments de l'arrivée ( point de mise en descente, trajectoire d'approche, ...).

Outils nécessaires

Les outils nécessaires à la navigation sont :

La montre

  • calcul des heures estimées de passage aux points de report
  • calcul de l'heure d'arrivée à destination
  • détermination de la vitesse de l'avion (mesure du temps pour parcourir une distance puis comparaison avec le temps prévu sans vent)

Le rapporteur

  • mesure des angles sur la carte (route = angle par rapport au Nord vrai)

La règle

Les règles de petites tailles sont plus adaptées au cockpit des avions.

  • permet le tracé des routes
  • permet de mesurer les distances parcourues

Le journal de bord

Le crayon et la gomme

La balise de détresse

L'emport d'une radiobalise de détresse fonctionnant automatiquement à l'impact (RBDA) est obligatoire sauf pour les :

  • planeurs
  • aéronefs volant sous CNRA
  • aéronefs en vol local (25 NM maximum de l'aérodrome de rattachement)

Elle émet sur deux fréquences 121,500 et 243 Mhz. Le signal peut être capté par un aéronef muni d'un système de repérage radiogoniométrique.

Il faut vérifier avant et après chaque vol que la balise de détresse de l'avion n'est pas en position d'émission en écoutant à l'aide de la radio de l'avion calé sur 121,500 Mhz.

Que faire si l’on est perdu ?

  1. Utiliser la goniomètre avec la VHF de bord et une station VDF. Transmettre pour QDM (cap magnétique pour rejoindre la station sans vent)
  2. Utiliser une station radar, contacter l’information, afficher un code au transpondeur. Prendre de l’altitude seulement si la météo le permet, rejoindre un aérodrome à partir de la nouvelle position
  3. Faire le point à l’aide de 2 stations VOR
  4. Effectuer un carré de recherche autour d’une ville non identifiée
  5. Enfin, effectuer un atterrissage en campagne avant l’épuisement des réservoirs d’essence ou avant la tombée de la nuit

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