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Ven 07 Avr 2023 11:42

 Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 11:42 
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Inscription: Jeu 12 Mar 2015 14:49
Bonjour,
Je viens de lire avec intérêt le récit de deux accidents d'avion survenus ces dernières années, celui du vol Air France 447 et celui d'un avion d'affaires, qui transportait Mina Basaran, une riche héritière turque.

Dans les deux cas, c'est un mauvais fonctionnement des sondes Pitot qui est à l'origine des accidents.
Les sondes Pitot servent à mesurer la vitesse de l'avion par rapport à l'air ambiant.
Les avions disposent d'autres moyens de connaître leur vitesse, par exemple le GPS. Mais le GPS indique la vitesse de l'avion par rapport au sol, pas par rapport à l'air ambiant.
C'est la vitesse par rapport à l'air ambiant qu'il est important d connaître.

Pour un parametre aussi crucial que la vitesse-air d'un avion, un peu de redondance serait la bienvenue.
On a l'altitude qui peut etre mesuree par l'altimetre base sur la pression atmospherique, par l'altimetre radio et indiquee egalement par le GPS.
Trois methodes completement independantes pour une bonne redondance.

Mais pour la vitesse-air, on continue a utiliser exclusivement un dispositif datant du 18 e siècle. Quel paradoxe!

Je me demandais, et c'est le thème du présent fil, s'il serait possible de mesurer la vitesse d'un avion en utilisant un autre moyen que la sonde Pitot.

Je pensais à un système composé d'un émetteur placé à l'arrière de l'avion, qui enverrait une impulsion sonore à intervalles réguliers. Cette impulsion serait captée par un récepteur placé à l'avant de l'appareil.

On mesure le temps écoulé entre l'émission et la réception de l'impulsion. Ce temps va dépendre:

1) de la distance (connue) entre l'émetteur et le récepteur.
2) de la vitesse de propagation dans l'air, corrigée pour l'altitude à laquelle évolue l'avion.

En soustrayant la vitesse trouvée de la vitesse théorique du son à cette altitude, on trouverait la vitesse de l'avion.

Il faudrait bien sûr tenir compte d'un certain nombre de choses:

Les moteurs de l'avion produisent un niveau sonore important, qui obligerait à utiliser des impulsions sonores de mesure de fort niveau, ce qui serait gênent pour les passagers.
Pour cette raison, il faudrait utiliser des impulsions sonores de fréquence élevée inaudibles même par les animaux, disons d'une centaine de Kilohertz.
A ces fréquences, il est possible que le bruit des moteurs soit de toutes façons plus faible qu'aux fréquences audio habituelles.

En plaçant l'émetteur au sommet de la dérive et le récepteur au-dessus du poste de pilotage, le son voyagerait dans une zone où l'air n'est pas perturbé par les turbulences, on aurait une mesure plus précise que si l'émetteur et le récepteur étaient placés à l'avant et respectivement, à l'arrière du fuselage. Toutefois, avec l'émetteur placé au sommet de la dérive et le récepteur au-dessus du poste de pilotage, le trajet du son n'est pas exactement parallèle à la trajectoire de l'avion. Il y aurait une correction trigonométrique à apporter au résultat de la mesure.

Est-ce que cela vous semble réalisable?

On entend souvent dire que l'on n'a jamais trouvé un meilleur moyen que la sonde inventée par le physicien français Henri Pitot au 18e siècle, pour mesurer la vitesse d'un avion par rapport à l'air ambiant.
Quelqu'un a sûrement déjà pensé à utiliser un système basé sur la vitesse du son dans l'air.

Mais apparemment, ce type de mesure n'est pas utilisé. Je me demande pourquoi.


  
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Ven 07 Avr 2023 13:17

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 13:17 
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Gonfleur d'Hélice
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Inscription: Dim 12 Sep 2010 10:48
On utilise dans l'industrie des capteurs de vitesse/direction du vent par effet doppler du genre de ceci: https://www.es-france.com/11999-capteur-de-vitesse-et-de-direction-du-vent-usonic.html

On pourrait imaginer une application aéronautique de ce genre de capteurs à placer plutôt sur le nez d'un avion, pour qu'il travaille dans un air le moins perturbé possible par l'avion lui-même (comme pour les sondes pitot) et pas à l'arrière de l'avion comme tu le suggères.

Mais le problème c'est qu'un tel capteur serait encore plus sensible au givrage qu'une sonde pitot. Le moindre dépôt de glace sur un transducteur perturbera son fonctionnement et donc sa mesure.

Il y a beaucoup d'ingénieurs qui bossent chez les constructeurs aéronautiques, et la plupart d'entre eux ne sont pas des idiots. Si l'on utilise encore les sondes pitot pour la mesure de la vitesse, c'est que c'est encore aujourd'hui la meilleure façon de faire ça.

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"Ceux qui ne veulent pas raisonner sont des bigots, ceux qui ne le peuvent pas sont des imbéciles et ceux qui n'osent pas sont des esclaves." Lord Byron.


  
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Ven 07 Avr 2023 13:34

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 13:34 
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Inscription: Jeu 12 Mar 2015 14:49
Par quel mecanisme une couche de givre va-t-elle empecher la transmission d'un son?

Eventuellement l'attenuer un peu, oui, mais pas l'absorber completement .

D'autre part, ce qui est mesure n'est pas l'intensite avec laquelle est recue l'impulsion d'ultrasons, mais le temps que met l'impulsion pour se propager entre l'emetteur et le recepteur.

En revanche, un tube Pitot bouche par le givre cesse completement de fonctionner.


  
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Ven 07 Avr 2023 13:43

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 13:43 
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Gonfleur d'Hélice
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Inscription: Dim 12 Sep 2010 10:48
Une couche de glace va très rapidement "étouffer" émetteur ou le récepteur. Les signaux émis sont assez faibles et les mesures pour être précises doivent être faites sur des signaux assez propres.

Alors, bien-sur, on peut mettre en place des dispositifs pour faire "sauter" les couches de glace. Par ultrasons justement, ou par chauffage... Mais c'est aussi ce que l'on fait sur les sondes pitot.

Les dispositifs à ultrasons vont aussi être très sensibles à l'humidité et aux gouttelettes d'eau en suspension dans l'air qui vont perturber très fortement la transmission sonore. Les sondes pitot sont plus "robustes" sur ce point.

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Ven 07 Avr 2023 14:05

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 14:05 
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Inscription: Ven 06 Mai 2011 11:44
@Yvan, ne sachant pas répondre à la question, je commencerais par chercher/étudier les publications des équipes qui se cassent la tête sur le sujet et dans le monde.
En voici une par exemple: https://aerospacelab.onera.fr/sites/www.aerospacelab-journal.org/files/AL12-08_0.pdf


  
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Ven 07 Avr 2023 14:48

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 14:48 
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Inscription: Jeu 12 Mar 2015 14:49
Delrieu,
Qui dit que les signaux emis vont etre faibles?
On pourrait utiliser un son de volume suffisant, d'autant plus qu'il serait inaudible.
Encore une fois, on ne mesure pas l'intensite du signal recu, mais le temps qu'il met a parcourir la distance entre emetteur et recepteur.

Golftango,
Le LIDAR utilise de la lumiere. Mais la lumiere voyage un million de fois plus vite que le son et surtout, cette vitesse ne sera pas modifiee par la vitesse de l'air autour de l'avion. La vitesse de propagation d'une impulsion d'ultrasons, si, puisque le son se propage dans l'air.


  
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Ven 07 Avr 2023 15:46

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 15:46 
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Gonfleur d'Hélice
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Inscription: Dim 12 Sep 2010 10:48
Yvan Delaserge Image a écrit:
Delrieu,
Qui dit que les signaux emis vont etre faibles?
On pourrait utiliser un son de volume suffisant, d'autant plus qu'il serait inaudible.
Encore une fois, on ne mesure pas l'intensite du signal recu, mais le temps qu'il met a parcourir la distance entre emetteur et recepteur.
Si tu passes la tête par la fenêtre d'un avion volant à M0.8, je pense que tu vas entendre un bruit assez fort...
J'ai un gros doute sur le fait que tu puisses générer avec un petit transducteur de quelques millimètres de diamètre un son qui soit capable d'être capté même tout près dans un tel environnement. Les capteurs de vitesse de vent fonctionnant sur ce principe (du moins ceux que j'ai utilisés !) sont donnés pour fonctionner jusqu'à environ 200 km/h. Au-delà, les turbulences autour du récepteur deviennent ingérables.

Et elles varient comme le cube de la vitesse !!!

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Ven 07 Avr 2023 17:53

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Ven 07 Avr 2023 17:53 
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Inscription: Jeu 12 Mar 2015 14:49
Pourquoi de quelques millimetres de diametre?


  
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Dim 09 Avr 2023 20:28

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Dim 09 Avr 2023 20:28 
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Inscription: Ven 06 Mai 2011 11:44
Yvan Delaserge Image a écrit:
Le LIDAR utilise de la lumiere. Mais la lumiere voyage un million de fois plus vite que le son et surtout, cette vitesse ne sera pas modifiee par la vitesse de l'air autour de l'avion. La vitesse de propagation d'une impulsion d'ultrasons, si, puisque le son se propage dans l'air.
Pas bien compris le sens de la réponse: le LIDAR répondrait ou pas à la question initiale ?


  
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Lun 10 Avr 2023 10:21

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Lun 10 Avr 2023 10:21 
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Pilote de Funiculaire
Pilote de Funiculaire

Inscription: Lun 10 Jan 2011 12:45
La vitesse:

1°) la vitesse sol - (Via un DME ou un GPS

2°) La vitesse - indiquée par le "badin

3°) La Vitesse corrigée - via la manuel de vol - Altitude


  
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Mar 11 Avr 2023 00:13

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Mar 11 Avr 2023 00:13 
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Gonfleur d'Hélice
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Inscription: Dim 12 Sep 2010 10:48
Yvan Delaserge Image a écrit:
Pourquoi de quelques millimetres de diameter?

D'une part parce que pour générer des ultrasons, c'est plus facile avec des petites membranes (Regarde une enceinte acoustique, sons graves = gros haut-parleurs, sons aigus = petits haut-parleurs).
Et d'autre part parce que si tu mets un capteur de la taille d'une horloge comtoise sur le nez de ton avion, tu vas vite avoir de gros problèmes aérodynamiques.

Donc oui, les capteurs doivent être les plus petits possibles, et en plus le plus profilés possibles pour ne pas générer des turbulences qui viendraient impacter leurs mesures. Pour les vitesses des jets, ça ne me parait pas réalisable avec des capteurs sonores, d'autant que le problème de givrage reste le même avec ce genre de capteur.

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Jeu 05 Oct 2023 08:13

 Re: Mesure de la vitesse des aéronefs
MessagePosté: Jeu 05 Oct 2023 08:13 
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Petit Nouveau
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Inscription: Mar 28 Jan 2014 22:24
Messages: 7
Bonjour,

Le système pitot est triplé pour la redondance mais reste faillible en cas de givrage extrême ou de destruction du radôme comme pour l’A350 AF a Osaka.
Un système de secours appelé backup scale est installé sur les avions depuis quelques années. Il fonctionne en utilisant les sondes de pressions dans les entrées d’air moteur. C’est l’équivalent d’un pitot géant, moins précis, mais suffisant pour rester dans l’enveloppe de vol.


  
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