Vitesses aéronautiques en ULM:

De quelles vitesses parlons-nous ?

La Vitesse, c’est la vie !

Et profitons en pour aborder cette petite nouvelle, la VCC (Cruise Climb Speed).

Cet article a pour but de se rappeler de l’importance de la vitesse lorsque nous pilotons notre ULM, et à la fin, si vous le souhaitez, vous pouvez répondre à quelques questions QCM, suivis des réponses commentées.

Tout d’abord quelques rappels :
Quand nous parlons de vitesses en ULM, nous pensons rapidement à une question sous-jacente, enfin je l’espère :

De quelle vitesse s’agit-il ?
Il faut d’abord bien se rappeler qu’un avion est un objet mobile en mouvement dans un fluide (dans ce cas c’est heureusement de l’air et pas de l’eau, bien que parfois un peu de pluie quand même), qui peut être lui-même en mouvement (ascendances, vent horizontal, rabattants, et évidemment le vent horizontal) et surtout aux caractéristiques extrêmement variables, la pression et la température.

La vitesse de notre objet mobile se mesure par rapport à une référence, soit l’air, soit le sol. Nous parlerons dès lors un peu plus tard de vitesse sol GS (Ground Speed) et de vitesse air TAS (True Air Speed).

Comment mesurer ces fameuses vitesses ?

Et bien grâce à notre anénomètre :

Le badin, l’anémomètre de nos ULM, ainsi que la plupart de nos instruments sont calibrés en sur l’atmosphère type.

Comme nous n’évoluons jamais en atmosphère type, les indications de nos instruments sont toujours « à côté » des valeurs réelles à cause d’un certain nombre de facteurs:

1. La pression atmosphérique.
2. L’altitude.
3. La température.
4. L’humidité.

L’anémomètre mesure des pressions. La vitesse obtenue grâce aux graduations, est la vitesse conventionnelle ou vitesse indiquée. Le contrôle de l’instrument s’effectue au décollage, avec indication et accélération: « badin actif ».

Deux marges sont définies par les plages de couleur:
– par rapport au décrochage.
– par rapport à la résistance structurale de l’avion.

Il existe 3 arcs: blanc, vert et jaune, avec leurs limites respectives

– L’arc blanc est la zone d’utilisation normale en configuration atterrissage,
  compris entre la VS0 et la VFE

– L’arc vert est la zone d’utilisation normale, compris entre la VS1 et la VN0.

– L’arc jaune est une zone interdite en atmosphère turbulente, compris entre la VN0 et la VNE.

Vitesse indiquée, vous dites ?

La vitesse indiquée (IAS = Indicated Air Speed) ou Vi est la vitesse directement indiquée par les instruments, elle découle directement de la pression dynamique mesurée par les sondes extérieures (Pitot).

Une sonde Pitot ne mesure donc pas une vitesse mais bien une pression ! 

A bien se rappeler !

Les vitesses de décrochage (Vs, Vso) et les vitesses de limitation de l’utilisation des volets (Vle, Vfe) sont TOUTES des vitesses indiquées, la sécurité découle donc directement de la vitesse indiquée.

La Vv ou TAS est la vitesse réelle d’un avion par rapport à la masse d’air à l’intérieur de laquelle il se trouve quelle que soit sa densité. On lui donne également le nom scientifique de vitesse aérodynamique.   

La vitesse vraie/propre est obtenue par calcul à partir de la vitesse indiquée, en fonction de l’altitude et de la température. Elle peut donc être calculée à partir de l’IAS.

La vitesse propre est la composante horizontale de la vitesse air, elle égale à la vitesse de l’écoulement de l’air autour de l’avion. Un ULM en piqué vertical (à ne pas tenter bien évidemment), à donc une vitesse propre = 0

Comment calculer
sa vitesse propre ?

Tout d’abord, une chose très importante à savoir est que la règle qui va suivre est valable pour des altitudes allant jusqu’à 12000 pieds et des vitesses jusqu’à 180 kt (noeuds).
Ceci nous concerne donc certainement !!

Pour trouver la vitesse propre à partir de la vitesse indiquée (AIS) (Vi):

On ajoute 1% de la AIS (Vi) par écart de 5 °C au-dessus de la température standard à l’altitude considérée. On retire 1% par écart de 5 °C au-dessous.

On ajoute 1% de la AIS (Vi) par tranche de 600 pieds au-dessus de la surface à 1013.25 HPa. (Standard)

Vp = AIS (Vi) + 1% par 600 ft ± 1% tous les 5°de différence entre T°et T std

Concernant le pilotage de l’ULM, les vitesses vraie/propre et sol ne vous sont d’aucune utilité. Le comportement aérodynamique de l’ULM, donc son pilotage, est déterminé uniquement par la pression de l’air « ressentie » par l’ULM, donc par la vitesse indiquée, qui n’est mesurable pour l’instant que par des tubes pitot.

La Ground Speed (GS) est la TAS corrigée de la vitesse du vent. Il s’agit de la composante horizontale de la vitesse de l’ULM par rapport à la Terre, essentielle lors d’une navigation mais sans aucun intérêt pour le pilotage proprement dit de l’ULM.

Elle est généralement affichée par le GPS.

Elle peut être calculée à partir de la TAS lorsque la direction et la force du vent sont connues.

GS= TAS +/- VENT

NB: La comparaison des vitesses vraie/propre et sol permet de savoir si l’ULM rencontre un vent de face ou arrière.

En faisant abstraction de l’altitude et de la température de la masse d’air dans laquelle évolue l’engin dont la vitesse sera modifiée par la densité et la température de l’air !
Nous pouvons dire que :

La vitesse air est la vitesse enregistrée par l’engin dans cette masse d’air !

Si cette masse d’air par le vent avance dans le même sens que l’engin, les deux vitesses sont additionnées et deviennent : la vitesse sol = vitesse air + vitesse vent !
Alors que si la vitesse de cette masse va à l’opposé de l’engin qui avance contre le vent , cela devient:

VITESSE SOL= VITESSE AIR – VITESSE DU VENT

Pour faire plus simple, ceci est illustré par un observateur placé au bord d’un canal observant un même bateau qui remonte péniblement le courant alors qu’en trajet inverse il semble voler sur l’eau dont le courant représenterait alors : le vent dans l’air !

Vitesses dans les différentes phases du vol avec votre ULM :

Vitesses au décollage :

V1 = Vitesse de décision (ou vitesse critique).
Cela veut dire qu’avant V1, le pilote peut interrompre le décollage, après V1, le pilote doit décoller.

Vr = Vitesse de rotation = vitesse à laquelle le pilote tire sur le manche pour lever le nez de l’ULM et décoller.

V2 = Vitesse de sécurité au décollage à atteindre en passant 35 ft au-dessus du niveau de la piste.

Vitesse en croisière :

Va = Vitesse de manœuvre = vitesse maximale à laquelle les commandes de l’avion peuvent être actionnées au maximum.

Vno = Normal opération = vitesse normale de croisière.

Vne = Never exceed = vitesse à ne jamais dépasser.

Vs = Stall = vitesse de décrochage.

Vref = Vitesse de référence ou d’atterrisage = vitesse égale à 1,3 de Vso.

Vfe = Flaps Extended= vitesse maximale volets sortis.

Et cette Vcc, c’est quoi déjà ?

Abordons cette fameuse Vcc. La Cruise Climb Speed est la vitesse de croisière en montée ;
D’abord un petit rappel :

Vx est la vitesse qui donne le meilleur angle de montée, le plus grand gain d’altitude pour une distance horizontale donnée ;
Vy est la vitesse qui donne le meilleur taux de montée, le plus grand gain d’altitude dans un temps donné ;

Vcc est communément appelée « vitesse de montée en croisière ».
Elle est toujours plus rapide que Vy.
À moins qu’une montée abrupte ne soit nécessaire pour éviter un relief ou suivre une procédure de départ, les vitesses de montée en croisière vous permettent de voler plus rapidement, avec une perte de performance relativement faible en montée.

Trois avantages de voler en Vcc :
a. Une augmentation du débit d’air qui refroidit maintient le moteur durant la montée.
b. La montée en croisière permet d’atteindre la destination plus rapidement. Vous perdez une certaine performance en montée, mais dans la plupart des cas, c’est une perte de performance en montée acceptable (et parfois presque imperceptible) en échange d’une vitesse plus rapide en montée.

c. En ULM, on regarde dehors. Monter en Vcc permet d’avoir une meilleure visibilité vers l’avant.  De plus, une assiette réduite peut rendre votre passager plus détendu. Le taux de montée réduit peut également aider à atténuer les petits changements de pression que votre passager pourrait subir.

Les montées normales en croisière sont effectuées avec les volets rentrés et pleins gaz, à des vitesses de 10 à 20 Km/hr supérieures aux meilleures vitesses de montée pour la meilleure combinaison de performance, de visibilité et de refroidissement du moteur.

Comment calculer la Vcc pour votre ULM ?

Si vous voulez déterminer la vitesse de montée en croisière de votre ULM, et vous n’avez pas une vitesse publiée dans le manuel de vol :
Calculer la différence entre Vx (Pente Max) et Vy, ajouter le résultat obtenu à la Vy (Vz Max)

Exemple :
Vy : 105 Km/hr
Vx : 90 Km/hr 
Vcc : 120 Km/hr

Selon le poids et la performance, la vitesse de 120 Km/hr peut sembler un peu élevée, mais c’est une bonne base de départ. Il vous donne également une vitesse que vous pouvez commencer à expérimenter dans la montée.

Avantage : Une vitesse de montée plus rapide sans augmentation de température. Vous pouvez réduire le temps de votre voyage, garder votre moteur en meilleure forme et rendre votre vol plus confortable.

En aviation, il y a un certain nombre de vitesses de vol à connaître :

Ci-dessous les plus importantes à connaître sur le bout des doigts :
– Vi : Vitesse indiquée – Lue à l’anémomètre (Indicated Velocity or IAS
           Indicated Air Speed)
– Vfe : Vitesse maximum volets sortis (Flaps Extended Velocity)
– Vno : Vitesse maximum de croisière (Normal Operation Velocity), à ne
jamais dépasser en atmosphère turbulent
– Vne : Vitesse à ne jamais dépasser (TRAIT ROUGE) (Never Exceed Velocity)
– Vs : Vitesse de décrochage (Stall Velocity)
– Vso : Vitesse de décrochage volets sortis
– Vs1 : Vitesse de décrochage volets rentrés
– Vref : Vitesse de référence égale à 1,3 de Vso

Pour le VL3, train fixe:

– Vfe : 120 Km/hr
– Vno : 280 Km/hr
– Vne : 305 Km/hr
– Vso : 55 Km/hr
– Vs1 : 80 Km/hr

Les autres pour information ou pour rappel :

Certaines de ces vitesses sont mentionnées pour votre culture générale et bien évidemment pas utilisées en ULM (ex: Mach)

– Va : Vitesse maximale à laquelle on peut faire des manoeuvres abruptes,
ou pénétrer dans l’air turbulent / Vitesse maximale d’évolution avec
débattement maximale des commandes de vol
– Vat : Vitesse de référence
– Vd : Vitesse en piqué
– Vle : Vitesse maximum train sorti
– Vlo : Vitesse maximum à laquelle le train peut être sorti ou rentré en toute
sécurité
– Vmc : Vitesse minimale de contrôle au décollage, ne doit pas être
inférieure à 1,2 de la Vs
– Vmcl : Vitesse minimale de contrôle durant l’approche
– Vmcg : Vitesse minimale de contrôle au sol
– Vmca : Vitesse minimale de contrôle en vol
– Vp : Vitesse propre – Corrigée des écarts atmosphériques
– Vr : Vitesse de rotation – Pour les avions monomoteur, VR ne doit pas être
> à VS1
– Vsi : Vitesse de décrochage tout rentré …
– Vsp : Vitesse verticale
– Vx : La vitesse qui donne le meilleure angle de montée, le plus grand gain
    d’altitude pour une distance horizontal donnée
– Vxse : Vitesse du meilleur angle de montée sur un seul moteur
(multimoteur)
– Vy : La vitesse qui donne le meilleur taux de montée, le plus grand gain
   d’altitude dans un temps donné
– Vyse : Vitesse du meilleur taux de montée sur un seul moteur
(multimoteur)
– Vz : Vitesse verticale
– Vmo : Maximum Operating Velocity
– Mmo : Maximum Operating Mach
– Cas : Vitesse conventionnelle, Calibrated Air Speed

Prêt ?
Test des connaissances :

1. La différence entre la vitesse indiquée et la vitesse propre dépend :

• a) du vent météorologique
• b) de la température et de l’altitude pression
• c) de l’installation anémométrique
• d) des performances de l’appareil

2. La vitesse vraie est la vitesse :

•     a) Indiquée.
•     b) De l’ULM par rapport au sol.
•     c) De l’ULM par rapport à l’air.
•     d) Lue sur l’anémomètre.

3.  L’anémomètre indique :

• a) la vitesse indiquée
• b) la vitesse sol
• c) la vitesse propre
• d) la vitesse vraie (vitesse air)

4. Pour fonctionner, l’anémomètre type badin compare la pression
   totale par le tube pitot à :

•     a) l’assiette.
•     b) la pression statique.
•     c) la pression dynamique.
•     d) la pression dynamique au niveau de la mer.

5. Votre ULM décroche à 60 Km/h, quelle vitesse d’approche en finale adoptez-vous :

• a) 80 km/h
• b) 90 km/h
• c) 105 km/h
• d) 160 km/h

6. Une vitesse propre de 150 Km/h et un vent effectif arrière de 20
    Km/h, votre vitesse sol est de :

•     a) 170 Km/h
•     b) 130 Km/h
•     c) 150 Km/h
•     d) 160 Km/h

7. Votre ULM doit être utilisé dans le respect des ses limitations. Sa limite absolue de vitesse est:

• a) la Vno
• b) la Vse (vitesse de structure étendue)
• c) la Vle (vitesse limite à ne pas dépasser)
• d) la Vne (vitesse limite à ne jamais dépasser)

8. Quel est le risque majeur lié au dépassement de la Vne :

•     a)destruction de la cellule, précédé du flutter
•     b) difficulté de manoeuvrer
•     c) décrochage dynamique
•     d) éclatement des pneus

9. Qu’est-ce que la vitesse conventionnelle :

• a) vitesse indiquée
• b) vitesse lue sur le badin si l’installation était parfaite
• c) vitesse au sol
• d) vitesse type

10. Un ULM est équipé d’un anémomètre. Il vole à une altitude de
     5000 ft. Sa vitesse propre:

•      a) est égale à la vitesse indiquée
•      b) ne peut être comparée à sa vitesse indiquée que si l’on connait la
        vitesse du vent
•      c) est supérieure à sa vitesse indiquée
•      d) est inférieure à sa vitesse indiquée

11. La vitesse à ne jamais dépasser (Vne) est une limite au-delà de
 laquelle:

• a) la structure ne pourrait pas supporter les efforts aérodynamiques
• b) la vitesse de rotation du moteur serait trop élevée
• c) les instruments de bord ne sont plus calibrés
• d) la réglementation ULM n’est plus en vigueur

Réponses
1 :B , 2 :C , 3 :A , 4 :B , 5 :B , 6 :A , 7 : D , 8 :A , 9 :A , 10 : C , 11 : A

Réponses commentées :

1. La différence entre la vitesse indiquée et la vitesse propre dépend:

     b) de la température et de l’altitude pression

La vitesse conventionnelle (aussi appelée vitesse indiquée) est celle dispensée par l’instrument. La vitesse vraie (= vitesse propre) est la vitesse réelle de l’ULM par rapport à l’air. Comme l’anémomètre est étalonnée pour l’atmosphère standard, son indication n’est juste que lorsqu’il règne une pression de 1013,25 ha et une température de 15°C à son niveau. Pour obtenir la vitesse vraie de l’ULM, on doit corriger en fonction de l’altitude et de la température.

2. La vitesse vraie est la vitesse :

    c) De l’avion par rapport à l’air

Aussi appelée Vitesse propre.

3.  L’anémomètre indique :

     a) la vitesse indiquée

La vitesse vraie (autrement dite vitesse air ou vitesse propre) se déduit de la vitesse indiquée en appliquant une correction instrumentale, une correction de compressibilité (pour les vitesses élevées), une correction de température (écart par rapport à l’atmosphère standard) et surtout une correction d’altitude pression (environ 1% par 600 pieds).

4. Pour fonctionner, l’anémomètre type badin compare la pression
   totale par le tube pitot à :

    b) la pression statique

La pression statique est mesurée par la prise statique, généralement placée sur le coté du fuselage. Le badin mesure la différence entre la pression totale et la pression statique, en déduit la pression dynamique et la traduit en vitesse.

5. Votre ULM décroche à 60 Km/h, quelle vitesse d’approche en finale adoptez-vous :

     a) 80 km/h

En finale, il faut adopter une marge de 30% par rapport au décrochage.

60 Km/hr x 1,3 = 78

On arrondit à 80 km/h.
Attention, ce n’est pas une règle absolue. La vitesse du vent, notamment, peut imposer de majorer le badin en finale !

6. Une vitesse propre de 150 Km/h et un vent effectif arrière de 20
    Km/h, votre vitesse sol est de :

    a) 170 Km/h

Quand le vent vient de l’arrière, il s’ajoute à la vitesse propre pour donner la vitesse sol.

7. Votre ULM doit être utilisé dans le respect des ses limitations. Sa limite absolue de vitesse est:

     d) la Vne (vitesse limite à ne jamais dépasser)

La Vno est la vitesse maximale de structure en croisière (velocity normal operating) La VSE n’existe pas
La Vle est la vitesse limite train sorti (velocity landing gear extended)
La Vne signifie velocity never exceed

8. Quel est le risque majeur lié au dépassement de la Vne :

     a) destruction de la cellule, précédé du flutter

Pour résumer, si vous dépassez la Vne (et que vous avez la chance de pouvoir revenir vous poser), l’aile de l’ULM vaut le prix de la ferraille à la casse.

Le flutter est un phénomène de battement des gouvernes à haute vitesse qui peut aller jusqu’à la désintégration de la cellule.

9. Qu’est-ce que la vitesse conventionnelle :

     a) vitesse indiquée

10. Un ULM est équipé d’un anémomètre. Il vole à une altitude de
     5000 ft. Sa vitesse propre:

        c) est supérieure à sa vitesse indiquée

La vitesse vraie (autrement dite vitesse air ou vitesse propre) se déduit de la vitesse indiquée en appliquant une correction instrumentale, une correction de compressibilité (pour les vitesses élevées), une correction de température (écart par rapport à l’atmosphère standard) et surtout une correction d’altitude pression (environ 1% par 600 pieds).

Nous sommes à 5000 pieds donc : On ajoute 1% de la AIS (Vi) par tranche de 600 pieds au-dessus de la surface à 1013.25 HPa.

Formule:

Vp = AIS (Vi) + 1% par 600 ft ± 1% tous les 5°de différence entre T°et T std

La vitesse propre est donc bien supérieure à la vitesse indiquée !

11. La vitesse à ne jamais dépasser (Vne) est une limite au-delà de
 laquelle:

       a) la structure ne pourrait pas supporter les efforts aérodynamiques

Le manuel d’utilisation de l’aéronef précise la Vne, ou vitesse à ne jamais dépasser (Never Exceed Velocity). Etablie par le constructeur, elle est relative à la résistance mécanique des composants de l’ULM. Au-delà de cette limite variable suivant les machines, la structure pourrait ne pas supporter les efforts aérodynamiques.
Dans le cas précis d’un VL3 train fixe, la Vne est limitée à 305 Km/h.