Comment les pilotes peuvent-ils voler dans un nuage?

Lorsque les avions volent à lintérieur des nuages, ils volent selon les  » règles de linstrument  » Peu importe que la visibilité soit réduite (la nuit) ou totalement bloquée (dans un nuage épais), ce mode de vol suppose simplement que l’équipage n’a pas de référence visuelle extérieure, il vole uniquement en utilisant les indications données par les instruments de bord. .

La courte vidéo suivante montre une situation fréquemment rencontrée, léquipage ne voit rien à lextérieur avant dêtre si près du sol, ils sont presque débarqués.

^{Atterrissage sans visibilité, source: YouTube .}

Après le problème de le remplacement des références externes a été résolu, le prochain problème le plus important est de rester à lécart des autres aéronefs en toute sécurité. Pour éviter les collisions, les pilotes sont soutenus par le contrôle de la circulation aérienne (ATC) depuis le sol. LATC détermine la position et laltitude de laéronef en sappuyant sur un transpondeur embarqué. LATC émet des informations et des instructions appropriées pour les pilotes afin de maintenir les aéronefs séparés.

Si lATC ne parvient pas à séparer les aéronefs, les aéronefs commerciaux sont équipés dun filet de sécurité: en dernier ressort, les aéronefs proches, équipés de transpondeurs, sont détecté et évité par un système anti-collision embarqué. Si ce système est efficace lorsquil ny a que 2 ou 3 aéronefs impliqués, la manœuvre dévacuation doit se faire rapidement et peut donc être suffisamment vive pour quun passager non ceinturé soit blessé. Cela ne fonctionne pas si l’autre avion n’est pas équipé d’un transpondeur, mais que tous les aéronefs commerciaux transportent un tel équipement par règlement.

Tous les gros avions de ligne que nous connaissons volent selon les règles des instruments, quelle que soit la météo, ou le moment de la journée. Cependant, pour quelques pistes, latterrissage peut être effectué par une manœuvre circulaire (ou manœuvre cercle-atterrissage) dans laquelle léquipage sapproche de la piste en utilisant un guidage instrumental qui est interrompu avant latterrissage (généralement parce que le guidage est conçu pour une autre piste), laissant léquipage sous règles visuelles jusquau toucher des roues (ces manœuvres sont connues pour être plus dangereuses ).

Par souci dexhaustivité, un type spécial de vol visuel, VFR Over The Top , peut être autorisé sur la couche nuageuse , pendant la partie supérieure du vol, où lhorizon et dautres aéronefs peuvent être vus.

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1. Aspects techniques du vol aux instruments

Il est techniquement possible de voler à lintérieur des nuages, du brouillard, de la neige, de nuit, etc., mais ce type de vol est réglementé, il nécessite des éléments techniques à la fois dans lavion et sur le au sol, et une formation supplémentaire obligatoire pour le pilote.

Le bon sens et la réglementation exigent que le pilote soit capable, à tout moment, de:

• a / Maintenir un attitude de sécurité des aéronefs (préservation des conditions de vol),
• b / éviter les obstacles et autres aéronefs (prévention des collisions),
• c / se diriger vers un aérodrome datterrissage (navigation).
• d / Savoir où ils se trouvent (conscience de leur position),

Voler sans visibilité signifie essentiellement savoir comment effectuer ces tâches sans regarder à lextérieur du cockpit.

A: Maintenez une attitude sûre

Lune des principales références dont un pilote a besoin est lhorizon .Lorsque lhorizon est invisible, un horizon artificiel reproduit la pla ne à laide dun gyroscope. Cet instrument indique si lavion est tangué ou roulé.

Concernant laltitude et la vitesse, les mêmes instruments sont utilisés à la fois pour le vol à vue et aux instruments: altimètre barométrique et anémomètre.

^{Principaux instruments, présentation traditionnelle.Source: Aircraft Spruce}

Image ci-dessus (de gauche à droite, de haut en bas):

• vitesse , attitude (horizon artificiel), altitude ,
• clignotant , cap , vitesse verticale

^{Mêmes instruments sur lécran de vol principal électronique dun A330. Source}

Être conscient de lattitude de lavion sans indices visuels externes nest pas naturel et plus difficile que prévu. Une étude célèbre ( expérience de virage à 180 degrés , Bryan, Stonecipher, Aron) en 1954 a montré qu’un pilote n’était pas formé pour voler avec des instruments perd le contrôle de lavion en 3 minutes en moyenne si les références externes sont perdues.

B: Prévention des collisions

Comme mentionné, un service de prévention des collisions est fourni par radio depuis le sol. Un aéronef volant sans visibilité est séparé de tous les autres aéronefs par des contrôleurs aériens (ATC). Le type exact de séparation fourni varie en fonction de la catégorie despace aérien, en particulier lorsque la couverture radar est absente, par ex. en survolant les océans. Pour les pays de lUE, reportez-vous à la section Classification de lespace aérien à SKYbrary.

LATC civil détermine lemplacement et laltitude de lavion en interrogeant un transpondeur à bord de lavion, depuis le sol. Si le transpondeur de laéronef ne coopère pas, lATC pourrait avoir accès à un radar primaire et effectuer une mesure décho traditionnelle, qui est moins précise. Les stations radar primaires sont généralement exploitées par des militaires.

^{Salle ATC typique, source: Apprenez à voler ici}

• Voir aussi Quest-ce quun TRACON? pour une description complète des salles de contrôle aux États-Unis.

LATC est définitivement une tâche difficile en quatre dimensions réalisée à laide décrans 2D. Des erreurs sont commises, la plupart du temps elles sont corrigées dans le temps. Dans limage ci-dessous, VRG231 descend du FL370 tandis que le DCA337 en face et en montée passe par le FL262. LATC évalue quils traverseront en toute sécurité, mais surplombe le XCM3018 le plus proche qui sapproche par la droite au FL360 (plus de détails à SKYbrary ).

^{Perte de conditions de séparation en place: VRG231 est descendant . LATC prend en compte DCA337, mais ignore XCM3018, source}

Des équipements embarqués supplémentaires peuvent être utilisés pour les avions à proximité réels détection. Un tel système dévitement de collision, connu sous le nom de ( TCAS ou ACAS ), détecte les aéronefs équipés dun transpondeur, généralement seulement dans un rayon de quelques minutes en utilisant une technique similaire à linterrogation ATC . De plus, TCAS peut fournir des avis de résolution de conflit coordonnés aux pilotes, pour augmenter la séparation et éviter les collisions.

^{B737 TCAS (positions TA / RA sur le panneau du transpondeur). Source}

C: Navigation :

Après les deux premières tâches de léquipage (avion en vol sûr et risques de collision maîtrisés), il est temps de voir comment léquipage peut atteindre la destination .

Les aides radio à la navigation sont positionnées à des endroits importants au sol et les instruments de bord sont utilisés pour en tirer parti. Aujourdhui, ils comprennent VOR (détermination du relèvement relatif) et DME (détermination de la distance) pour la navigation vers, depuis et entre les aérodromes. NDB sont toujours utilisés, mais leur mise hors service a commencé dans le monde entier, ils sont utilisés comme VOR longue distance et de non-précision.

Extrait de Documentation de laéroport de Nice (LFMN, France) pour les départs de la piste 04. Notez comment VOR (entouré en vert) et NDB (magenta) sont utilisés comme points de cheminement. Notez également comment NIZ VOR-DME est utilisé comme référence pour le relèvement relatif et la distance (étoiles vertes).

^Source

Aides radio spatiales, à savoir Les GNSS (US GPS, EU Galileo, Russian Glonass …) complètent ou remplacent les aides au sol pour les opérations (les aides au sol sont toujours utilisées et exigées par la réglementation).Par exemple, les mêmes départs de Nice en utilisant Precision Area Navigation (P-RNAV) en profitant des aides GNSS, inertielles et au sol pour obtenir une position combinée précise:

^{Les waypoints ne font référence à aucune aide au sol mais sont définis par leurs coordonnées dans la base de données du système de gestion de vol. Même source}

Un atterrissage manuel ou automatisé peut être effectué avec laide dun ILS (instrument système datterrissage), qui est un phare radio utilisable pour suivre la bonne direction et la bonne pente:

^{Principe ILS (indices magenta affichés sur le panneau pilote)}

Comme vous lavez peut-être remarqué, contrairement à une croyance persistante, les pilotes ne comptez pas sur lATC pour la navigation (lexception serait lorsquun pilote a perdu toutes les références instrumentales. LATC peut généralement être en mesure de fournir une position si le transpondeur est toujours opérationnel).

Dans un espace aérien terminal très fréquenté , généralement autour des grands aéroports, le rôle ATC est étendu. Premièrement, le risque de collision étant important et les aéroports étant situés dans des zones densément peuplées, les aéronefs doivent suivre des trajectoires plus contraintes, les exploitants ATC surveillent constamment ces trajectoires et demandent des corrections aux pilotes si nécessaire. Deuxièmement, ru Si les ressources sont rares, les aéronefs à larrivée (et les aéronefs au départ dans une certaine mesure) doivent être séquencés (par ex. en ajustant leur vitesse) dans des files dattente datterrissage ordonnées et denses.

D: Détection de position

La position horizontale actuelle a été déterminée depuis longtemps à laide du VOR et du DME et de la géométrie: équations angle-angle (aka triangulation) ou angle-distance.

Les plus gros avions ont également utilisé plates-formes inertielles capables de fournir non seulement la position actuelle, mais aussi le cap, la vitesse au sol et surtout l’accélération, le taux de rotation et l’attitude (à partir desquels le langle dattaque peut être obtenu).

Aujourdhui, ces technologies sont complétées par le GNSS qui est capable de fournir la position et laltitude actuelles.

Les plates-formes inertielles sont toujours utilisées pour leur lindépendance de toute ressource externe, et leur précision qui est meilleure que le GNSS dans le court laps de temps. Leur gros inconvénient est quils dérivent continuellement et doivent être réinitialisés à intervalles (par exemple en utilisant des données GNSS). Pour tirer parti de tout ce qui est disponible, les sources sont souvent mélangées pour fournir des valeurs pondérées et des vérifications croisées (ajoutez à cela des capteurs dair fournissant des données daltitude et de vitesse).

^{B737 Page de lordinateur de gestion des combats affichant la position actuelle selon plusieurs capteurs. Source}

Les avions sont également équipés dune détection au sol, pour aider à éviter ce que lon appelle  » CFIT « , vol contrôlé vers le relief . Ce capteur est basé sur un radar embarqué et des cartes stockées et affiche les obstacles au sol autour. Il est utilisé pour la surveillance horizontale (colline, montagne) ainsi que la surveillance verticale (proximité du sol lors de latterrissage). Ces systèmes sont connus sous le nom de EGPWS, système dalerte de proximité du sol amélioré. . Ils avertissent les pilotes par des avertissements bruyants, par ex.  » Terrain! Terrain, remontez! « .

^{Affichage VSD / EGPWS sur les avions Boeing, source}

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2. Point de vue de la régulation

Les conditions de visibilité sont déterminées soit visuelles (bonne visibilité), soit instrumentales (visibilité insuffisante) et il existe deux ensembles de règles en vol (visuel et instrument). Voler dans des conditions aux instruments exige par la réglementation deffectuer le vol selon les règles des instruments.

Voler en se référant uniquement aux instruments, nécessite:

• Le pilote a reçu la formation appropriée,
• Léquipement spécifique est disponible dans lavion, et au sol,
• LATC est fourni depuis le sol.

VMC vs. IMC

Il existe un ensemble de conditions minimales pour déclarer que lenvironnement extérieur est visible: ces conditions sont connues comme Conditions météorologiques visuelles (VMC).

Lorsque les VMC ne sont pas atteintes, les conditions sont dites IMC, pour Conditions météorologiques aux instruments .

Les critères VMC dépendent des pays et de lespace aérien, bien que lOACI fournisse des recommandations internationales, par exempleen France, généralement:

• Visibilité horizontale minimale de 5 km (8 km au-dessus du FL100).
• Distance minimale aux nuages: horizontalement 1,5 km, verticalement 1000 pieds

VFR vs IFR

Tout vol doit être effectué sous un des deux ensembles de règles existants:

• Visual Flight Rules (VFR)
• Règles de vol aux instruments (IFR).

Les règles à suivre sont dictées par la réglementation et dépendent directement des conditions météorologiques.

• En VMC, les vols VFR et IFR sont autorisés.

• En IMC, seul un vol IFR est autorisé, le pilote doit être qualifié pour effectuer IFR et lavion doit être certifié IFR.

En relation:

• Désorientation spatiale qui peut conduire à voler à lenvers sans le savoir. Formation connexe .

Les pilotes qui volent dans les nuages en connaissance de cause seront en IFR (règles de vol aux instruments) et seront en contact avec le contrôle de la circulation pour se tenir à lécart des autres avions. Si vous vous retrouvez dans un nuage par accident, la procédure standard consiste à faire demi-tour de 180 ° en gardant la même hauteur et à continuer jusquà ce que vous soyez hors du nuage (ou à passer en IFR).

Un pilote dans un nuage ne le fait pas.  » t se fier à ce quil voit à lextérieur et regarde à la place ses instruments .

source wikipedia

Ils sont dans lordre: affichage de la vitesse, de lhorizon artificiel, de laltitude, du coordinateur de virage, du cap ( boussole) et la vitesse verticale.

Il existe une autre disposition pour ces informations:

Avec le même tracé, vitesse à gauche, horizon au centre, altitude à droite et cap en bas.

Un pilote na pas une vision plus claire à travers un nuage que vous regardant par la fenêtre en même temps. Cependant, le vol peut se dérouler en toute sécurité avec une combinaison dinstruments et des installations dont dispose un contrôleur de la circulation aérienne.

Pour quun pilote pénètre dans un nuage, il / elle doit voler selon les règles de vol aux instruments, ce qui signifie entre autres quun contrôleur de la circulation aérienne est responsable de la séparation des autres aéronefs (contrairement aux règles de vol à vue où le pilote lui-même est responsable de voir et déviter les autres aéronefs).

De plus, les pilotes ont des instruments, comme un horizon artificiel, qui leur permet de maintenir toutes les montées / descentes et les virages nécessaires sans voir lhorizon réel – la principale façon dont un pilote peut généralement dire sil monte, descend ou tourne.

Voici quelques réponses très bien écrites et complètes. Je voudrais également offrir ma propre perspective et contexte en la matière. Un avion IFR moderne aura 2 jeux dinstruments de vol: (1) primaire et (2) secondaire, et ceux-ci sont très différents. Cest un point important à ne pas négliger. Il est souligné dans la formation. Nous sommes très chanceux avec la technologie daujourdhui, et cela na toujours pas été le cas.

En tant que pilote de lUS Navy, nous avons passé des heures dans des simulateurs à pratiquer les procédures IFR, tout en gérant les urgences. Je tiens à souligner que ces vols ont été conçus pour nous aider à nous concentrer sur 2 aspects importants: (1) le vol dans les nuages, ou dautres conditions de faible visibilité, tout en (2) gérer avec succès les urgences dans cet environnement difficile. Il y a quelques autres points plus fins que je voudrais faire valoir.

On ny pense peut-être pas, mais on peut voler en VFR sans horizon, et dans ce cas, un pilote fait un peu des deux. Jai passé beaucoup de temps à survoler la Méditerranée. Surtout pendant les mois dété, où la brume et la mer se mélangeaient, permettant à lhorizon de disparaître. Je me souviens que cela était particulièrement vrai au-dessus de 5000 pieds AGL. Pendant ces mois, même une nuit étoilée pouvait devenir désorientante. Les lumières des navires sur leau pourraient apparaître comme des étoiles pour le pilote, qui a ensuite changé lendroit où lhorizon était dans leur esprit.

Même avec nos systèmes de navigation modernes, le vol IFR peut être très difficile, même pour quelquun avec beaucoup dexpérience. Lors de lune de ces nuits méditerranéennes décrites ci-dessus, le début de la section est devenu désorienté et a commencé une lente spirale descendante. Cela peut prendre beaucoup de discipline pour croire en ce que vos instruments vous disent, quand votre corps crie quelque chose dautre contre vous. Parfois, le corps gagne. Même si son ailier le pressait de niveler ses ailes, le pilote a fini par voler dans la mer.

Les simulateurs nous ont aidés à nous entraîner à nous fier aux instruments, et en même temps, gérer les distractions de diverses urgences dans le cockpit.Le meilleur simulateur que javais a été bien planifié et exécuté par le magicien dOz. Il exécutait les commandes du simulateur. Il a commencé par un léger scintillement de la jauge dhuile au démarrage, sest heurté à des conditions météorologiques dégradées en vol, avec plus de problèmes de moteur et une panne électrique partielle. Finalement, jai été réduit à utiliser des instruments de pression.

Le système de navigation avec lequel jai volé sappelait un système de navigation inertielle (INS), et il a obtenu son entrée de gyroscopes qui maintenaient lorientation de laxe de leur mouvement de rotation. Lindicateur dassiette principal était très réactif, sans décalage perceptible entre les changements de trajectoire de vol et la réponse de lINS. Avec un bon indicateur dattitude primaire et dautres instruments non sensibles à la pression, par ex. altimètre radar, il est relativement facile de maintenir un vol contrôlé. Si lINS échouait cependant, cétait un tout autre jeu de balle.

Avec un échec INS, nous nous retrouvions avec les instruments secondaires. Ce groupe comprenait un petit indicateur dassiette de secours et les instruments de pression suivants: altimètre, indicateur de vitesse verticale (VSI) et anémomètre. Enfin, il y avait laiguille de virage et la boussole de secours. Voler avec des instruments de pression dans des conditions IFR est très difficile en raison du décalage important entre ce que les instruments affichent et la trajectoire de vol réelle de lavion. Le VSI était le plus sensible et lindicateur daltitude était le moins sensible. On pourrait facilement se retrouver à « chasser » leurs aiguilles dans une lutte pour contrôler le retour négatif.

Il y a donc des instruments de vol primaires et des instruments de vol secondaires. Avec la grande fiabilité des systèmes avioniques actuels, nous navons heureusement pas à passer beaucoup de temps sur des instruments secondaires.

Au milieu de les instruments sont la grande attitude primaire dans lindicateur, et en dessous la boussole. La boussole de secours est difficile à voir, mais elle se trouve juste au-dessus de lécran anti-éblouissement sur le côté droit. À environ 7 à 8 heures, directement à gauche de lindicateur dattitude principal se trouve lindicateur dassiette de veille. Au-dessus se trouvent lindicateur de vitesse / vitesse, laltimètre de pression et en haut laltimètre radar. Juste à gauche de ceux-ci instruments, et légèrement plus petits, vous pouvez distinguer de haut en bas, lindicateur dangle dattaque, le VSI et laccéléromètre.

Et donc je me suis retrouvé dans une approche contrôlée au sol sur mon terrain de bingo, sur les instruments de vol secondaires, avec un moteur défaillant, au minimum. À environ 800 pieds, le magicien dOz a commandé un voyant davertissement dincendie, suivi peu après dune panne moteur catastrophique. Je nai pas atteint la poignée déjection assez rapidement.

À lépoque, javais un voisin qui avait été pilote pendant la Première Guerre mondiale. Nous étions assis et je lui parlais du vol du simulateur, me plaignant en plaisantant de la façon dont un par un il a échoué les instruments sur moi , quand il ma arrêté avec son rire et a dit: « Fils, quand nous nous sommes retrouvés dans un nuage w Nous avons volé dune main tenant doucement un crayon devant notre visage dans le cockpit ouvert, et de lautre main tenant le bâton. « 

Commentaires

• concernant le dernier paragraphe – sonne essentiellement comme le principe indiqué ici – wrightstories.com/wrights-develop-automatic-stabilizer

Dans les récits de laviation de la Première Guerre mondiale, on lit parfois des pilotes opérant dans les nuages pendant de longues périodes. Il est difficile de croire que cela était réellement possible avec linstrumentation primitive de lépoque.

Il est très difficile de garder le contrôle dun avion ou dun planeur dans les nuages sans au moins un instrument gyroscopique pour donner une indication de si lavion est au niveau des ailes ou incliné. Gardez à lesprit que perdre le contrôle est plus quun simple problème de navigation – il est très facile de surcharger un avion et de le faire se séparer en entrant accidentellement dans un virage serré ou en plongeant dans un nuage.

Alors que la plupart les avions modernes ont un instrument dhorizon artificiel (indicateur dattitude), il est possible de garder le contrôle dun aéronef dans les nuages en utilisant un indicateur de taux de virage et aucun autre instrument gyroscopique. En termes modernes, cela sappelle  » panneau partiel  » volant.

Le premier indicateur de vitesse de virage gyroscopique a été créé en 1917. Charles Lindbergh a piloté son avion Ryan NYP  » Spirit of St. Louis  » à travers locéan Atlantique en 1927, et était dans les nuages pendant de longues périodes, avec un indicateur de vitesse de virage comme seul instrument gyroscopique. Le Ryan NYP disposait également dun  » boussole à inductance terrestre « , qui offre des performances supérieures en vol à une boussole magnétique standard.Jimmy Doolittle a été lun des pionniers du vol aveugle, effectuant le premier vol complètement aveugle du décollage à latterrissage en 1929 .

Sailplane les pilotes ont souvent volé dans les nuages pendant de longues périodes en utilisant un indicateur de vitesse de virage comme seul instrument gyroscopique. Il existe des boussoles magnétiques spécialisées conçues pour le vol en nuage de panneaux partiels dans les planeurs qui ont une capacité réduite aux erreurs bien connues dont souffrent les boussoles magnétiques plus conventionnelles en vol de virage . Un de ces compas est le compas Cook, qui peut être ajusté manuellement pour correspondre à langle dinclinaison que le pilote a lintention de maintenir dans le virage. Une autre boussole de ce type est la boussole Bohli, dont laiguille est conçue pour exister en alignement tridimensionnel complet avec le champ magnétique terrestre, de sorte que les erreurs de rotation sont presque complètement éliminées lorsque le planeur et le boîtier de la boussole tournent librement autour de laiguille. La boussole Bohli est conçue pour fournir les mêmes informations quun horizon artificiel (indicateur dattitude), mais dune manière beaucoup moins intuitive à interpréter. De plus, labsence derreurs de virage permet au pilote dutiliser les informations de cap du compas pour ajuster systématiquement ses cercles thermiques pour centrer la meilleure partie de lascenseur tout en tournant dans le nuage.

Lien vers le pdf de  » Air Force  » article de magazine sur le vol aveugle pionnier de Doolittle en 1929

Lien vers le pdf pour le manuel de la boussole Bohli

Image de la boussole Bohli:

Comme mentionné par dautres affiches le vol à lintérieur et à travers les nuages est considéré comme des conditions météorologiques aux instruments (IMC), cest-à-dire où le vol est effectué uniquement par référence aux instruments. Le vol doit être effectué conformément aux règles de vol aux instruments (IFR). Dans lespace aérien contrôlé, cela nécessite de déposer un plan de vol IFR et de recevoir une autorisation de le faire voler du contrôle de la circulation aérienne (ATC). Lorsque vous pilotez un plan de vol IFR, vous resterez en contact radio constant avec les installations ATC en vol dans un espace aérien contrôlé pour la séparation du trafic.

Les nuages en eux-mêmes ne sont pas dangereux à traverser mais peuvent contenir des conditions météorologiques dangereuses à lintérieur. tels que les orages / cumulonimbus intégrés, le givrage et la turbulence. Parfois, des formes extérieures de nuages telles que des cumulonimbus imposants indiquent des orages à venir ou des altocumulus lenticulaires peuvent indiquer de fortes turbulences à lintérieur ou à proximité. La loi exige qu’un pilote obtienne un exposé météorologique avant un vol IFR pour déterminer les conditions météorologiques en route et dans l’environnement terminal afin de mieux préparer un plan de vol et de se rendre compte des dangers météorologiques.

Pendant le vol peut être effectué à travers les nuages en toute sécurité, les approches et les atterrissages peuvent ne pas lêtre, à quelques exceptions près, comme indiqué précédemment. Les approches aux instruments ont des plafonds et des minimums de visibilité spécifiques qui doivent être respectés. Si un pilote ne peut pas voir lenvironnement de piste qui satisfait aux minimums de visibilité publiés au point dapproche interrompue ou à laltitude de décision, il doit interrompre la tentative datterrissage et suivre les procédures dapproche interrompue appropriées pour cette approche. Seuls les équipages spécialement formés pilotant des aéronefs spécialement équipés dans des aéroports équipés pour gérer les atterrissages du pilote automatique couplé sur des procédures dapproche aux instruments spécifiques peuvent atterrir dans des conditions de visibilité nulle.