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MASSE ET CENTRAGE DES AÉRONEFS

CENTRE DE GRAVITÉ. CALCUL DES LIMITES DE CENTRAGE : UTILISATION DES DOCUMENTS QUI S'Y RAPPORTENT

Définition

Centre de gravité
Point où les moments à piquer sont égaux aux moments à cabrer.

Le CG n'est pas fixe et il dépends :

  • position et nombre de l'équipage.
  • quantité de carburant embarqué et consommé.
  • masse du fret.
  • nombre de passager.
  • munition embarquées et tirées.

On définit donc la limite av/ar du centrage en les deux se situe la marge pour le centrage.

Définition

Bras de levier
Distance horizontale entre un élément et le plan de référence (repère Z). Il est toujours donné ou mesuré en m et est précédé du signe + ou - .
Moment
Le moment d'une force F par rapport à un point A est égal au produit de « F » par le bras de levier « d ».

Au sol, l'aéronef s'appuie sur ses trains. Son centre de gravité, doit être situé dans la zone déterminée par ces points d'appui. Dans le cas contraire, l'aéronef peut basculer. Il en est de même lorsque l'aéronef est en vol. Le constructeur détermine le centrage à vide des aéronefs.  Lors de l'exploitation, les opérateurs définissent la position des masses embarquées, et modifient celle du centre de gravité. Cependant elle doit être dans les limites certifiées par le constructeur.


Le centrage est donc un calcul relatif au positionnement des charges dans l'aéronef afin que le centre de gravité soit situé à l'intérieur de la marge de centrage. 

Définition

Marge de centrage
Zone de débattement du centre de gravité déterminée lors de la construction.

Les limites avant et arrière prédéfinies permettent de maintenir la navigabilité et à ce titre , on ne doit jamais dépasser cette zone pour rester dans le domaine de vol de l'aéronef :

La position du centre de gravité a une importance cruciale pour la maniabilité et la stabilité de l'aéronef :

  • un centrage avant, bonne stabilité mais maniabilité diminuée,
  • un centrage arrière, mauvaise stabilité mais bonne maniabilité. 


Sur hélicoptère, le foyer se trouve au centre du rotor et à l'aplomb de la portance par conséquent à l'aplomb du centre de gravité. L'hélicoptère sera dit indifférent. Le foyer est un point géométrique lié à la construction de l'aéronef. Sa position par rapport au centre de gravité détermine la stabilité d'un aéronef.

Définition

Marge statique
Distance entre le centre de gravité et le foyer.

Elle est quasi nulle sur hélicoptère.

Sa valeur définit la stabilité de l'aéronef ; elle est importante pour l'équipage lors du vol.

Définition

Le plan de référence
plan vertical imaginaire à partir duquel sont prises toutes les cotes horizontales pour les Calculs de centrage, l'aéronef étant dans la configuration du vol en palier. C'est un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion. La ligne de référence aéronef est une droite matérialisée sur le fuselage, permettant la mise en ligne de vol afin d'effectuer des mesures.
Corde moyenne aérodynamique
Valeur moyenne de la profondeur (longueur de la corde de profil) de l'aile.

Sur hélicoptère, les constructeurs ne retiennent pas cette méthode et préfèrent calculer la distance du centre de gravité par rapport au plan de référence.

Il existe plusieurs méthodes de calcul :

  • algébrique,
  • graphique,
  • informatique.

Mais pour ces trois méthodes, le principe reste le même : ADDITION DES MASSES CHARGÉES ET DES MOMENTS CORRESPONDANTS

  • m0 = masse à vide de l'aéronef
  • m1 = masse de l'équipage
  • m2 = masse de carburant
  • m3 = masse de fret
  • mt = masse aéronef totale centrée au décollage
  • G = centre de gravité aéronef complet
  • dt = position du centre de gravité aéronef complet
  • a = distance entre 0 et la limite avant de la CMA
  • mt . dt = ∑ Moments ( masses . Distances )


La distance dt est égale à la somme des moments des différentes masses sur la masse totale mt.

L'index, I est la valeur du moment dû à une masse.

Ce moment est calculé par rapport à une nouvelle origine ramenée à un nombre positif de deux chiffres.

En règle générale, le principe de l'index est utilisé sur les gros porteurs, il facilite le calcul du centrage et évite de calculer tous les moments qui sont associés à chaque masse à l'intérieur d'une zone.

  • A et B = constantes choisies données par le constructeur; elles sont fonctions du type d'avion.
  • D = abscisse de la nouvelle origine par rapport à l'ancienne.
  • d = position du centre par rapport à l'origine O.


L'index final ou de mise en route est la somme algébrique des variations d'index dues à chaque masse.

La détermination du centrage se fait par abaque à partir de l'index final et de la masse de l'avion correspondante.

Pour calculer le centrage, il faut connaître :

  • les index et masse de base lus dans le manuel d'utilisation,
  • la répartition des charges en soute et en cabine,
  • le carburant embarqué.

la masse à vide c'est la masse aéronef sans :

  • le carburant ou autres fluides exceptées les quantités contenues dans les circuits,
  • l'armement commercial (sièges, rideaux, moquettes, etc),
  • le commissariat (nourriture, boissons, etc),
  • le matériel de sécurité et de sauvetage,
  • le lot de bord,
  • l'unité de chargement vide,
  • l'équipage et leur documentation et bagages,
  • les passagers le fret et les bagages.

La masse à vide équipée c'est la Masse à vide + SEW, Standard Empty Weight, c'est à dire :

  • la quantité normale d'huile (plein réservoir),
  • les fluides vidangeables autre que le carburant,
  • l'armement commercial,
  • le lot de bord permanent,
  • le matériel de sécurité et de sauvetage permanent,
  • les unités de chargement vides.

La masse de base c'est la Masse à vide équipée +:

  • le commissariat et équipements amovibles du service passagers,
  • le matériel de sécurité et de sauvetage particulier,
  • le lot de bord occasionnel, l'équipage,
  • leurs bagages et la documentation.

Définition

Masse max structurale au roulage
Masse maxi à laquelle l'avion peut évoluer au sol, elle est notée MRAW, Maximum Ramp Weight.
Masse max structurale sans carburant
Masse max autorisée sans huile ni carburant (impompables non compris), elle est notée MZFW, Maximum Zero Fuel Weight.
Masse max structurale au décollage
Masse maxi autorisée au décollage, elle est notée MTOW, Maximum Take Off Weight.
Masse max structurale a l'atterrissage
Masse maxi à laquelle l'avion peut atterrir dans les conditions normales, elle est notée MLAW, Maximum Landing Weight.

Nota : d'autres facteurs limitatifs peuvent aussi entrer en ligne de compte :

  • limitation des pistes,
  • survol d'obstacles (relief).


Toutes ces limitations, tous ces calculs serviront à déterminer :

  • limitation utile (décollage),
  • la charge offerte,
  • la charge utile. 

Définition

Limitation utile
Zone de débattement du centre de gravité lors du décollage pour des conditions de sécurité optimales.
La charge offerte CO
Masse totale des passagers, bagages, fret ; elle ne tient pas compte de la masse carburant.
La charge utile
Charge offerte + la masse carburant au lâcher des freins ou à la mise en puissance sur hélicoptère.

MASSE ET CENTRAGE DES AÉRONEFS

CENTRE DE GRAVITÉ. CALCUL DES LIMITES DE CENTRAGE : UTILISATION DES DOCUMENTS QUI S'Y RAPPORTENT

Définition

Centre de gravité
Point où les moments à piquer sont égaux aux moments à cabrer.

Le CG n'est pas fixe et il dépends :

  • position et nombre de l'équipage.
  • quantité de carburant embarqué et consommé.
  • masse du fret.
  • nombre de passager.
  • munition embarquées et tirées.

On définit donc la limite av/ar du centrage en les deux se situe la marge pour le centrage.

Définition

Bras de levier
Distance horizontale entre un élément et le plan de référence (repère Z). Il est toujours donné ou mesuré en m et est précédé du signe + ou - .
Moment
Le moment d'une force F par rapport à un point A est égal au produit de « F » par le bras de levier « d ».

Au sol, l'aéronef s'appuie sur ses trains. Son centre de gravité, doit être situé dans la zone déterminée par ces points d'appui. Dans le cas contraire, l'aéronef peut basculer. Il en est de même lorsque l'aéronef est en vol. Le constructeur détermine le centrage à vide des aéronefs.  Lors de l'exploitation, les opérateurs définissent la position des masses embarquées, et modifient celle du centre de gravité. Cependant elle doit être dans les limites certifiées par le constructeur.


Le centrage est donc un calcul relatif au positionnement des charges dans l'aéronef afin que le centre de gravité soit situé à l'intérieur de la marge de centrage. 

Définition

Marge de centrage
Zone de débattement du centre de gravité déterminée lors de la construction.

Les limites avant et arrière prédéfinies permettent de maintenir la navigabilité et à ce titre , on ne doit jamais dépasser cette zone pour rester dans le domaine de vol de l'aéronef :

La position du centre de gravité a une importance cruciale pour la maniabilité et la stabilité de l'aéronef :

  • un centrage avant, bonne stabilité mais maniabilité diminuée,
  • un centrage arrière, mauvaise stabilité mais bonne maniabilité. 


Sur hélicoptère, le foyer se trouve au centre du rotor et à l'aplomb de la portance par conséquent à l'aplomb du centre de gravité. L'hélicoptère sera dit indifférent. Le foyer est un point géométrique lié à la construction de l'aéronef. Sa position par rapport au centre de gravité détermine la stabilité d'un aéronef.

Définition

Marge statique
Distance entre le centre de gravité et le foyer.

Elle est quasi nulle sur hélicoptère.

Sa valeur définit la stabilité de l'aéronef ; elle est importante pour l'équipage lors du vol.

Définition

Le plan de référence
plan vertical imaginaire à partir duquel sont prises toutes les cotes horizontales pour les Calculs de centrage, l'aéronef étant dans la configuration du vol en palier. C'est un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion. La ligne de référence aéronef est une droite matérialisée sur le fuselage, permettant la mise en ligne de vol afin d'effectuer des mesures.
Corde moyenne aérodynamique
Valeur moyenne de la profondeur (longueur de la corde de profil) de l'aile.

Sur hélicoptère, les constructeurs ne retiennent pas cette méthode et préfèrent calculer la distance du centre de gravité par rapport au plan de référence.

Il existe plusieurs méthodes de calcul :

  • algébrique,
  • graphique,
  • informatique.

Mais pour ces trois méthodes, le principe reste le même : ADDITION DES MASSES CHARGÉES ET DES MOMENTS CORRESPONDANTS

  • m0 = masse à vide de l'aéronef
  • m1 = masse de l'équipage
  • m2 = masse de carburant
  • m3 = masse de fret
  • mt = masse aéronef totale centrée au décollage
  • G = centre de gravité aéronef complet
  • dt = position du centre de gravité aéronef complet
  • a = distance entre 0 et la limite avant de la CMA
  • mt . dt = ∑ Moments ( masses . Distances )


La distance dt est égale à la somme des moments des différentes masses sur la masse totale mt.

L'index, I est la valeur du moment dû à une masse.

Ce moment est calculé par rapport à une nouvelle origine ramenée à un nombre positif de deux chiffres.

En règle générale, le principe de l'index est utilisé sur les gros porteurs, il facilite le calcul du centrage et évite de calculer tous les moments qui sont associés à chaque masse à l'intérieur d'une zone.

  • A et B = constantes choisies données par le constructeur; elles sont fonctions du type d'avion.
  • D = abscisse de la nouvelle origine par rapport à l'ancienne.
  • d = position du centre par rapport à l'origine O.


L'index final ou de mise en route est la somme algébrique des variations d'index dues à chaque masse.

La détermination du centrage se fait par abaque à partir de l'index final et de la masse de l'avion correspondante.

Pour calculer le centrage, il faut connaître :

  • les index et masse de base lus dans le manuel d'utilisation,
  • la répartition des charges en soute et en cabine,
  • le carburant embarqué.

la masse à vide c'est la masse aéronef sans :

  • le carburant ou autres fluides exceptées les quantités contenues dans les circuits,
  • l'armement commercial (sièges, rideaux, moquettes, etc),
  • le commissariat (nourriture, boissons, etc),
  • le matériel de sécurité et de sauvetage,
  • le lot de bord,
  • l'unité de chargement vide,
  • l'équipage et leur documentation et bagages,
  • les passagers le fret et les bagages.

La masse à vide équipée c'est la Masse à vide + SEW, Standard Empty Weight, c'est à dire :

  • la quantité normale d'huile (plein réservoir),
  • les fluides vidangeables autre que le carburant,
  • l'armement commercial,
  • le lot de bord permanent,
  • le matériel de sécurité et de sauvetage permanent,
  • les unités de chargement vides.

La masse de base c'est la Masse à vide équipée +:

  • le commissariat et équipements amovibles du service passagers,
  • le matériel de sécurité et de sauvetage particulier,
  • le lot de bord occasionnel, l'équipage,
  • leurs bagages et la documentation.

Définition

Masse max structurale au roulage
Masse maxi à laquelle l'avion peut évoluer au sol, elle est notée MRAW, Maximum Ramp Weight.
Masse max structurale sans carburant
Masse max autorisée sans huile ni carburant (impompables non compris), elle est notée MZFW, Maximum Zero Fuel Weight.
Masse max structurale au décollage
Masse maxi autorisée au décollage, elle est notée MTOW, Maximum Take Off Weight.
Masse max structurale a l'atterrissage
Masse maxi à laquelle l'avion peut atterrir dans les conditions normales, elle est notée MLAW, Maximum Landing Weight.

Nota : d'autres facteurs limitatifs peuvent aussi entrer en ligne de compte :

  • limitation des pistes,
  • survol d'obstacles (relief).


Toutes ces limitations, tous ces calculs serviront à déterminer :

  • limitation utile (décollage),
  • la charge offerte,
  • la charge utile. 

Définition

Limitation utile
Zone de débattement du centre de gravité lors du décollage pour des conditions de sécurité optimales.
La charge offerte CO
Masse totale des passagers, bagages, fret ; elle ne tient pas compte de la masse carburant.
La charge utile
Charge offerte + la masse carburant au lâcher des freins ou à la mise en puissance sur hélicoptère.
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