L`Histoire de l`avionique

L’histoire de l’avionique
Chapitre 1
Otto Lilienthal (1848-1896)
http://www.lilienthal-museum.de
- Père de l’aviation moderne (2000 vols sur d > 210 m)
- Biplans et triplans
- Dernier planeur avec des gouvernes de profondeur mobiles
HISTORIQUE DE L’
L’AVIATION
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1-1
GPA-745
1-4
L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
Samuel Pierpont Langley (1834-1906)
er
- 1 à utiliser un moteur à combustion interne
d’essence plus léger que le moteur propulsé
par une machine à vapeurs.
Leonardo da Vinci (1452-1519)
http://www.leonardo.boa-web.org
• 1ière personne qui a travaillé dans l’aviation
Charles Manley
- En 1903 -> l’Aérodrome
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1-2
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
Sir George Cayley (1773-1857)
- Montgolfières, hélicoptères, planeurs
- Identification des forces T et Rx
Manley et Langley
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L’Aérodrome de Langley
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1
L’histoire de l’avionique
• 1837
L’histoire de l’avionique
- Morse -> Télégraphe
Transmission des messages
par des fils conducteurs
• 1888
• 1819-1868 - Foucault -> Gyroscope
Rotation de la terre
• 1876
- Bell -> 1er téléphone
Transfert de la voix à distance
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Hertz -> Étincelles électriques
génèrent des signaux
se propageant avec la
vitesse de la lumière <->
Ondes Hertziennes
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L’histoire de l’avionique
Pendule de Foucault
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L’histoire de l’avionique
• A la fin du 19e siècle - Marconi ->
système pour transmettre et recevoir des
signaux sans fil sur d = 3 km
• 1897 - Lanchester ->
1er à étudier la stabilité d’un aéronef sans
contrôles
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L’histoire de l’avionique
• 1878
Hughes ->
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L’histoire de l’avionique
Microphone à grains
de charbon
• 1883 - Edison ->
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Diode
Circulation du courant dans 1 direction
• 1904 Hulsmeyer ->
Télémobiloscope
Ondes projetées par l ’émetteur activent le récepteur
par leur réflexion par un corps métallique
(qui en mer sera un navire)
-> Principes du radar
• 1905 -
Fleming -> Diode
Détecter les ondes radio à HF
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
(Orville & Wilbur Wright)
• 1908 -> Avion piloté par Henri Farman ->
1er passager à bord est Léon Delagrange
( Paris )
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L’histoire de l’avionique
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L’histoire de l’avionique
• 1909 : Le Daily Express ->
«l'Angleterre n'est plus une île»
• 1903 -> Orville et Wilbur Wright ->
Vol célèbre t = 12 s, d = 120 pi
- Louis Blériot a traversé la Manche dans le
Blériot XI.
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L’histoire de l’avionique
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L’histoire de l’avionique
- Le Blériot XI a volé dans l'armée italienne au
cours du conflit italo-turc en 1911
(1er avion militaire)
Wright’s wind tunnel
Anémomètre
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L’histoire de l’avionique
• 1910 -> John McCurdy (Équipe de G. Curtiss)
au bord du biplan Curtiss ->
Envoi du 1er message télégraphique au sol
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
Biplan Wright EX
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L’histoire de l’avionique
• Le signal télégraphique ->
• 1913 -> L. Sperry -> stabilisateur
gyroscopique sur un Curtiss F-Boat
• En actionnant le
manipulateur au volant du biplan Curtiss
• Le but du stabilisateur gyroscopique ->
Maintenir un cap fixe malgré les
turbulences en vol
• Système radio
masse m = 11 kg
1er émetteur à étincelle électrique
manipulateur
antenne de 15 m derrière l’avion
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L’histoire de l’avionique
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L’histoire de l’avionique
1911 C.P. Rodgers sur le Vin Fiz (Biplan Wright EX)
Part de NY pour la 1ière traversée E-O des ÉU’s
Bout de corde attaché à l’appareil ->
(seul instrument) -> Glissade / Dérapage/ Tangage
Cabine de pilotage - 'cockpit'
(idée de protection du vent)
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L’histoire de l’avionique
• 1914
->
• 1917
->
L’histoire de l’avionique
1èrs vols commerciaux
La Baie de Tampa (d’un bout à l’autre)
dans un temps de 23 min
NASA Langley, Virginie, EU’s
Communications
40 km 72 km -
• 1920 -> Directeur de société (GB) communique
avec un aviateur survolant la Manche
- Téléphone ordinaire et
- Radiotéléphonie
Avion -> Avion
Avion -> Sol
- Service de courrier aérien aux EU’s
22 heures d’un océan à l’autre
– > Système de radiobalises
(Aides radio à la navigation)
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L’histoire de l’avionique
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L’histoire de l’avionique
A la fin de la 1er guerre
• Conception de moteurs plus puissants
• Transport du courrier d’un coté et de
l’autre de la Manche
• 1920 -> 9 stations radio goniométriques
de la marine britannique ont été utilisées
par des avions civils
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L’histoire de l’avionique
• 1920
Avions volant à vue -> Dev des instruments !
1920 ->
J. Doolittle -> Dev de:
• Panneau des instruments
• Cabine de pilotage
• Ancêtres des instruments de vol
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L’histoire de l’avionique
L’avion F5-L -> L’US Ohio
Croiser à 94 m.n. au large des côtes ->
retour grâce à un
Câble électromagnétique submergé
1921 -> L’armée EU’s -> opération des
chaînes de stations de balises rotatives
entre Columbus et Dayton, OH
Un cadre récepteur installé sur l'avion
recevait les signaux -> l'équipage
pouvait suivre un cap correspondant à
une réception constante
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•
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-> Possible la navigation de nuit
( par le temps clair )
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
• 1922
-> Mustin ->
Conservateur de cap gyroscopique
• Taylor & Yong -> 1ières détections d'objets
avec émission radio
Ils ont utilisé un émetteur en CW à 60 MHz
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Max Boucher et son équipe ->
1èr avion à pilotage automatique
Pilote agit sur la molette ->Cap choisi
• 1925
L’Europe ->
Choix de la bande des 333 kHz
Établir un réseau de navigation
radio goniométrique
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L’histoire de l’avionique
1923
• 1924
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L’histoire de l’avionique
Arbanère a présenté
l'avion automatique de Boucher
• 1927 -> Lindbergh -> Traverser
l'Atlantique ( sans regarder dehors )
Instruments
A suivi un programme sur :
• Stabilisation automatique; vol commandé,
précommandé, télécommandé
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1-32
1-35
Charles Lindbergh & Spirit of St Louis
• 07 / 1923
Réduction des cadres
goniomètriques ->
installés à bord d’avions
• Opérateur radio
Minimum de réception obtenue
en tournant le cadre en restant à
l’écoute du signal
Station émettrice
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
-
- Contrôleur de vol (par Badin)
- Indicateurs de virage et
- Indicateurs de pente transversale
Plan perpendiculaire
du cadre à l’avant ou à l’arrière
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1-33
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1-36
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L’histoire de l’avionique
Charles Lindbergh & Spirit of St Louis
L’histoire de l’avionique
• 1929 -> Edward Link ->
Appareil qui reproduit conditions de vol avec
les commandes électro - pneumatiques ->
- Les sensations d'un vol réel
- Réduire le nr des heures de vol réel
- Modéliser le vent fictif et la turbulence
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1-37
L’histoire de l’avionique
1er service tél. transatlantique HF
• Fin ’20
Système d'aide à la nav. Radio Range
But : - Remplacer les 1ières radiobalises
- Utiliser 4 boucles de transmission
continuelle:
2 -> A (.-) et 2 -> N (-.)
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L’histoire de l’avionique
Écoute par le pilote
________________________________________
– Dans l'axe de la balise -> Note continue
– Hors-axe de la balise -> A ou N
– Survole la balise
-> Perte du signal
1932 – 1960 au Canada ->
83 radiobalises en opération
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• La radio -> réglementaire sur les
vols commerciaux
-> dev d’un système de radioguidage ->
- Radiophare donne 20 près la position radiale de
l’avion sur la ligne Paris-Londres
• Balise balayait 3600 en 1 min et émet un trait
continu pendant 50 sec, puis son indicatif.
• Au Nord -> top bref -> chronomètre (VOR)
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L’histoire de l’avionique
Position de l’avion
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L’histoire de l’avionique
• 1927
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1929 -> J. Doolittle -> 1er vol aux instruments
3 radiobalises et 3 instruments
– L'horizon artificiel (Sperry)
– L'altimètre (Kollsman)
– Le gyro-directionnel (Sperry)
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
• 1932 ->
Boeing B-247
L'Aéroport de Newark ->
– 1 station de radioguidage pour l'approche des appareils
– 2 balises radio omnidirectionnelles
(500 m et 3000 m dans l’axe de l'entrée de piste)
- Chaque balise -> 1 radioborne VHF
-> Actionner un indicateur lumineux
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DC-1
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L’histoire de l’avionique
1932
1933
Kramar
Boeing
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L’histoire de l’avionique
Système de guidage de pente à
l’aide d’une émission reçue sur
un indicateur -> Dev de l’ILS
B-247
United Airlines -> 60 avions
• 1937 -> EU’s -> Enregistreur de vol
Sur les avions commerciaux entre EU’s
Le 1èr atterrissage automatique sur Wright Field
• 1940 -> GB -> Le système Gee (militaire)
– > 1èr aide de navigation de surface (RNAV)
1935
La 1ère tour de contrôle
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1 émetteur maître ->
Courtes impulsions simples et doubles
2 transmetteurs ->
Retransmettre impulsions
simples / doubles
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L’histoire de l’avionique
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L’histoire de l’avionique
• 1941
• 1933
• 1936
1-47
Douglas Aircraft Company DC-1
Trans World Airlines
-> 1er radar aéroporté ASV Mk I ->
-
installé sur les bimoteurs britanniques ->
-
pour localiser les cibles ennemies
Douglas Aircraft Company DC-3
Ondes m (Allemands) et Ondes cm (Anglais)
American Airlines
- En 1945 -> Communications radio
Morse -> Phonie
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1-45
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
• 1942
LORAN Station Malone, Florida
-> Système ILS
»
• 1948
Transpondeur radar
-> Transistor ( Bell )
»
• 1950
L’avionique, Circuit intégré, Micro-électronique
-> VOR aux EU’s
»
»
Système en dév depuis 1940 par la CAA
Remplacement du réseau Range - Range
Limité de 2 ou 4 routes aériennes
et le brouillage
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L’histoire de l’avionique - VOR
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L’histoire de l’avionique
Fin de la 2ième guerre mondiale ->
- Système de navigation Decca basé sur Gee
- Impulsions de courtes durées remplacées par un
signal continu
- Pilote ou Navigateur -> Utilisation d’un décomètre
(pour décoder leur position)
- Précision du système Decca est supérieure à
la précision d’un VOR / DME
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
Decca Navigator Mk 12
• 1954 -> LORAN (Long Range Navigation)
–
–
–
Précision de la navigation au-dessus de l’Atlantique
Même principe que le système Gee
Utiliser une fréq inférieure à celle pour le système
Gee -> Plus utilisée pour grandes distances
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L’histoire de l’avionique
L’histoire de l’avionique
• 1958
• 1961
• 1962
1991 - TCAS - Expérimentation en conditions réelles
- Moyen d'éviter les collisions en vol
VOR / DME opté par l’OACI
DME
NASA -> a mis en orbite
TCAS and
VSI Indicator
1er satellite de communication en orbite
Telstar I par AT & T et en 1964 –
le satellite Syncom 3
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L’histoire de l’avionique
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L’histoire de l’avionique
1992
1981 - Le A300 – 600 - Le 1er avion avec
l’instrumentation sur écran cathodique
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Le GPS en dév. depuis 1975 par le
DOD américain
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L’histoire de l’avionique
1987 - Le A320 - Le 1er avion FBW
VIDEOS
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1903 Wright Flyer
Sans presque aucune mise de fonds et en faisant preuve d'une ambition qui frôle la
naïveté, deux frères vont, du fond de leur atelier de bicyclettes, marquer l'histoire en
construisant le premier appareil qui va accomplir un vol motorisé ; un engin pour le
moins « rudimentaire », avec le recul. Difficile à manœuvrer et ne pouvant pas
transporter une charge supérieure à 75 kilos (pilote compris !), le Wright Flyer a
néanmoins réussi à battre des équipes d'ingénieurs bien plus importantes (et
bénéficiant de fonds confortables) travaillant sans relâche sur les mystères du vol
motorisé et contrôlé.
Nous pouvons facilement imaginer aujourd'hui la joie éprouvée suite à ce premier
vol, mais jetons un coup d'œil sur les données du vol afin de calmer notre
enthousiasme : des hélices en bois entraînées par des chaînes de vélo, des ailes
recouvertes de mousseline et un moteur délivrant 12 chevaux. Les décollages et les
atterrissages étaient au mieux hasardeux et le premier vol réussi a duré 12
secondes en tout. La beauté de tels exploits repose sur un sens inné du sacrifice et
la persévérance de ces casse-cou.
GPA-745
Ryan NYP « Spirit of St. Louis »
Après la traversée de l'Atlantique par le Vimy, un restaurateur américain proposa
une récompense de 25 000 dollars pour le premier équipage qui réussirait à
couvrir la route difficile entre New York et Paris. Huit années plus tard, le prix
attendait toujours un gagnant lorsque Lindbergh battit sur le fil d'autres équipes
visant le magot.
Ses deux principaux rivaux avaient chacun dépensé une somme supérieure à la
récompense pour leurs avions, le Commandeur Richard Byrd ayant investi 100
000 dollars dans un Fokker trimoteur. Pour réussir son exploit dans le Ryan NYP,
Lindbergh n'avait investi que 10 580 dollars, sacrifiant au passage le confort,
l'insonorisation, la vue vers l'avant et, plus étonnant encore, ce qui garantissait le
maniement de l'appareil dans cette course vers la Cité des lumières.
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1-64
Curtiss JN-4D « Jenny »
Douglas DC-3
Entre 1915 et 1920, plus de dix mille Jenny ont été construits, faisant du Curtiss JN4D le premier avion construit en grande série. Plus de neuf mille pilotes (soit 95% de
tous les pilotes américains à l'époque) ont appris à piloter dans l'Army Air Corps
(Corps de l'Armée de l'air) pendant la première guerre mondiale. À la fin du conflit en
1919, l'armée n'avait pas d'usage pour ces avions d'entraînement et les a revendus à
des prix ridiculement bas. La grande époque des pilotes forains allait commencer.
Sur les premières dizaines de milliers d'Américains qui sont montés en avion, une
écrasante majorité a connu des Jenny que l'on déplaçait au gré de tournées
ambulantes. Les anciens pilotes de guerre s'évertuaient à joindre les deux bouts en
effectuant des cabrioles et en vendant des baptêmes de l'air, familiarisant ainsi le
public américain avec l'aviation. Cet avion reste également mémorable pour sa
conception dite « en tracteur » : les efforts de recherche de Curtiss ayant en effet
abouti au déplacement du moteur vers l'avant. L'armée américaine a demandé cette
modification afin de protéger les pilotes en cas de crash et, quand on étudie
aujourd'hui l'histoire de la conception des biplans, on y trouve encore l'empreinte des
plans de l'antique JN.
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1-62
Le DC-3 a introduit les principaux équipements de base que nous associons au
transport aérien moderne de passagers, ainsi que des performances améliorées
pour le transport de marchandises. Certains DC-3 sont encore utilisés pour le
transport de fret. Les passagers n'avaient jamais auparavant bénéficié d'isolation, de
chauffage ou d'eau courante à bord. Le premier appareil construit en grande série
par Douglas a changé tout cela.
Transcontinental a commandé le DC-3 à Douglas Aircraft Company, avec des
spécifications exigeant entre autres une bonne vitesse, de l'autonomie, une certaine
capacité pour le fret et la possibilité de décoller et de voler avec un seul moteur.
Douglas a également mis au point la construction du fuselage monocoque, les volets
hydrauliques, les hélices à pas réglable et un train d'atterrissage escamotable. Les
premières compagnies aériennes y virent la possibilité de faire des bénéfices en
transportant des passagers en nombre. Ainsi naquit l'industrie que nous connaissons
actuellement.
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1-66
Vickers F.B.27A Vimy
Dans certains milieux, la première traversée en solitaire de l'Atlantique effectuée par
Lindbergh paraît être plus célèbre que la première traversée sans escale de 1919.
Le Vickers Vimy a effectué le premier une version bien plus héroïque de cet exploit,
mais avec deux hommes à bord. Les ailes du Vimy (en bois et tissu) avaient une
envergure de 22 mètres. Avec des instruments primitifs, une mécanique peu fiable
et un cockpit ouvert, Jack Alcock et Arthur Brown ont volé de Terre-Neuve à
l'Irlande.
Il s'agissait à l'origine d'un bombardier conçu pour transporter une tonne de bombes
entre Londres et Berlin de nuit, le Vimy parvenant à glisser dans les airs grâce à la
surface considérable de ses ailes. Alcock et Brown ont été confrontés à des
conditions météorologiques extrêmes tout le long du trajet, effectuant à un moment
une remontée en catastrophe alors qu'ils n'étaient qu'à 30 mètres au-dessus des
flots de l'Atlantique nord. Ils parvenaient tout juste à distinguer les étoiles à travers
la couverture nuageuse et ne disposaient que d'un compas pour vérifier leur cap
sans pouvoir compter sur les étoiles. Leur arrivée leur a valu une récompense de 10
000 livres sterling (l'équivalent d'environ un demi million d'euros).
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