1/ les masses

Ce petit topo sur les masses avion s'applique dans la théorie à tous les avions qu'ils soient courts, moyens ou longs courriers.
Mais il s'applique dans la pratique plus aux gros porteurs longs courriers. Les chiffres seront ceux du Boeing 747/200 que je
connais le mieux. Je fournirais les données d'autres avions plus tard.
L'application de cet exposé à FS2002 est une autre histoire sur laquelle je ne me suis pas encore penché.
1/ LES MASSES
La masse d'un avion se décompose en :
Masse de base :
Î Masse avion vide + masse équipage + masse commissariat (c.a.d. en gros la "bouffe")
Cette masse est actualisée d'une façon permanente par les compagnies aériennes. Elle varie en fonction de la variation de la masse vide de
l'avion (vieillissement), de la composition équipage et de la composition du commissariat selon le vol effectué.
Cette masse actualisée est indiquée à l'équipage avant chaque départ.
Carburant :
Au départ dune étape, le carburant minimum réglementaire se compose de :
Î Roulage
Î Délestage étape
Î Réserve de route
Î Réserve de dégagement
Î Réserve finale
Le carburant est calculé en fonction des différents paramètres du vol
- Roulage : quantité de carburant nécessaire depuis la mise en route des réacteurs jusqu'au point de lâcher des freins au décollage.
Elle est calculée forfaitairement selon l'aéroport. Mais l'équipage peut être amené à augmenter cette quantité ( cas de NewYork
Kennedy par exemple ou un roulage de plus d'une heure n'est pas rare et de plus de deux heures n'a rien d'exceptionnel), ou cas de
dégivrage.
- Délestage d'étape : quantité de carburant du lâcher des freins au décollage jusqu'au toucher des roues à l'atterrissage. L'équipage
tient compte pour son calcul de toutes les conditions prévisibles ( trajectoires départ et arrivée, montée, croisière, descente,
conditions de circulation aérienne, conditions météorologiques, masse avion, etc…)
- Réserve de route : quantité de carburant destinée à couvrir les aléas en route. Elle représente 5% du délestage d'étape.
- Réserve de dégagement : quantité de carburant depuis la remise de gaz à l'aérodrome de destination (hauteur de décision)
jusqu'au toucher des roues à l'aérodrome de dégagement compte tenu des conditions prévisibles sur la route.
- Réserve finale : Quantité de carburant forfaitaire calculée dans les conditions : 15mn d'attente à la masse prévue atterrissage à
1500 ft au-dessus de l'aérodrome.
Chargement :
Î Passagers + bagages + fret
Chaque passager et son bagage (sauf cas particuliers : charters, enfants nombreux, etc…) est compté à une masse forfaitaire
Le fret est pesé.
La somme de ces trois éléments ( Masse de base + Carburant + Chargement ) détermine la masse de l'avion au début du roulage à
l'aérodrome de départ.
Au fur et à mesure du délestage on aura la masse de l'avion instantanée.
En particulier : Masse décollage
Masse à un moment donné de la croisière
Masse atterrissage
La connaissance de ces masses est très importante:
Au décollage elle conditionne les vitesses de décision (V1), de rotation (Vr), de décollage (V2, qui est aussi la vitesse
minimum à tenir en cas de panne moteur après V1), les vitesses ascensionnelles (N ou N-1 moteurs).
En croisière le moment optimum pour monter à un niveau de croisière ou la consommation distance sera la meilleure
(altitude et vents favorables).
A l'atterrissage elle permet de calculer la vitesse d'approche selon la configuration des volets, la vitesse d'atterrissage ainsi
que la vitesse de remise de gaz..
Tout cela serait trop simple si n'intervenaient pas différentes limitations de masses.
Sur long courrier il est fréquent pour l'équipage d'avoir à résoudre la quadrature du cercle:
Il faut emmener le maximum de passagers (avion plein si possible) avec le carburant réglementaire nécessaire tout en respectant les
diverses limitations structures avion et les limitations opérationnelles au décollage et à l'atterrissage (piste, pente et obstacle).
2/ LES LIMITATIONS
Il existe deux types de limitations aux masses des avions de ligne, les limitations structure (c. a. d. propres au type d'avion) et les
limitations opérationnelles ( c. a. d. dépendantes de l'environnement).
Limitations structures
Ce sont des masses qu'il ne faudra jamais dépasser
Ce sont: :
-
MTW = Masse maxi roulage (résistance sur les amortisseurs et en flexion sur le train dans les virages au roulage)
MTOW = Masse maxi décollage (résistance de la structure et du train pour un impact atterrissage à Vz = -360 ft/mn)
MLW = Masse maxi atterrissage (résistance de la structure et du train pour un impact atterrissage à Vz =-600 ft/mn)
MZFW = Masse maxi sans carburant (résistance aux efforts de flexion à l'emplanture des ailes)
Limitations Opérationnelles
Pour respecter ces limitations il faudra obligatoirement agir sur la masse avion seul paramètre modifiable par l'équipage.
Celui-ci détermine donc une masse au décollage qui permettra compte tenu du délestage de respecter les trois conditions de limitations
suivantes.
Mais cette masse doit permettre l'emport de la charge et du carburant réglementaire!
:
1/ Décollage
- Limitation Piste :. La masse au décollage (c'est elle qui devra être diminuée si nécessaire) et la longueur de la piste (celle
utilisée au départ et à laquelle on aimerait souvent ajouter quelques hectomètres de béton) doivent permettre à l'avion de
décoller avant le bout de la piste en particulier si une panne d'un moteur intervient à ou après la vitesse V1.
Si la panne intervient avant la vitesse V1 l'avion doit pouvoir s'arrêter sur la piste.
En plus de la longueur de la piste beaucoup de conditions interviennent dans le calcul de cette limitation : les conditions météorologiques du
moment (vent effectif, pression atmosphérique, température), la pente (montante, nulle ou descendante) de la piste, l'état (sèche, mouillée,
inondée, enneigement, verglacée) de la piste, l'altitude du terrain, configuration volets (un ou plusieurs crans).
- Obstacles : La réglementation définie une trouée d'envol à partir de l'extrémité de la piste de décollage. Dans cette trouée
d'envol on peut trouver des obstacles (arbres, maisons, collines et même sur certains terrains il est envisagé le passage de voitures
sur une route bordant celui-ci (St Martin) ou la présence de bateaux (Boston).
La masse de l'avion doit permettre à la trajectoire d'envol de survoler ces obstacles avec une certaine marge de hauteur soit sur une
pente de montée sans panne d'un moteur, soit sur un palier d'accélération si panne d'un moteur.
Dans le calcul de la masse interviennent les mêmes conditions météorologiques et d'altitude du terrain que dans la limitation précédente. Pour
ne pas trop pénaliser la masse avion en cas de panne d'un moteur au décollage, une trajectoire différente de la sortie normale peut être
appliquée.
2/ Montée, Croisière, Descente
La masse de l'avion devra permettre le survol de tous les obstacles le long de la route choisie avec une certaine marge de hauteur
réglementaire.
Dans le calcul interviennent également les conditions météorologiques.
3/Approche, Atterrissage
La masse de l'avion devra permettre en configuration approche la remise de gaz avec un moteur en panne tout en respectant des
conditions de pente de montée et de survol d'obstacles sur la trajectoire de remise de gaz.
Cette même masse devra permettre à l'avion en configuration atterrissage de s'arrêter dans les limites de la piste utilisée pour
l'atterrissage.
En plus de la longueur de la piste beaucoup de conditions interviennent dans le calcul de cette limitation : les conditions météorologiques du
moment (vent effectif, pression atmosphérique, température), la pente (montante, nulle ou descendante) de la piste, l'état (sèche, mouillée,
inondée, enneigement, verglacée) de la piste, l'altitude du terrain.
3/ COMMENT EMPORTER ET LA CHARGE ET LE CARBURANT NECESSAIRE
Les chiffres donnés seront en tonnes ceux arrondis du B747 versions 200 - 300 .
Quelles sont les données qui s'imposent, par exemple, à l'équipage :
a/ La masse maxi roulage : Masse maxi structure donnée par le constructeur : MTW = 375 tonnes (fixe)
b/ La masse maxi décollage : - Masse maxi structure donnée par constructeur : MTOW = 372 tonnes (fixe)
ou - Masse maxi calculée selon les conditions du jour : Mxxx = Dépend de la piste,
du terrain (altitude, obstacle), des conditions météo du moment (pression,
température, vent, pluie, neige,etc…), de la configuration avion (volets 10° ou 20° le plus souvent volets 20°). (peut être parfois améliorée en changeant de config
volets ou en prenant une piste plus longue si possible)
Le calcul Mxxx est fait depuis quelques années d'une manière informatique à partir des
données fournies par la compagnie, la météo et les choix et options équipage.
En général (et de toute façon pour son utilisation dans FS ) pour le B747 les routes sont prévues telles que
les limitations en croisière ne s'appliquent pas.
c/ La masse maxi sans carburant : Masse maxi ZFW (Zero Fuel Weight) donnée par constructeur : MZFW = 240 tonnes.
d/ La masse maxi atterrisage : Masse structurel donnée par le constructeur : MLW = 286 tonnes. (fixe)
En général pour le B747 (et de toute façon pour son utilisation dans FS ) nous n'appliquerons pas d'autres
limitations atterrissages.
e/ La masse de base de l'avion : On ne prendra pour l'exemple une seule version passagers Mbase = 180 tonnes (fixe)
f/ La charge prévue : Charge = x tonnes (fixe mais peut être réduite si pas d'autres possibilités)
Limitation MZFW
On calcul déjà que la somme
Mbase + Charge = ou < à MZFW
Soit
Charge = ou < à MZFW – Mbase ---> Charge = ou < 60 tonnes (passagers)
Cette limitation de charge due au MZFW peut être atteinte sur les vols haute densité (vols charter par exemple) ou le nombre de passagers
peut atteindre 500 avec les soutes emplies de bagages et de fret.
On ne peut rien faire d'autre que de ramener la charge dans les limites calculées en débarquant du fret puis des passagers si
nécessaire.
Limitation MLW
A l'atterrissage, la masse de l'avion sera la somme de
MBASE + charge + Carburant réglementaire (dégagement + réserve finale)
On va essayer de prendre un dégagement plus proche donc moins gourmand en carburant.
Limitation MTOW
La masse de carburant que l'on pourra mettre dans les réservoirs est égale a
MTOW (ou Mxxx) – ZFW
avec
ZFW = Mbase + Charge Attention ce n'est pas obligatoirement MZFW (Maxi zéro fuel weight)
On va essayer de faire coïncider la quantité de carburant nécessaire réglementaire avec le calcul MTW (ou Mxxx) – ZFW.
On pourra essayer de prendre moins de carburant : - soit en prenant si possible un dégagement plus proche
- soit en prenant un Mach croisière consommation distance plus faible
- soit en déposant un plan de vol particulier appelé ETF ( sera vu cela plus tard)
Exemple B747/300 PTP à CDG (masses en kilogs, distances en nautiques, vents en kts)
Exemple (réel)
PTP / CDG Pointe à Pitre - Paris CDG
Carburant
Délestage CDG
Degagement ORY
Reserve route
Reserve finale
Roulage
Total Carburant
Masses
Masse de Base
Charge
ZFW
Total Carburant
Masse décollage
Délestage
Masse Atterrissage
Temps
07h34
00h23
00h19
00h30
00h11
94900
4400
3700
5000
700
108700
Distance sol Distance air Vent effectif Niveau vol
3717
3631
Plus 11
310
80
Plus 8
70
Limitations
180000
60000
240000
108700
348700
94900
253800
240000 Pour ce vol la charge a été limitée par le MZFW
372000
286000