Le cisaillement du vent de basses couches Définitions cisaillement du vent (CV) gradient de vent...

Le cisaillement du vent de Le cisaillement du vent de basses couchesbasses couches

Définitions

cisaillement du vent (CV)

gradient de vent

accélération

composantes du CV

intensité du CV

Effets du cisaillement du vent sur un aéronef

Origines du cisaillement du vent

dynamiques

radiatives

convectives

QUITTERQUITTERAutre

présentation

Conséquences d'un CV sur la trajectoire

CV arrière, CV debout

approche dans un microburst

Accidents

New York (1975)

Nouvelle Orléans (1982)

Moyens de détection

systèmes embarqués

systèmes au sol

indices

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Premièrediapositive

Définitions Définitions (1/7)(1/7)

• Vent : mouvement de l'air par rapport à la surface terrestre• Cisaillement du vent : variations de la direction et/ou de la

vitesse du vent dans l'espace– RMK : les fluctuations du vent dans le temps (courte durée) en un

point autour d'une direction ou d'une vitesse moyenne sont normalement appelées variations (ou rafales) par rapport au vent dominant

– par rapport à une trajectoire d'un point A vers un point B (AB), le vecteur cisaillement du vent est défini par :

– Il peut se décliner en : • cisaillement horizontal du vent avec AB horizontale

• cisaillement vertical du vent avec AB verticale

CV(AB) = VB - VA

3


Définitions Définitions (2/7)(2/7)1 cisaillement vertical du vent horizontal

2 cisaillement horizontal du vent horizontal

3 cisaillement horizontal du vent vertical

4 cisaillement vertical du vent vertical

4



• Gradient de vent– le module du vecteur cisaillement du vent normé par la distance AB

détermine l'intensité du cisaillement du vent ou gradient de vent

– unités aéronautiques• vent vertical (w ou Vz) feet/mn

• vent horizontal kt

• distance AB : verticale feet, horizontale NM

– le gradient de vent horizontal pourra s'exprimer en :• kt/NM (gradient horizontal) ou kt/100' (gradient vertical)

• en terme d'accélération, qui donne le taux de variation de la vitesse de l'avion subissant un cisaillement de vent

gradient de vent = CVAB

AB

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– à chaque seconde la vitesse de l'avion varie de 2kt lorsqu'il subit un gradient de vent horizontal de 15kt/100' ou 15kt/0,3NM (graphe)

– à partir de valeurs moyennes de pente (3°), de vitesse avion (150 kt) correspondant à une vitesse verticale de 800'/mn (13,26'/s)

– un cisaillement vertical de 15 kt par 100' correspondant à un cisaillement horizontal de 15 kt pour 0,3 NM

entraîne une accélération de


• Accélération d'un avion subissant un gradient de vent

A

B3°

0,3 NM

100' = (15kt/100').13,26'/s = 2kt/s

= (15kt/0,3NM).150kt = 2kt/s

= x Vavion

CVAB

AB

7



• Composantes du vent et du cisaillement décrites par rapport à la trajectoire (AB) (1/2)

– composantes traversières

– composantes verticales

ABCV

VA

VB

descendantdiminution du courant ascendant

augmentation du courant descendant

A BCV

VA

VB

ascendantdiminution du courant descendant

augmentation du courant ascendant

AB

CVVAVB

droit

A BCV

VAVB

gauche

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• Composantes du vent et du cisaillement décrites par rapport à la trajectoire (AB) (2/2)

– composantes longitudinales

A BCVVA VB

arrièreaugmentation du vent arrière

A BVA VBCV

de faceaugmentation du vent de face

A BVBVA CV

arrièrediminution du vent de face

A BCVVA VB

de facediminution du vent arrière

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• Intensité du cisaillement du vent– le long d'une trajectoire correspondant à une variation d'altitude de

100' (critères OACI)• léger : < 4 kt

• modéré : de 5 à 8 kt

• fort : de 9 à 12 kt

• très fort : > 12 kt

– la réponse d'un aéronef (cisaillement du vent effectif) est lié en particulier à sa vitesse

– nous avons vu qu'une vitesse de 150 kt sur une pente de 3° avec un gradient de vent de 15 kt/100' occasionnait une variation de vitesse de 2 kt/s (graphe)

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Effets du cisaillement du vent sur un aéronefEffets du cisaillement du vent sur un aéronef– Vent nul

– Apparition d'un vent arrière et descendant (correspondant à un CV arrière et descendant)

L'avion ayant une certaine masse présente une certaine inertie à une modification rapide du vent.En conséquence un changement brusque du vent va avoir un effet immédiat (mais passager) sur la vitesse aérodynamique (Va) et l'incidence () modifiant ainsi la portance (Rz)

Rz

Rz

Diminution de la vitesse aérodynamique (Va) et de l'incidence () . tendance de l'avion à passer sous la trajectoire cisaillement du vent avec "perte"Si l'on ne "touche à rien", l'avion retrouvera Va et pour lequel il a été compensé avec une nouvelle vitesse sol, mais sous la trajectoire initiale

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Origines du cisaillement du vent Origines du cisaillement du vent (1/5)(1/5)

• Bien qu'il puisse être présent à tous niveaux, c'est lorsqu'il se produit en dessous de 1600 feet (500 m) que le phénomène revêt une importance particulière pour les aéronefs évoluant en phase critique de vitesse (réduite) et de hauteur (proximité du sol)

• Les origines du cisaillement du vent en basses couches sont essentiellement :– dynamiques– radiatives– convectives

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vent au sol

vent en altitude

les fronts


• Dynamiques

CV CV

Le relief

les obstacles...

Le sillage

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• Radiatives refroidissement nocturne en plaine

brise de pente ou de vallée descendante

vent synoptiqueCisaillement vertical du vent

BRISE DESCENDANTEécoulement d'air fro

id

rayonnement

terrestre

vent synoptique

Inversion de température dite de rayonnement

Cisaillement vertical du vent

Z

T

500- 1000 ft

V

Z

jet de basses couches

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• Convectives (1/2)

mer relief

brise de mer

vent d'alizé

Cisaillement vertical du vent

montante

Premièrediapositive 15

front de rafalesmicroburst

4000'/mn

4 km


• Convectives (2/2)

2000'/mn 2000'/mn

4 à 40 kmmacroburst La rafale descendante

tornade

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• CV de bout (gradient avec gain) en approche finale

diminution du vent debout

augmentation du vent debout

?

Conséquences d'un CV sur la trajectoire Conséquences d'un CV sur la trajectoire (1/3)(1/3)

• CV arrière (gradient avec perte) en approche finale

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• CV de bout (gradient avec gain) au décollage

augmentation du vent debout

diminution du vent debout


• CV arrière (gradient avec perte) au décollage

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• Approche dans un microburst

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Accidents Accidents (1/3)(1/3)

• New-York (1975)

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• Nouvelle Orléans (1982) (1/2)

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• Nouvelle Orléans (1982) (2/2)

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Moyens de détection Moyens de détection (systèmes embarqués)(systèmes embarqués) (1/5)(1/5)

• Instruments classiques du poste de pilotage– anémomètre, variomètre, altimètre– indicateur d'assiette, de situation horizontale, avertisseur de

proximité de sol, avertisseur de décrochage (vibreur de manche)– indications de vitesse sol, de vent du système de navigation

(inertie, GPS…)– variomètres modifiés intégrant vitesse verticale et vitesse propre de

l'avion servant à déterminer la variation d'énergie de l'avion et donc son accélération

– radar météorologique Doppler : fournit les variations du vent devant l’avion dans les zones de précipitations

• Le lidar Doppler– fonctionne comme un radar doppler avec un rayon laser mesurant

les composantes du mouvement de l'air à 500/600 m devant l'avion

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Moyens de détection Moyens de détection (systèmes embarqués)(systèmes embarqués) (2/5)(2/5)

• Collimateur tête haute– présente les informations de guidage et de pilotage sur une plaque

de verre intégrée au pare brise

• Avertisseurs spécifiques– systèmes basés sur la surveillance des performances de l'aéronef– Alpha floor (AIRBUS) : applique automatiquement la puissance

moteur maximale dés que l'angle d'attaque ou le taux de variation de la vitesse air ou sol atteint un seuil fixé

– EADI (BOEING) activé par la mesure des composantes horizontales et verticales du vent, renseigne sur le comportement de l'avion avec affichage des instructions de pilotage et indication d'assiette maximum

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Moyens de détection Moyens de détection (systèmes au sol)(systèmes au sol) (3/5)(3/5)

• Profileur de vent • Radar précipitation Doppler

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Moyens de détection Moyens de détection (systèmes au sol) (4/5)(systèmes au sol) (4/5)

• Le «Low Level Windshear Alert System» dit LLWAS

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Moyens de détection Moyens de détection (observation, indices) (5/5)(observation, indices) (5/5)

• Indices de probabilité d’un cisaillement du vent– déplacement différent de couches de nuages adjacentes– panache de fumée de forme tourmentée– nuages en rouleaux– forts vents de surface en rafales– poussières soulevées (en anneaux tourbillonnaires)

• sous un nuage de convection

• dans un front de rafales

– virgas associés à des nuages de convection– nuages lenticulaires– nuages en entonnoir– trombes et tornades

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FINFINPremièrediapositive

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