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 Instruction - INS 1 La navigation sans radiobalises
A) Le principe
Il existe des formules mathématiques qui permettent de calculer une route sur une sphère pour aller d'un point A à un point B.
La Terre étant une sphère un peu aplatie aux pôles, ces formules conviendront.
Pour utiliser ces formules, il suffit d'avoir les coordonnées géographiques des points de départ et d’arrivée (ex : 47°N, 27°W)
Il est bien sur facile de connaître la position de l'avion au parking de l’aéroport LFXX, mais après deux heures de vol, perdu au milieu de l'Atlantique, ce n'est plus aussi simple. Pourtant, et même si on connaît les coordonnées géographiques de New York, pour que l'ordinateur de bord puisse utiliser la formule, il faut avoir les coordonnées de la position de l'avion.
2 solutions existent à l'heure actuelle : GPS ou centrale inertielle.
1°) Le GPS (Global Positionning System).
Le principe du GPS est de faire le point à partir des ondes émises par 4 satellites.
Un peu à la façon d'un DME : si l'onde a mis N secondes pour faire le trajet du satellite1 à l'avion, c'est que l'avion se trouve à N’ kilomètres du satellite1.
Idem pour les 3 autres. L'intersection de toutes ces distances donne la position de l'avion.
 Mais, ce système n'est pas autonome : il dépend des satellites, donc des USA. Il faut ajouter qu’initialement, l'utilisation du GPS était militaire et que les civils ne recevaient qu’un signal volontairement dégradé et bénéficiaient donc d’une précision moindre.
2°) La centrale inertielle (INS= Inertial NavigationSystem ou IRS= Inertial Reference System)
C'est un système autonome puisqu'il n'utilise aucune information provenant de "choses" extérieures à l'avion (en fait, il lui arrive d'utiliser les DME pour vérifier sa précision et l'augmenter si besoin).
Ce système passe son temps à calculer la position de l'avion afin de permettre à l'ordinateur de calculer la route. L'idée est de mesurer l’accélération.
En effet, il existe des formules physiques qui relient la position à la vitesse et à l’accélération. Sans entrer dans des détails (intégration sur le temps), la vie de tous les jours nous persuade des relations qui existent entre ces grandeurs physiques.
Exemple : soient 2 positions séparées de 100km. Si on met 1 heure à aller de l'une à l'autre, alors on peut en déduire que la vitesse est de 100km/h.
De même, soient 2 vitesses : 50km/h et 100km/h. Une voiture qui passe de l'une à l'autre en 10secondes a une accélération plus importante qu'une autre voiture qui met 20secondes.
Ainsi, grâce à ces relations, si un système peut mesurer l'accélération, il peut en déduire la vitesse et donc la position.
a) L'IRS est moderne et calcule la position verticale en plus des coordonnées géographiques. Il est au cœur des FMS des avions nouvelle génération type Airbus A320. L'axe vertical étant pris en compte, cela permet à l'ordinateur de gérer aussi la trajectoire de montée ou de descente ce qui ne sera pas le cas des INS.
C’est ce système qui était monté sur les A300 d’Air Inter.
Son principe est la propagation de 2 ondes laser dans une cavité dont les angles sont des petits miroirs qui vibrent. Les lasers parcourent la cavité en sens contraire. Si l'avion subit une accélération le trajet les 2 lasers n'est plus tout à fait identique et à l'arrivée, ils seront légèrement déphasés.
Ce déphasage permet de "mesurer" l’accélération.
Page suivante :
Voici un document qui explique ceci dans le cas concret du Litton92 (document Air Inter)
 b) L'INS (celui modélisé sur l'A300 d'Air Inter VA (bien que les Litton92 qui équipaient les vrais A300 étaient des IRS, comme on l’a vu juste au-dessus.)) est plus ancien et ne mesure pas les accélérations verticales. En simplifiant, il est composé de 2 accéléromètres qui mesurent les accélérations suivant l'axe gauche/droite et l'axe avant/arrière. Le problème est que ces 2 accéléromètres doivent rester exactement à l'horizontal, sinon, ils mesureront la gravité terrestre (qui est verticale) en plus des accélérations de l'avion. Les mesures étant faussées, la position calculée sera fausse également et vous risquez de finir au fond de l’océan sans voir trouvé votre destination. Et vous conviendrez qu'un avion n'est pas ce qu'il y a de plus stable si on veut absolument garder quelque chose horizontal (virage, montée, turbulence...)
La solution est le gyroscope.
Vous avez peut être remarqué qu'il est plus difficile de rester sur un vélo à l’arrêt qu'en marche. Et si la vitesse est suffisante, il devient même possible de lâcher les mains : la roue ne change pas de direction. C'est le principe du gyro. Un gyro est une roue qui tourne tellement vite que rien ne la perturbe. Même si on incline son support, il tournera sans changer d'axe de rotation.
Nos deux accéléromètres dont nous avons parlé tout à l'heure sont donc montés sur une "plaque" sur laquelle sont également fixés 3 gyroscopes (suivant les 3 axes : gauche/droite, avant/arrière et haut/bas). Cette plaque est "suspendue" par des cadres et des cadrans si bien qu'elle reste parfaitement horizontale grâce aux 3gyros même quand l'avion bouge.
Page suivante :
Voici un document Air Inter montrant cette plate forme inertielle munie des 3 gyroscopes. Les cardans permettent à la plate forme de rester horizontale, même quand l’avion est incliné, grâce à l’action stabilisatrice des 3 gyros. Les accéléromètres restent donc dans le plan horizontal et ne mesurent pas la gravité terrestre.
 B) Les différents composants d’une centrale inertielle.
Les centrales inertielles, qu’elles soient INS ou IRS sont toutes constituées de 4 éléments :
1°) une batterie autonome :
Les centrales inertielles sont normalement alimentées par le réseau de bord de l’avion. Cette batterie est là pour permettre aux INS/IRS de continuer à faire leur travail en cas de panne électrique généralisée à bord. Il est à noter que sur certains appareils comme le 747-200 qui possède 3 INS, il est même possible d’éteindre une des centrales, afin d’utiliser sa batterie pour alimenter les INS restantes. Le temps disponible pour permettre à l’équipage de traiter les problèmes électriques est ainsi allongé. Il faut préciser que ces centrales ne tolèrent pas le moindre défaut d’alimentation électrique. Comme nous l’avons vu, toutes les informations qu’elles calculent sont basées sur la mesure des accélérations. Si pour une raison de panne électrique, certaines accélérations n’étaient pas détectées, les résultats des calculs seraient faux. C’est la raison pour laquelle chaque centrale inertielle possède sa batterie propre.
2°) l’INU (Inertial Navigation Unit)
C’est le bloc contenant la plate forme avec les gyros et les accéléromètres, décrite dans la première partie de ce document.
3°) Le MCDU (Main Control Display Unit).
C’est l’interface principal avec l’équipage et il prend plusieurs allures selon l’âge du système.
En voici des exemples dans les pages suivantes :
 *Celui des Litton 92 des A300 d’Air Inter *Celui des Delcos des 747-200
 *Enfin, un que les amateurs des A320 et autres nouvelles machines connaissent bien : le MCDU des FMGC que les pilotes virtuels appellent souvent à tord le FMC(Flight Management Computer). Si l’on devait comparer avec les ordinateurs de bureaux, le MCDU ne serait que le clavier et un bout de l’écran réunis, et non pas l’ordinateur complet.  4°) le MSU (Mode Selector Unit). Souvent au plafond, c’est par cet interface que le pilote gérera toute la centrale inertielle et son initialisation.
 Voici un document Air Inter qui résume ces 4 composants :  documents Air France qui expliquent en détails les fonctions des MSU et CDU des Delcos :
  Date de création : 31/12/2009 @ 20:37 |
Texte à méditer : "Nous avions un réseau, les avions (tous payés), et les hommes pour les faire marcher ainsi qu'un certain savoir faire... mais cela n'a pas suffit." Alain Norget
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