Ingénierie des évaluations techniques Sécurité des aérodromes, Aviation civile - TP 13706

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janvier 1998

Table des matières

• Introduction
• Procédures d'essai
• Conclusions
• Recommandations
• Annexes
  • Annexe A - Photos d'ensemble
  • Annexe B - Photos des essais 1 à 27
  • Annexe C - Photos des essais 28 à 40
  • Annexe D - Photos des essais 41 à 54
  • Annexe E - Photos des essais 55 à 68
  • Annexe F - Photos des essais 69 à 83
  • Annexe G - Photos des essais 84 à 99

Introduction

À la suite d’une demande émise par Transports Canada – Aviation civile, une étude a été menée sur le givrage de divers indicateurs de trajectoire d’approche de précision (PAPI). L’objectif visait à éliminer la possibilité de signaux inappropriés émis vers des aéronefs par des PAPI givrés, et donc d’éviter tout risque potentiel. Pour plus de détails, voir le cadre de référence de l’étude (Annexe A).

Le projet comprend 4 parties :

1. Déterminer le temps requis pour éliminer une épaisseur de givre de 1/16 po (1,6 mm) des lentilles ou des verres protecteurs de PAPI à différentes températures (- 5, - 10, - 20 et - 30 °C).
2. Déterminer l’intensité minimale permettant aux PAPI de fonctionner avec une accumulation partielle de givre sur les lentilles ou les verres protecteurs aux mêmes températures que celles indiquées en 1.
3. Déterminer l’intensité minimale permettant aux PAPI de fonctionner sans accumulation de givre sur les lentilles ou les verres protecteurs aux même températures que celles indiquées en 1.
4. Déterminer l’effet de la rosée sur les signaux émis par les PAPI à 0 °C.

Procédures d'essai

Manuel de laboratoire pour indicateur de trajectoire d’approche de précision (PAPI)

Avant l’essai :

1. Nous nous sommes assurés que l’équipement destiné aux essais était conforme aux normes (vérification de tampon ISO).
2. Nous nous sommes procuré le matériel nécessaire pour procéder aux essais selon les indications de la publication intitulée « Normes de sécurité des véhicules automobiles au Canada » (norme 103). (Pistolet à peinture, régulateur de pression, Hydra, chronomètre Cra-Lab, caméra vidéo, appareil photo numérique.)
3. Nous avons installé un panneau blanc de 8 pi x 8 pi destiné à recevoir les signaux projetés par les PAPI.
4. Nous avons installé les PAPI sur une table, à l’autre bout du caisson climatique (pour qu’ils projettent leur signal sur le panneau). L’intensité du courant fourni aux PAPI a été établie à 6,6 ampères.
5. Nous avons réglé la distance de la table de façon à ce que le faisceau lumineux émis couvre exactement la largeur du panneau.
6. Nous avons abaissé la température du caisson climatique et avons vérifié la température au moyen d’un appareil de mesure à thermocouple.
7. Un panneau destiné à identifier l’essai en cours a été préparé.

Dégivrage :

Nota : Pour cet essai, il était nécessaire de mesurer l’épaisseur du givre formé par une vaporisation d’eau. La technique adoptée a consisté à installer un disque métallique d’épaisseur connue entre les deux lentilles de PAPI, à créer du givre en utilisant un pistolet à peinture pour vaporiser de l’eau sur toute la surface avant du PAPI mis à l’essai, y compris sur le disque métallique. Après l’opération de vaporisation d’eau, le disque a été ôté et l’épaisseur totale du disque et du givre a été mesurée au moyen d’un pied à coulisse. L’épaisseur du givre a été obtenue en soustrayant l’épaisseur du disque de cette épaisseur totale.

1. Une photo de l’équipement mis à l’essai a été prise avant l’essai.
2. Un dispositif de mesure de l’épaisseur du givre appliqué sur le PAPI a été installé (disque métallique entre les lentilles).
3. De l’eau a été vaporisée sur la partie avant du PAPI mis à l’essai (sur toute la surface de la fenêtre optique) pour former une épaisseur de givre de 1/16 po (0,175 ml/cm2).
4. La vaporisation de l’eau a été filmée sur vidéo et des photos ont été prises après la vaporisation.
5. Le disque métallique a été ôté et l’épaisseur totale du disque et du givre accumulé a été mesurée.
6. L’épaisseur du givre a été calculée.
7. Une attente de 30 minutes a eu lieu pour permettre à la température de se stabiliser de la façon indiquée par la publication « Normes de sécurité des véhicules automobiles au Canada » (norme 103).
8. La caméra vidéo a été mise en marche, le PAPI a été allumé pour fonctionner à 6,6 ampères tandis qu’un chronomètre a été mis également en marche.
9. La fin du test a été décidée au moment où le signal projeté sur le panneau est devenu identique à celui du PAPI utilisé sans givre.
10. La durée nécessaire pour que le dégivrage permette au PAPI d’émettre le même signal que lorsqu’il n’était pas givré a été noté.
11. Une photo a été prise après l’essai.

Essai sous intensité minimale :

1. Un thermocouple a été fixé au centre d’une des deux lentilles de PAPI ou au centre du faisceau de lumière projeté par le PAPI doté d’un verre protecteur.
2. Une photo de l’équipement mis à l’essai et du panneau d’identification approprié a été prise avant l’essai.
3. Le PAPI a été mis en fonction sous l’intensité spécifiée.
4. L’essais a été retardé jusqu’au moment où la température des lentilles ou du verre protecteur s’est stabilisée (à peu près une heure).
5. La température des lentilles a été notée.
6. Une tentative a eu lieu pour appliquer une fine couche d’eau vaporisée sur les lentilles ou la partie du verre protecteur non encombrée par le thermocouple. Cette tentative a été filmée en vidéo.
7. Une vérification a été effectuée pour voir si le givre fondait immédiatement et était éliminé des lentilles ou du verre protecteur.
8. L’essai devait être concluant si le givre fondait et était éliminé. Si le givre devait demeurer, l’essai devait être repris en augmentant l’intensité à la valeur du palier supérieur requis.
9. Une photo de l’équipement et du panneau d’identification a été prise après l’essai.

Essai de rosée :

1. La température du caisson climatique a été abaissée à 0 degré Celsius. Un panneau a été installé.
2. Les PAPI ont été installés à 12 pi de la surface de mesure de l’intensité de la luminance lumineuse.
3. L’intensité de l’alimentation d’un PAPI a été réglée à 6,6 ampères.
4. Le PAPI a été placé pendant une heure dans le caisson climatique en fonction.
5. Une photo du signal intact a été prise.
6. Une bouilloire a été utilisée pour produire de la vapeur d’eau sous les lentilles ou le verre protecteur pour former de la rosée.
7. La luminance lumineuse du signal et la largeur du faisceau a fait l’objet d’une mesure quantitative approximative.
8. L’essai a été filmé en vidéo.
9. Une photo du signal avec rosée a été prise.

Compte rendu d’essais – étude sur le givre et la rosée se formant sur les PAPI

Résultat des essais

Essai de rosée à 0 °C

Essai de durée de dégivrage à - 5 °C *

Nota: * L’application d’eau a créé de la glace et pas du givre.

Essai de durée de dégivrage à - 10 °C

Essai de durée de dégivrage à - 20 °C

Essai de durée de dégivrage à - 30 °C

Essai sous intensité minimale à - 5 °C

Essai sous intensité minimale à - 10 °C

Essai sous intensité minimale à - 20 °C

Essai sous intensité minimale à - 30 °C

Récapitulatif de l’essai de dégivrage

Nota : Chaque case indique le numéro de l’essai, la durée du dégivrage à 6,6 ampères et des remarques.

Récapitulatif de l’essai à l’intensité minimale (dégivrage partiel)

Ce tableau montre le résultat des essais à l’intensité minimale où la glace formée sur les lentilles ou le verre protecteur a commencé à fondre. (Un anneau de glace reste autour des lentilles.)

Nota : Chaque case contient le numéro d’essai, l’intensité minimale, la température des lentilles ainsi que des commentaires.

Récapitulatif de l’essai à l’intensité minimale (dégivrage total)

Ce tableau indique le résultat des essais à l’intensité minimale où la glace formée sur les lentilles ou le verre protecteur a entièrement fondu.

Conclusions

Essais de dégivrage :

La plupart des PAPI ont eu besoin de plus de temps pour se dégivrer à - 5 °C et à - 10 °C qu’à - 20 °C. La couleur de la glace peut donner un moyen d’expliquer ce phénomène. À - 5 °C et à - 10 °C, la glace est transparente, à - 20 °C, elle est blanche et opaque.

Le meilleur rendement moyen a été obtenu par le PAPI Crouse-Hinds.

Le temps de dégivrage le plus court a été obtenu par le PAPI Siemens doté d’un verre protecteur câblé (5 minutes à - 20 °C).

Le PAPI consommant le moins d’énergie est celui de Crouse-Hinds.

Essais sous intensité minimale :

Pendant cet essai, une tempête de neige ou de glace a été simulée en même temps que la température choisie pour l’essai et avec un PAPI déjà sous tension. Trois types de résultats ont été obtenus : la glace n’a pas du tout fondu, les lentilles se sont dégivrées en partie ou les lentilles se sont dégivrées immédiatement.

Deux tableaux récapitulatifs ont été créés (dégivrage total ou partiel) car même si une lentille n’est dégivrée qu’en partie, le signal peut être jugé approprié selon les critères choisis. Notons cependant que si un essai permet à un signal d’être considéré comme approprié à 12 pi d’un panneau de projection, cela ne signifie pas forcément qu’il sera approprié dans le « monde réel » (à 1 mille).

Seul le PAPI Crouse-Hinds peut satisfaire à l’exigence de dégivrage total des lentilles dans toutes les conditions météorologiques simulées lors des essais.

Les PAPI Siemens et Cegelec peuvent satisfaire à l’exigence de dégivrage total des lentilles aux températures supérieures à - 10 °C. Au-dessous de - 10 °C, de la glace reste toujours présente au bord des lentilles.

Avec les lentilles dégivrées en partie, l’intensité minimale va de 5,5 à 6,6 ampères à - 30 °C.

Recommandations

Nous recommandons de faire procéder à d’autres essais sur le terrain pour confirmer les conclusions précédentes et pour tenir compte d’autres paramètres comme l’effet de refroidissement du vent, l’effet des rayons solaires sur les signaux de sortie (effet qui pourrait se manifester à des distances supérieures à celle des 12 pieds fixés en laboratoire) et l’épaisseur et la vitesse d’accumulation du givre dans le « monde réel », et pour tenir également compte d’autres conditions météorologiques. Il est par ailleurs nécessaire d’établir une méthode scientifique de calcul de la dégradation de la qualité des signaux émis par les PAPI pour établir une limite entre un signal inapproprié et un signal approprié.

Le résultat de ces essais permet d’établir que les PAPI doivent être mis sous tension au moins 53,5 minutes avant l’atterrissage de tout aéronef ou doivent rester continuellement sous tension à 6,6 ampères.