Transcription
Cette vidéo sensibilise les utilisateurs de système d’aéronef télépiloté ou S A T P aux écoulements d’air complexes dans les zones urbaines, causés par les interactions entre le vent et les structures.
Un S A T P est un ensemble d’éléments configurables comprenant un aéronef télépiloté, un poste de contrôle, des liaisons de commande et de contrôle et d’autres éléments nécessaires pendant les opérations aériennes.
À condition d’être autorisé à voler en milieu urbain, il se peut que la gamme de types d'écoulement illustrée dans cette vidéo se trouve dans la trajectoire de vol de votre aéronef télépiloté.
Les caractéristiques particulières des vents urbains dus à la présence de bâtiments et de structures qui peuvent affecter les limites opérationnelles des SATP comprennent : la vitesse, la direction, le cisaillement, la turbulence et la vorticité ̶ VDCTV.
En milieu urbain, la vitesse du vent change en fonction de la hauteur et de la proximité des structures.
La vitesse du vent augmente avec la hauteur car le vent est moins obstrué en hauteur par les obstacles au sol, y compris les arbres et les structures.
La vitesse globale du vent augmente avec la hauteur de façon exponentielle.
Le taux de changement de la vitesse du vent dépend du terrain et sera donc différent en terrain dégagé, à proximité de la plupart des aéroports par exemple, comparativement au terrain en zones urbaines.
Pour estimer la vitesse du vent que votre SATP rencontrera à son altitude maximale, un calcul peut être effectué en utilisant une vitesse de référence du vent et leur relation exponentielle.
Pour un vol en zone urbaine, l'utilisation d'une vitesse de référence du vent mesurée au point de décollage n'est pas sécuritaire car les bâtiments en ville peuvent obstruer l’écoulement d’air.
Par conséquent, il est recommandé d'utiliser une vitesse moyenne de vent provenant d'une station météorologique locale.
Généralement cette vitesse est mesurée à 10 m au-dessus du sol pour un site où la station n'est pas obstruée par les bâtiments avoisinants.
À partir des données provenant de la station météo, nous suggérons de calculer la vitesse à 122 m au-dessus du sol, soit environ 1.5 fois la vitesse du vent mesurée à la station météorologique à 10 mètres.
Pour estimer la vitesse du vent plus près du sol, un calcul utilisant la vitesse du vent à 122 m comme référence peut être utilisé si nécessaire.
Ou bien, pour un guide rapide, un tableau du rapport hauteur / vitesse du vent est fourni à la fin de cette vidéo.
En milieu urbain, la vitesse du vent est également variable.
Dans le gradient du vent en milieu urbain, la vitesse du vent peut changer rapidement, jusqu'à des variations de 18 km/h.
La vitesse du vent pourrait être de 10 km/h, puis passer à 28 km/h en peu de temps.
Il est donc plus prudent de limiter votre trajectoire de vol à des hauteurs où la vitesse du vent serait prévue être 18 km/h en dessous de la limite de tolérance au vent soutenu de votre SATP.
En raison des perturbations causées par les structures, la vitesse du vent peut augmenter localement.
Si l'espacement entre les bâtiments restreint la trajectoire du vent, l'air circulant à travers le rétrécissement peut augmenter en vitesse, provoquant un effet de venturi.
La vitesse du vent peut augmenter jusqu'à deux fois la vitesse du vent en amont.
Cela peut se produire à n'importe quelle hauteur de bâtiment, y compris au niveau des piétons.
L’écoulement d'air en zones urbaines entre et autour des structures peut également changer de direction.
Les grands immeubles situés dans une zone avec des bâtiments de faible hauteur redirigent l’écoulement provoquant ainsi des courants verticaux et horizontaux.
L’écoulement vertical comprend des courants ascendants et descendants.
Du côté au vent d'un grand bâtiment, le courant descendant provoque une déviation horizontale de l’écoulement au niveau de la rue qui s’éloigne du bâtiment.
Ou bien, la zone de basse pression du côté sous le vent entraîne un écoulement horizontal vers la base du bâtiment qui converge vers un courant ascendant vigoureux.
Ces caractéristiques du sillage, qui incluent une inversion de la direction du vent et un courant ascendant, peuvent persister sur toute la hauteur d'un grand bâtiment; et la zone de recirculation entraînée par ce mouvement peut s'étendre en aval jusqu'à deux fois la hauteur du bâtiment.
La vitesse du vent à proximité des coins d’un bâtiment change rapidement.
Cet écoulement d'air est connu sous le nom de couche de cisaillement.
Une couche de cisaillement est une bande étroite d'écoulement à la limite extérieure du sillage d’un bâtiment.
La vitesse sur le côté extérieur de la bande est égale à la vitesse du vent non-obstruée alors que l'écoulement du côté intérieur est ralenti par la présence des bâtiments.
Cet écoulement peut être attiré par une zone de recirculation fortement turbulente et subir un changement de direction.
Une couche de cisaillement se développera aux coins au vent du bâtiment, y compris sur le toit.
Si la longueur du bâtiment est suffisante pour promouvoir le recollement d’une couche de cisaillement, une bulle de recirculation se formera et une couche de cisaillement pourra également se développer aux coins sous le vent du bâtiment.
Les couches de cisaillement ne sont pas fixes et peuvent oscillées.
Les couches de cisaillement peuvent osciller vers l'intérieur et l'extérieur du sillage qui peut lui aussi changer dans le temps.
Le passage d’un SATP dans une couche de cisaillement peut provoquer une instabilité et une répartition non-uniforme et changeante des forces du vent sur l’aéronef.
L'instabilité des SATP peut également être causée par un niveau élevé de turbulence des vents en zones urbaines.
La turbulence atmosphérique est le mouvement désordonné des tourbillons dans l'atmosphère.
L'intensité de turbulence atmosphérique est une mesure des fluctuations de la vitesse du vent causée par la turbulence par rapport à la vitesse moyenne du vent.
Les changements soutenus de la vitesse et direction de l’écoulement provoque des changements rapides des forces imposées sur les SATP qui augmentent à mesure que l'intensité de turbulence augmente.
En milieu urbain, l'intensité de turbulence peut être 4 fois plus élevée qu'en terrain dégagé.
La turbulence peut également se manifester sous forme d’échappement tourbillonnaire dans le sillage d’un bâtiment.
Le type d’échappement tourbillonnaire dépend de la direction du vent et de l'orientation du bâtiment.
La vorticité peut se développer sous forme de tourbillons s’échappant de façon alternée d’une face à l'autre d’un bâtiment.
Le vent qui s'approche de certaines structures à certains angles peut provoquer des tourbillons contra rotatifs qui se déplacent dans le sillage en tournant autour d'un axe vertical dans une séquence alternative de part et d’autre du bâtiment.
La taille de ces tourbillons est similaire à la largeur du bâtiment.
Des tourbillons alignés peuvent également être présents dans le sillage des toits.
Si le vent s'approche de la face du bâtiment à un angle, deux forts tourbillons contra rotatifs peuvent s’échapper des coins du toit en suivant une trajectoire horizontale.
Les tourbillons horizontaux sont un risque pour la stabilité des SATP car ils peuvent appliquer un moment de renversement à l'aéronef, en particulier si le tourbillon et le SATP sont de taille similaire.
Les utilisateurs de SATP doivent également faire attention aux risques de givrage.
En plus des risques opérationnels dus à la complexité des vents en milieu urbain, par temps froid, les instabilités provoquées par la formation de givre peuvent avoir un impact sur la performance des pales de rotor, rendant potentiellement impossible le vol d’un SATP.
Pour les diamètres de rotor inférieurs à 350 mm, l'accumulation soudaine de givre peut réduire la poussée de 50 % en moins de 30 secondes.
Les risques de givrage sont à prendre en compte avec la vitesse, la direction, le cisaillement, la turbulence et la vorticité, VDCTV, car chacun de ces paramètres ajoute aux dangers potentiels induits par les conditions environnementales en milieu urbain.
Les utilisateurs de SATP doivent tenir compte de ces risques lors de la planification de leurs trajectoires de vol.
Pour réduire le risque d'effets indésirables du vent sur vos opérations de SATP, il est conseillé de voler dans des conditions calmes, que l’on retrouve plus souvent le matin et le soir.
Cette vidéo de sensibilisation à la complexité des vents en milieu urbain vous a été présentée par le Groupe de travail sur les SATP de Transports Canada, avec le soutien du Laboratoire d’aérodynamique du Conseil national de recherches du Canada et de RWDI.
Pour obtenir des renseignements connexes sur les SATP, visitez le site web de Transports Canada à www.canada.ca/securite-drones.
Document de recherche à l'appui : Urban airflow: what drone pilots need to know - NRC Publications Archive - Canada.ca (en anglais seulement)