Les instruments de bord servent à présenter à l'équipage technique toutes les informations utiles au pilotage et au fonctionnement de l'aéronef, à la navigation et aux communications avec les autres aéronefs et le contrôle aérien :
thumb|Le poste de pilotage de l'Airbus A319 right|thumb|Les 4 instruments de base en T complétés par, en bas :- à gauche, « bille et indicateur de virage » (→ symétrie du vol et taux de virage) ;- à droite, « variomètre » (→ vitesse verticale, instrument gradué ici en par minute). pilotage : horizon artificiel, anémomètre, altimètre, variomètre navigation : compas, ILS, VOR, GPS gestion des groupes motopropulseurs : tachymètre, température et pression gestion des télécommunications : radio, système d'intercommunication de bord gestion des servitudes : consommation de carburant, tension et intensité électrique accomplissement de la mission : instruments spécialisés.
Selon le type d'aéronef et le nombre de membres d'équipage les instruments sont regroupés sur des tableaux et, pour le pilote, sur le tableau de bord situé devant lui. Les quatre instruments de base sont toujours disposés de la même façon (en configuration de T basique) : l'horizon artificiel au centre ; l'anémomètre à gauche ; l'altimètre à droite ; le gyro directionnel ou plateau de route en dessous. Cette disposition permet d'optimiser le circuit visuel au cours du vol. La disposition des autres instruments est variable mais respecte certains standards.
Sur les aéronefs les plus récents les instruments sont remplacés par des écrans rassemblant toutes les informations du T de base sur une seule surface de visualisation, les instruments conventionnels ne sont conservés qu'à titre de secours pour pallier une éventuelle défaillance des systèmes électroniques. Les écrans sont le plus souvent multi-fonctions, c'est-à-dire qu'ils sont prévus pour afficher l'ensemble des informations nécessaires à une phase de vol au gré du pilote. Originellement les écrans reprenaient les vues classiques des instruments analogiques. Ils sont progressivement remplacés par des visuels regroupant les informations selon des standards ergonomiques.
Les photos ci-contre présentent une planche de bord classique (analogique) avec la configuration minimale en T et une planche de bord plus récente avec écrans intégrés (glass cockpit).
Problématique générale Les instruments de bord mesurent une donnée utile pour le pilote. Comme tout instrument de mesure ils sont constitués d'un détecteur, d'un système de transformation et d'un système d'affichage.
Le détecteur est un élément dont une caractéristique physique varie proportionnellement avec le phénomène à mesurer. Par exemple une roue à aubes placée dans un tuyau du circuit de carburant tournera d'autant plus vite que le flux est important.
Le système de transformation change la valeur physique mesurée en une autre grandeur physique qui permettra d'actionner le système d'affichage. En reprenant l'exemple précédent, la roue à aubes actionnera un mini-générateur électrique dont la tension sera proportionnelle à la vitesse de rotation.
Le système d'affichage transforme cette dernière valeur en un déplacement mécanique, la rotation d'une aiguille par exemple, qui sera lisible par le pilote.
Pour les instruments de base les plus simples les trois éléments ci-dessus peuvent être inclus dans un boîtier unique. Dans la majorité des cas le détecteur est situé en dehors du poste de pilotage et l'information est transmise à l'afficheur sous la forme d'une tension électrique. Sur les avions les plus modernes l'afficheur est virtuel ; les informations mesurées sont transmises à l'ordinateur de bord qui élabore un afficheur virtuel sur l'écran situé devant le pilote.
Choix des types d'instrument La complexification de la liaison entre le détecteur et l'afficheur augmente le risque de panne. C'est pourquoi les appareils les plus modernes conservent toujours des instruments de base de formule classique en secours.
Les avions civils peuvent utiliser des instruments mesurant des signaux reçus de l'extérieur, c'est le cas de tous les systèmes de radionavigation. Les avions militaires peuvent utiliser ces mêmes systèmes mais sont aussi équipés de systèmes autonomes permettant de pallier les risques de compromission des informations reçues.
Erreurs spécifiques de mesure L'information fournie par un instrument de bord est entachée d'erreurs. Certaines de ces erreurs sont spécifiques à l'environnement aéronautique : densité d'instrument sur le tableau de bord et proximité de générateur ou moteurs électriques entraînant un risque d'interférences, vitesse relative, pression et température de l'air externe, attitude de l'appareil, etc.
Instruments de pilotage Altimètre thumb|Cadran d'un altimètre de bordLe calage est affiché dans la petite fenêtre à droite (en pouce de mercure)Les trois aiguilles donnent respectivement des dizaines de milliers, des milliers, des centaines de piedsL'altitude affichée est donc de
Un altimètre est un instrument de mesure permettant de déterminer la hauteur d'un aéronef par rapport à un niveau de référence : le sol, le niveau de la mer (mesure d'altitude) ou une surface isobare.
À bord d'un aéronef, il est nécessaire de connaître trois hauteurs ou altitudes : la hauteur par rapport au sol : en particulier pour la navigation locale et éviter les obstacles artificiels dont les cartes publient l'altitude et la hauteur. En utilisant la pression de l'aérodrome en référence, l'aéronef décolle ou se pose avec l'altimètre indiquant 0 ; l'altitude par rapport au niveau de la mer : pour éviter les obstacles naturels dont les cartes publient l'altitude ; le niveau de vol : pour éviter les abordages entre aéronefs en utilisant une référence arbitraire identique pour tous et fixée à . Pour obtenir les indications ci-dessus, il faut que l'altimètre soit calé sur la pression correspondante. Ces pressions sont transmises par radio et les pilotes utilisent toujours les codes développés à l'époque du Morse afin d'éviter les ambiguïtés (voir langage aéronautique, Code Q). QNH : pression au niveau de la mer. Permet de mesurer l'altitude. QFE : pression au niveau du sol. Permet de mesurer une hauteur. Utilisé près d'un aérodrome, ce calage permet de décoller et d'atterrir avec une indication de 0. QNE, ou calage au FL (pour Flight Level, en français Niveau de Vol) : calage utilisé par tous les aéronefs en croisière. La référence étant identique pour tous, elle permet d'éviter les accidents.
Radioaltimètre (ou sonde altimétrique)
Il utilise un radar chirp placé sous le fuselage. Il est utilisé pour les procédures d'approche finale ou dans le cadre de la prévention contre le risque de percuter le relief. Il indique de façon très précise (à près) la hauteur de l'avion par rapport au sol.
Anémomètre
L'anémomètre d'un aéronef permet de déterminer sa vitesse par rapport à l'air ambiant.
Étévé Les premiers instruments de mesure de la vitesse étaient constitués d'un levier vertical articulé autour d'un pivot et supportant une palette rectangulaire orientée perpendiculairement à l'écoulement du vent relatif et une aiguille. Il était maintenu en position zéro par un ressort calibré (principe du peson). La pression du vent faisait déplacer l'aiguille sur un cadran pour indiquer la vitesse air. Conçu en 1910, par Albert Étévé il était désigné indicateur Étévé du nom de son inventeur.
Ce système était appelé « antenne à déflexion » sur le Stampe SV-4. En 1965, certains Tiger Moth en étaient encore équipés.
Badin
thumb|Cadran d'un anémomètre de bord Aujourd'hui, le dispositif utilisé est un instrument appelé « badin » en France (en 1911, du nom de son inventeur, Raoul Badin) associé au tube de Pitot. La connaissance de la vitesse air est indispensable pour conserver l'aéronef dans son domaine de vol, donc entre la vitesse minimale permettant sa sustentation et la vitesse maximale où les forces aérodynamiques risquent d'endommager la structure. Ces deux vitesses varient en fonction de la configuration (train sorti, volets sortis, etc.) et de l'attitude (virage, descente, etc.). C'est pourquoi un anémomètre adapté à un aéronef particulier comporte des zones de couleurs différentes : l'arc vert indique les conditions normales de vol de l'avion ; l'arc jaune les vitesses interdites en air turbulent ; l'arc blanc la plage de sortie des dispositifs hypersustentateurs, configuration full (volets) ; enfin, le trait rouge indique la vitesse limite (VNE :velocity never exceed), particulièrement pour la structure de l'appareil.
Le badin est un manomètre étalonné en fonction du Théorème de Bernoulli qui détermine la pression dynamique qui est égale à la différence entre la pression totale et la pression statique. Cette pression dynamique, est fonction de la vitesse de l'avion par rapport à l'air et permet d'afficher une information de vitesse air sur le badin. Elle est généralement mesurée en nœuds, mais, sur quelques avions français et sur les avions russes, elle est donnée en kilomètres par heure, ainsi que sur d'anciens aéronefs américains qui indiquent la vitesse en miles par heure. L'anémomètre donne la vitesse indiquée (Vi) ou « vitesse lue ». Cette vitesse correspond à la « vitesse vraie » à la pression de (au niveau de la mer en atmosphère standard) et à la température de . Avec la baisse de la densité de l'air, par exemple en altitude, la vitesse vraie est supérieure à la vitesse indiquée (une approximation peut être faite en ajoutant 1 % par tranche de au-dessus de la surface ).
Machmètre thumb|right|upright=0.6|Illustration d'un machmètre indiquant une lecture de 0.83.
Pour les avions volant à des vitesses proches de celle du son et au-delà, d'autres lois physiques sont applicables. On utilise un autre instrument : le machmètre mesure le rapport entre la vitesse de l'avion et la vitesse du son. Cette information est utile en vol subsonique pour éviter de pénétrer dans le domaine de vol transsonique et en vol supersonique.
Variomètre thumb|left|upright=0.6|Variomètre
Un variomètre est un instrument utilisé pour connaître la vitesse ascensionnelle d'un aéronef. La majorité de ces appareils fonctionnent d'après le différentiel de pression induit par la vitesse verticale de l'appareil.
thumb|right|upright=0.6|Horizon artificiel classique
Horizon artificiel
L'horizon artificiel ou indicateur d'assiette mesure les assiettes de l'aéronef par rapport à l'horizon (longitudinale et c'est-à-dire les angles de tangage et roulis. Il utilise un gyroscope qui, en principe, conserve le calage initial réglé avant le décollage. Il est particulièrement utile pour le pilotage sans référence visuelle extérieure.
Indicateur de dérapage Bille Le plus souvent, l'indicateur de dérapage comporte une bille pouvant se déplacer dans un tube incurvé rempli d'un liquide pour amortir ses mouvements, comme un niveau à bulle inversé. La bille indique la verticale apparente et, indirectement, la symétrie du vol : en effet toute force aérodynamique perpendiculaire au plan de symétrie de l'avion induit une accélération transversale et donc une force centrifuge qui déplace la bille de l'autre côté. Ainsi, un dérapage à gauche ou à droite induira une portance transversale (essentiellement du fuselage) vers le côté opposé ; la bille se déplacera donc du côté du dérapage.
En vol symétrique, la bille reste au milieu quelle que soit l'inclinaison, tant que le facteur de charge est positif. Les avions de voltige disposent d'une deuxième bille, inversée, pour le vol dos. En cas de dérapage, l'action du pilote sur le palonnier du côté de la bille permet de rétablir la symétrie.