Protection de l'enveloppe de vol - Flight envelope protection
La protection de l'enveloppe de vol est une extension d' interface homme-machine du système de contrôle d'un aéronef qui empêche le pilote d'un aéronef de donner des commandes de contrôle qui forceraient l'aéronef à dépasser ses limites de fonctionnement structurelles et aérodynamiques. Il est utilisé sous une forme dans toutes les activités commerciales modernes fly-by-wire avions. L'avantage déclaré des systèmes de protection de l'enveloppe de vol est qu'ils empêchent les commandes excessives d'un pilote, que ce soit en réaction surprise à des urgences ou autrement, de se traduire par des mouvements excessifs de la surface de contrôle de vol . En théorie, cela permet aux pilotes de réagir rapidement à une urgence tout en atténuant l'effet d'une entrée de commande excessive résultant d'un «sursaut», en limitant électroniquement les mouvements excessifs de la surface de contrôle qui pourraient surcharger la cellule et mettre en danger la sécurité de l'avion.
Dans la pratique, ces limitations ont parfois abouti à des erreurs involontaires liées aux facteurs humains et à des accidents propres.
Fonction
Les aéronefs ont une enveloppe de vol qui décrit ses limites de performance de sécurité en ce qui concerne des éléments tels que les vitesses d'exploitation minimale et maximale, et sa résistance structurelle opérationnelle. La protection de l'enveloppe de vol calcule cette enveloppe de vol (et ajoute une marge de sécurité) et utilise cette information pour empêcher les pilotes d'effectuer des commandes qui placeraient l'avion en dehors de cette enveloppe de vol. L'interférence du système de protection de l'enveloppe de vol avec les commandes du pilote peut se produire de deux manières différentes (qui peuvent également être combinées):
- Ignorer une partie ou la totalité d'une entrée de commande qui rapprocherait ou même en dehors de ses frontières opérationnelles l'état de vol d'un aéronef. Cette méthode est appliquée à la plupart des avions fly-by-wire contrôlés par une manette latérale avec commande de vitesse .
- Informer le pilote que la commande respective rapproche l'aéronef des frontières opérationnelles calculées; cette communication peut se faire par de simples alarmes ou par rétroaction tactile . Cette méthode est souvent appliquée dans les avions avec des commandes conventionnelles.
Par exemple, si le pilote utilise le manche arrière pour cabrer l'avion, les calculateurs de contrôle créant la protection de l'enveloppe de vol peuvent empêcher le pilote de tanguer l'avion au-delà de l' angle d'attaque de décrochage :
- Dans le premier cas, si le pilote essaie d'appliquer encore plus de commande vers l'arrière, la protection de l'enveloppe de vol amènerait l'aéronef à ignorer cette commande. La protection de l'enveloppe de vol peut de cette manière augmenter la sécurité de l'aéronef en permettant au pilote d'appliquer des forces de commande maximales en cas d'urgence tout en ne mettant pas par inadvertance l'aéronef en dehors de sa sécurité opérationnelle. Cela peut par exemple arrêter les accidents aériens lorsque cela permet à un pilote d'effectuer une manœuvre d'évitement rapide en réponse à un avertissement du système d' avertissement de proximité du sol , ou en réponse rapide à l'approche d'un aéronef et à une éventuelle collision en vol . Dans ce cas, sans système de protection de l’enveloppe de vol, «vous vous abstiendriez probablement de manœuvrer aussi fort que vous le pourriez de peur de perdre le contrôle, ou pire. Vous devrez vous faufiler dessus [2,5 G, la limite de conception] , et une fois arrivé là-bas, vous ne seriez pas en mesure de le dire, car très peu de pilotes commerciaux ont déjà piloté du 2.5 G. Mais dans l' A320 , vous n'auriez pas à hésiter: vous pouvez simplement claquer le contrôleur jusqu'au côté et sortez instantanément de là aussi vite que l'avion vous emmènera. " Ainsi, les constructeurs de l'Airbus soutiennent: "la protection de l'enveloppe ne contraint pas le pilote. Elle libère le pilote de l'incertitude - et améliore ainsi la sécurité".
- Dans le second cas, par exemple lors de l'utilisation d'un système de retour de force pour communiquer avec le pilote, si le pilote essaie d'appliquer encore plus de commande vers l'arrière, la protection de l'enveloppe de vol présenterait des contre -forces croissantes sur les commandes de sorte que le pilote doit appliquer des force afin de poursuivre l'entrée de commande perçue comme dangereuse par la protection de l'enveloppe de vol.
Alors que la plupart des concepteurs de modernes fly-by-wire avions bâton à l'une de ces deux solutions ( « sidestick contrôle et pas de commentaires » ou « contrôle classique et commentaires », voir également ci - dessous), il existe également des approches en sciences de combiner les deux Comme une étude l'a démontré, le retour de force appliqué au manche latéral d'un avion contrôlé via le taux de rôle et la charge g (comme par exemple un avion Airbus moderne) peut être utilisé pour augmenter l'adhérence à une enveloppe de vol de sauvegarde et ainsi réduire le risque que les pilotes entrent dans des états dangereux de vols en dehors des frontières opérationnelles tout en conservant l'autorité finale des pilotes et en augmentant leur conscience de la situation .
Airbus et Boeing
L' Airbus A320 a été le premier avion commercial à intégrer une protection complète de l'enveloppe de vol dans son logiciel de contrôle de vol. Cela a été initié par l'ancien vice-président senior d'Airbus pour l'ingénierie Bernard Ziegler . Dans l'Airbus, la protection de l'enveloppe de vol ne peut pas être complètement annulée, bien que l'équipage puisse voler au-delà des limites de l'enveloppe de vol en sélectionnant une autre «loi de contrôle». Boeing a adopté une approche différente avec le 777 en permettant à l'équipage de contourner les limites du domaine de vol en utilisant une force excessive sur les commandes de vol.
Incidents
Vol 006 de China Airlines
Une objection soulevée contre la protection de l'enveloppe de vol est l'incident qui est arrivé au vol 006 de China Airlines, un Boeing 747SP-09 , au nord-ouest de San Francisco en 1985. Lors de cet incident de vol, l'équipage a été contraint de surcharger (et d'endommager structurellement) la queue horizontale. surfaces afin de récupérer d'un roulis et d'une plongée presque verticale. (Cela avait été causé par une déconnexion automatique du pilote automatique et une mauvaise manipulation d'un lacet provoquée par l'extinction du moteur). Le pilote a repris le contrôle alors qu'il restait environ 10 000 pieds d'altitude (de sa croisière initiale à haute altitude). Pour ce faire, le pilote a dû tirer l'aéronef avec environ 5,5 G, soit plus du double de ses limites de conception. Si l'avion avait incorporé un système de protection de l'enveloppe de vol, cette manœuvre excessive n'aurait pas pu être effectuée, ce qui réduisait considérablement les chances de récupération.
Contre cette objection, Airbus a répondu qu’un A320 en situation de vol 006 "ne serait jamais tombé des airs en premier lieu: la protection de l’enveloppe l’aurait automatiquement maintenu en palier malgré la traînée d’un moteur calé ".
Vol 705 de FedEx
Le vol 705 de FedEx, en avril 1995, un McDonnell Douglas DC- 10-30, était le cas d'un ingénieur de vol FedEx qui, face à un licenciement, a tenté de détourner l'avion et de l'écraser sur le siège de FedEx afin que sa famille puisse récupérer son police d'assurance-vie. Après avoir été attaqué et gravement blessé, l'équipage de conduite a pu riposter et faire atterrir l'avion en toute sécurité. Afin de garder l'attaquant déséquilibré et hors du cockpit, l'équipage a dû effectuer des manœuvres extrêmes, y compris un tonneau et une plongée si rapide que l'avion ne pouvait pas mesurer sa vitesse .
Si l'équipage n'avait pas pu dépasser le domaine de vol de l'avion, l'équipage n'aurait peut-être pas réussi.
Vol 587 d'American Airlines
Le vol 587 d'American Airlines, un Airbus A300 , s'est écrasé en novembre 2001, lorsque le stabilisateur vertical s'est rompu en raison de sollicitations excessives du gouvernail par le pilote.
Un système de protection de l'enveloppe de vol aurait pu empêcher cet accident, même si l'on peut encore soutenir qu'un bouton de dérogation devrait être prévu pour les imprévus lorsque les pilotes sont conscients de la nécessité de dépasser les limites normales.
Vol US Airways 1549
Le vol 1549 d'US Airways, un Airbus A320 , a subi une panne de moteur double après un impact d'oiseau et a par la suite atterri en toute sécurité dans la rivière Hudson en janvier 2009. Le rapport d'accident du NTSB mentionne l'effet de la protection de l'enveloppe de vol: "La vitesse de l'avion au cours des 150 dernières années Les pieds de descente étaient suffisamment bas pour activer le mode de protection alpha des fonctions de protection d'enveloppe fly-by-wire de l'avion ... En raison de ces caractéristiques, l'avion ne pouvait pas atteindre l' angle d'attaque maximal (AoA) atteignable en tangage normal loi pour la masse et la configuration de l'avion; cependant, l'avion a fourni des performances maximales pour la masse et la configuration à ce moment-là ...
Les protections de l'enveloppe de vol permettaient au commandant de bord de tirer à fond sur le manche latéral sans risquer de caler l'avion. "
Vol Qantas 72
Qantas 72 a subi une descente inhabituelle en raison de données erronées provenant de l'un de ses ordinateurs ADIRU .
Vol 447 d'Air France
Le vol 447 d'Air France, un Airbus A330 , est entré dans un décrochage aérodynamique dont il ne s'est pas remis et s'est écrasé dans l'océan Atlantique en juin 2009, tuant tout le monde à bord. Une incohérence temporaire entre les vitesses mesurées, probablement en raison de l'obstruction des tubes de Pitot par des cristaux de glace, a provoqué la déconnexion et la reconfiguration du pilote automatique à la loi alternative; une deuxième conséquence de la reconfiguration en loi alternative était que la protection contre le décrochage ne fonctionnait plus.
L'équipage a fait des commandes inappropriées qui ont provoqué le décrochage de l'avion et n'ont pas reconnu que l'avion avait décroché.
MCAS sur le Boeing 737 MAX
En octobre 2018 et de nouveau en mars 2019, l'activation erronée du système de protection de vol MCAS a poussé deux Boeing 737 MAX à des plongées irrécupérables, tuant 346 personnes et entraînant l'échouement mondial de l'avion de ligne.