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Loi de commande de vol

Une loi de commande de vol est un algorithme informatique qui transforme le mouvement du manche ou du sidestick, effectué par un pilote d'aéronef, en mouvements des gouvernes, compte-tenu du mode d'activité de l'ordinateur de vol. Dans les aéronefs dont le système de commande de vol est un système de commande de vol électrique, les mouvements que le pilote effectue sur le manche ou le sidestick dans le cockpit, pour contrôler l'appareil, sont convertis en signaux électroniques, qui sont transmis aux ordinateurs de commande de vol qui déterminent les actions requises pour le résultat escompté[1] - [2] - [3] - [4].

Une réduction des capacités des commandes de vol électroniques peut être causée par la défaillance d'un dispositif de calcul, tel que l'ordinateur de commandes de vol ou de dispositifs fournissant des informations, tel que l'unité de référence inertielle des données aérodynamiques (ADIRU)[5].

Les systèmes de commandes de vol électroniques (EFCS) fournissent également des fonctionnalités supplémentaires, comme une protection accrue de l'avion contre des dépassements de facteur de charge ou comme l'amortissement du lacet pour rendre le vol plus confortable.

Les deux principaux avionneurs, Airbus et Boeing, produisent des avions de transport de passagers avec des ordinateurs de vol qui peuvent fonctionner sous différentes lois de vol. Les plus connues sont les lois normale, alternate, directe et le mechanical back-up que l'on retrouve sur les Airbus produits à compter de l'Airbus A320[3].

Le système fly-by-wire de Boeing est utilisé dans les Boeing 777, Boeing 787 Dreamliner et Boeing 747-8[4] - [6].

Ces commandes de vol électroniques ont pour avantage d'augmenter la sécurité et les performances tout en réduisant le poids de l'appareil. Ces systèmes électroniques sont plus légers que les anciens systèmes mécaniques et peuvent également protéger l'avion des situations de dépassement du facteur de charge, permettant aux concepteurs de retirer certains composants, ce qui réduit davantage le poids de l'avion.

Lois sur les commandes de vol (Airbus)

Les conceptions d'avions Airbus après l'A300/A310 sont presque entièrement contrôlées par des équipements fly-by-wire. Ces appareils plus récents, dont les A320, A330, A340, A350 et A380, fonctionnent conformément aux lois sur les commandes de vol d'Airbus. Les commandes de vol de l'Airbus A320, par exemple, sont toutes contrôlées électroniquement et activées hydrauliquement. Certaines surfaces, la dérive et le plan horizontal réglable, peuvent également être contrôlées mécaniquement. En vol normal, les calculateurs agissent pour éviter des efforts excessifs en tangage et en roulis.

L'Airbus A320 est contrôlé par sept ordinateurs de vol :

  • 2 ELAC (Elevator Aileron Computer),
  • 3 SEC (Spoilers Elevator Computer),
  • 2 FAC (Flight Augmentation Computer)[7].

De plus, il existe deux ordinateurs, les FCDC (Flight Control Data Concentrators) qui récupèrent les données des ELAC et des SEC afin de les communiquer aux instruments électroniques et au CFDS (Centralized Fault Display System). Ces ordinateurs reçoivent des données en provenance des ADIRU (Air Data Inertial Reference Unit) qui servent de références de données aérodynamiques et de références inertielles, et également des données provenant des radioaltimètres, accéléromètres, et ordinateurs de bord. Celles-ci sont introduites avec les données GPS dans trois unités de traitement redondantes appelées unités de référence inertielle de données aérodynamiques (ADIRU) qui agissent à la fois comme référence de données aérodynamiques et référence inertielle. Les ADIRU font partie du système de référence inertiel des données aérodynamiques qui, sur Airbus A320, sont reliées à huit Air Data Module : trois sont reliés à des tubes de Pitot et cinq sont reliés à des sources statiques (les deux prises statiques de secours sont reliées à un seul ADM. Les informations de ces ordinateurs sont envoyées à la fois à l'écran de vol principal du pilote et également aux gouvernes[7].

Il existe quatre lois de commandes de vol nommées, mais la loi alternate comporte deux niveaux: la loi alternate avec protections réduites et la loi alternate sans protections réduites. Ces lois se décomposent en différents modes: mode sol (ground mode), mode vol (flight mode) et mode arrondi (flare mode). À ces lois, s'ajoutent une redondance mécanique: le mechanical backup[7].

Loi normale

La loi normale diffère selon le stade de vol:

  • Le mode sol (ground mode) une fois que l'assiette de l'appareil dépasse 8°,
  • Le mode vol (flight mode) s'active alors et reste actif jusqu'à une seconde après que l'avion franchit une hauteur de 50 pieds à l'atterrissage,
  • Le mode arrondi (flare mode) est alors déclenché et est remplacé par le mode sol 10 secondes après que l'avion soit au sol.

Une période de transition de cinq secondes existe cependant entre le passage du mode sol et du mode vol. La transition entre le mode vol et le mode arrondi prend quant à lui une seconde[7].

Ground mode

L'avion se comporte comme en loi directe: la fonction d'autotrim est désactivée et il y a une réponse directe des gouvernes de profondeur aux commandes du mini-manche. Le stabilisateur horizontal est réglé à 0°, mais les réglages manuels (par exemple pour le centre de gravité) annulent ce réglage. Une fois que les roues ont quitté le sol, une transition de cinq secondes précède le mode sol.

Flight mode

Le mode de vol de la loi normale offre cinq types de protection : assiette, limitation du facteur de charge, survitesse, angle d'incidence élevé et angle d'inclinaison. Le mode vol est opérationnel dès le décollage, jusqu'à peu de temps avant l'atterrissage de l'avion, à 50 pieds au-dessus du sol. Il peut être perdu prématurément à la suite de l'extinction ou de pannes de certains systèmes laissant place à la loi alternate ou la loi normale.

Contrairement aux commandes classiques, en loi normale le mouvement vertical du manche latéral correspond à un facteur de charge proportionnel à la déflexion du manche. Lorsque le manche est au neutre et que le facteur de charge est de 1g, l'avion reste en palier sans que le pilote ne modifie le trim de profondeur. Le mouvement horizontal du manche latéral commande un taux de roulis et l'avion maintient un angle de tangage approprié une fois qu'un virage a été établi, jusqu'à 33 ° d'inclinaison. Le système empêche toute compensation supplémentaire lorsque l' angle d'attaque est excessif, que le facteur de charge dépasse 1,3 g ou lorsque l'angle d'inclinaison dépasse 33°.

La protection Alpha (α-Prot) empêche le décrochage et protège contre les effets du cisaillement du vent. La protection s'enclenche lorsque l'incidence est comprise entre α-Prot et α-Max et limite l'incidence commandée par le manche du pilote ou, si le pilote automatique est engagé, elle désengage le pilote automatique.

La protection haute vitesse récupère automatiquement d'une survitesse. Il existe deux limitations de vitesse pour les aéronefs à haute altitude, VMO (vitesse opérationnelle maximale) et MMO (Mach opérationnel maximal) les deux vitesses sont les mêmes à environ 31 000 pieds, en dessous de laquelle la survitesse est déterminée par VMO et au-dessus de laquelle par MMO[7].

Flare mode

Ce mode est automatiquement activé lorsque le radioaltimètre indique une hauteur de 50 pieds. A 30 pieds, l'avion incline légèrement le nez vers le bas afin que le pilote réalise un arrondi similaire à celui d'un avion conventionnel. Lors de l'arrondi, la loi normale offre une protection contre les grands angles d'attaque et la protection contre les angles d'inclinaison. Le facteur de charge peut être compris entre 2,5 g et -1 g en configuration lisse, ou entre 2,0 g et 0 g dans les autres configurations. L'assiette est limitée de −15° à +30°, et la limite supérieure est encore réduite à +25° lorsque l'avion ralentit. En configuration FULL, ces limites passent respectivement à +25° et +20°[7].

Loi alternate

Il existe quatre modes de reconfiguration: la loi alternate avec protections réduites, la loi alternate sans protections réduites, la loi directe et le mechanical backup. Les modes ground et flare pour la loi alternate sont identiques à ceux de la loi normale .

La loi alternate avec protections réduites combine un mode latéral de loi directe et un contrôle de l'assiette par facteur de charge comme en loi normale. Cependant, les autres protections liées à la survitesse, l'angle d'incidence, l'assiette sont perdues. Les protections de survitesse et d'angle d'incidence élevé sont remplacées par des stabilités: les ordinateurs donneront de légères commandes censées éviter que l'avion rentre dans l'une de ces situations. Le pilote peut outrepasser les commandes de l'ordinateur en utilisant son sidestick. L'avion peut alors décrocher.

La loi alternate sans protections réduites est similaire à celle avec protections réduites sauf qu'une fonction de stabilité n'est introduite.

Loi directe

La loi directe introduit une relation directe entre le manche et les gouvernes: le mouvement des gouvernes est directement lié au mouvement du manche latéral et du palonnier[3]. Le stabilisateur horizontal réglable ne peut être contrôlé que par la roue de trim. Toutes les protections sont perdues, et le braquage maximum des gouvernes de profondeur est limité pour chaque configuration en fonction du centre de gravité actuel de l'avion. Cela vise à créer un compromis entre un contrôle de tangage adéquat avec un centre de gravité avant et un contrôle pas trop sensible avec un centrage arrière[7].

La loi directe est déclenchée par une une panne de trois unités de référence inertielle (IR), lorsque le train d'atterrissage est sorti alors que l'avion était en loi alternate ou présente une panne des deux radioaltimètres[7].

Commande mécanique

En mode de secours, mechanical backup, le tangage est contrôlé par le système de compensation mécanique et la direction latérale est contrôlée par les pédales de direction actionnant mécaniquement la gouverne de direction[3].

Les références

  1. « Flight Control Laws », SKYbrary Aviation Safety (consulté le )
  2. « Flight control part 3 », Bjorn's corner
  3. « Crossing the Skies » Fly-by-wire and Airbus Laws » [archive du ], crossingtheskies.com
  4. « The Boeing 777 » [ppt], by Saurabh Chheda
  5. « Skybrary: Flight Control Laws »
  6. « Avionics Magazine :: Boeing 787: Integration's Next Step »
  7. (en) Airbus, Flight Crew Operating Manual A318/A319/A320/A321

Modèle:Flight instrumentsModèle:Aircraft components

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