Qualités de vol et performances

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1 Qualités de vol et performances David ROMAT Enquêteur de sécurité

2 Performances AERONEF SYSTEMES EXPLOITATION PERFORMANCE HUMAINE - Site / Epave - Enregistreurs de bord - Opérations des vols - Structure - Performances Aéronef - Météorologie - Moteurs - Systèmes embarqués - Navigation Aérienne - Maintenance - Survie 2

3 Performances A quel moment dans l enquête : FDR et CVR lus et synchronisés Déroulement du vol préliminaire effectué => première séquence d évènements disponible Et premières questions associées 3

4 Introduction Calculs de performances réalisés par le constructeur / supervision du bureau d enquête Ê Sortie de piste : CRJ 700 Ê Sortie de piste : A321 Ê Vol AF447 Calculs de performances réalisés par le bureau d enquête Ê Décrochage : ATR 42 Ê Givrage : ATR 72 Ê Synthèse Sortie de piste : GIV Sommaire 4

5 Introduction Définition possible : Calculer ou caractériser le comportement de l avion au sol ou en vol Ê Calculer les forces et/ou les moments auxquels l avion était soumis pour répondre à une question de l enquête Portance et trainée, portance latérale Poussée Réaction du sol, Ê Nécessite un modèle aérodynamique de l avion pour estimer ces forces/moments à partir des paramètres enregistrés ou recalculés 5

6 Introduction Objectifs : Apporter une réponse pour expliquer un ou plusieurs points de la séquence d évènements Ê quel était l état de la piste? Ê l avion pouvait-il s arreter avant l extrémité de piste? Ê Que se serait-il passé avec des actions différentes de l équipage? Ê Caractériser un givrage cellule Ê Caractériser un décrochage, des turbulences, 6

7 Introduction Rôle Bureau d enquête / Constructeur : Modèles avion/moteur nécessaire Ê Forces aéro Ê Poussée Données sensibles donc difficilement transmises Dans ce cas, role du bureau d enquête : Ê Définition du test plan Ê Validation de la méthodologie Ê Validation des résultats (avec leurs limites!) 7

8 Introduction Rôle Bureau d enquête / Constructeur : Lorsque le modèle avion est disponible Ê Le bureau d enquête peut réaliser des calculs de manière autonome Ê Moyens humains et matériels nécessaires importants Ê Le bureau d enquête n est pas autonome pour valider les résultats Ê Relation indispensable avec le constructeur et les bureaux d enquête concernés 8

9 Introduction Outils utilisés / Données nécessaires: Ê Personnel spécialisé Ê Matlab / Simulink Ê Données aérodynamiques (data package) du constructeur: Coefficients de force et de moment, effet de sol Données tabulées issues des essais en vol Ê Données de propulsion Ê Données de modélisation de train d atterrissage 9

10 Exemple : CRJ 700 Evènement CRJ 700 Britair F-GRZE Lorient (2012) : Ê CRJ700 en approche ILS à Lorient Ê Vent 17kt rafale à 26kt, visibilité 2000 à 3000 m Ê Piste indiquée par ATC mouillée avec des flaques d eau et aquaplanning reporté par les avions précédents Ê Approche stabilisée à 1000 ft Ê AP déconnecté à 400 ft, avion sur le plan de descente jusqu au seuil Ê Toucher long, 1100 m du seuil Ê Sortie de piste longitudinale Ê Evacuation d urgence 10

11 Exemple : CRJ

12 Exemples au sol : CRJ 700 Calcul de trajectoire (voir module 3.17.a) 12

13 Exemples au sol : CRJ 700 Calcul de trajectoire (voir module 3.17.a) 13

14 Exemples au sol : CRJ 700 Quel était l état de piste? Ê Aucun paramètre de freinage enregistré dans le FDR Ê Hypothèse de freinage max retenue (témoignage pilotes) Ê Décélérations calculées par le constructeur pour plusieurs états de piste avec le modèle avion utilisé pour produire les données AFM Ê Conditions spécifiées par le BEA : Masse 28.5 t Configuration Becs sortis et volets 30 Ground spoilers Déployés au toucher Reverses Max Rev appliqué au toucher 14

15 Exemples au sol : CRJ 700 Résultats : Ê Décélération moyenne enregistrée entre le toucher des roues et la fin de piste (seuil opposé) : 0,22 g Conclusion : si l équipage a appliqué un freinage max, résultats du modèle avion cohérents avec piste contaminée par de l eau Pas de conclusion définitive dans le rapport 15

16 Exemples au sol : CRJ 700 L avion pouvait-il s arrêter avant la fin de piste depuis son point de toucher? Ê Distance de roulement calculées par le constructeur dans les conditions spécifiées par le BEA : Ê Distance restante au toucher : 1100 m Ê Conclusion : sur piste contaminée, la longueur de piste restante ne permettait pas un arrêt complet de l avion Attention : pas de conclusion définitive car l état de piste n est pas connu avec certitude 16

17 Exemples au sol : CRJ 700 L avion pouvait-il s arrêter avant la fin de piste depuis son point de toucher? Ê Distance de roulement calculées par le constructeur dans les conditions spécifiées par le BEA : Ê Distance restante au toucher : 1100 m Ê Conclusion : sur piste contaminée, la longueur de piste restante ne permettait pas un arrêt complet de l avion Attention : pas de conclusion définitive car l état de piste n est pas connu avec certitude 17

18 Exemples au sol : CRJ 700 L avion pouvait-il atterrir sur la piste? Ê Comparaison des distances d atterrisages (calcul constructeur) / longueur de piste disponible 18

19 Exemples au sol : CRJ 700 Bilan : Ê Cas ou le bureau d enquête est donneur d ordre uniquement Ê Le type de travaux dépend des paramètres disponibles Ê La relation bureau d enquête / constructeur influe aussi sur les travaux réalisés (réactivité, eloignement géographique, priorité accordée à l enquête) Ê L ACC REP du pays constructeur peut être un relai Ê Les calculs de performances n apportent pas forcément une réponse définitive accepter les limites d interprétation attention au piège de la sur-conclusion 19

20 Exemples au sol : A 321 A321 Air Mediterranée F-GYAJ 2009 à Paris - CDG : Ê Vol Dakar CDG, le 8 fevrier 2009 Ê Approche ILS 26L Ê Annonce du CDB qu il neige durant l approche Ê AP et ATHR engagés jusqu à 240 ft puis déconnexion PA Ê Autobrake réglé sur MED Ê Passage au dessus du plan à 140 ft Ê Toucher à 1050m du seuil Ê Spoilers déployés, freinage automatique, IDLE REV Ê MAX REV à 400 m du bout de piste Ê Sortie de piste à 41 kt 20

21 Exemples au sol : A

22 Exemples au sol : A 321 A321 Air Mediterranée F-GYAJ 2009 à Paris - CDG : 22

23 Exemples au sol : A 321 Avion plus complexe que le CRJ Davantage de paramètres enregistrés : Ê Position des pédales de frein Ê Vitesses de roue Ê Mode d AUTOBRAKE Davantage de travaux possibles par le bureau d enquête et par le constructeur 23

24 Etude du freinage : Ê Réalisable par le bureau d enquête par l analyse des paramètres enregistrés Ê Ê Ê Ê Exemples au sol : A 321 Cible de décélération de l AUTOBRAKE en mode MED : 0,3g (FCOM) Comparaison avec le nx enregistré : valeur jamais atteinte lors du freinage Antiskid en fonctionnement (vitesses de roues enregistrées) Lors du freinage manuel, variations de la décélération cohérentes avec l action sur les pédales de freins 24

25 Cible de décélération non atteinte et antiskid en fonctionnement => quel était l état de piste? Ê Les contributions au freinage de l avion : action des freins trainée Poussée (reverse) pente de la piste frottements sur le train avant Exemples au sol : A 321 Ê Travaux constructeur en lien avec le BEA : estimation des différentes contributions lors de l évènement grâce au modèle avion 25

26 Quel était l état de piste? Exemples au sol : A

27 Quel était l état de piste? Ê Comparaison du coefficient de freinage avion par rapport aux valeurs types fournies dans les specifications de certification (AMC ) pour différents types de contaminants (eau, neige sous différentes formes, glace) Ê Résultats : Exemples au sol : A 321 Piste contaminée par un contaminant similaire à de la neige fondante jusqu à 1000 m de l extrémité de piste Entre 1000 et 400 m de l extrémité de piste : contaminant dont les effets sont compris entre ceux de la neige fondante et ceux de la glace Ê Limites d interprétation : influence du braquage dérive et du dérapage sur la décélération non pris en compte 27

28 Exemples au sol : A 321 Scenarios supplémentaires Ê Définition des scénarios : BEA/Constructeur Ê Réalisation des calculs : constructeur Ê Validation et interprétation des résultats : BEA/Constructeur Ê Scenario 1 : AUTOBRAKE sur MED (pas de freinage manuel) : Sortie de piste à 28 kt au lieu de 42 kt Ê Scenario 2 : AUTOBRAKE MED et MAX REV (au lieu de IDLE REV) : Immobilisation de l avion 10m avant l extrémité de piste 28

29 Bilan : Ê Plus de paramètres enregistrés Exemples au sol : A 321 Ê Analyse préliminaire du freinage possible par le bureau d enquête à partir de la documentation et des paramètres Ê Estimation de l état de piste et scenarios supplémentaires par le constructeur Ê Le bureau d enquête suit l ensemble des travaux, apporte un oeil critique sur la méthodologie et les limites d interprétations Ê D où l influence de la relation Bureau d enquête/constructeur 29

30 Exemples en vol : AF447 Quelques rappels sur l évènement : Ê Avion en croisière de nuit, PA ON, FL 350, M0.8 en évitement météo Ê Obstruction des sondes pitots vraisemblablement par des cristaux de glace Ê Déconnexion du PA et de l ATHR Ê Augmentation de l altitude et de l incidence de l avion Ê Alarme de décrochage Ê Décrochage 30

31 Exemples en vol : AF447 Principe de fonctionnement des commandes de vol electriques sur A330 : Source : airbus 31

32 Exemples en vol : AF447 Calculs effectués : Ê Recalcul du vent 3D Facteurs de charge enregistrés Vsol Paramètres anémo enregistrés ou calculés (CAS, M, Al@tude, Incidence, ) Vair Vent = Vsol - Vair Ê Identification de la turbulence sur les 3 axes 32

33 Exemples en vol : AF447 Calculs effectués : Ê Simulation des mouvements avion Entrées Simula@on Sor@es 33

34 Exemples en vol : AF447 Simulation des mouvements avion : Ê Sans vent en entrée : estimer la part des mouvements avion subie et la part pilotée Ê Avec vent recalculé en entrée : vérifier la cohérence avec l évènement simuler des scenarios utiles pour l enquête sans input au manche mi-manche à piquer 1s après l alarme de décrochage 34

35 Exemple de résultats Exemples en vol : AF447 35

36 Calculs réalisés par le bureau d enquête ATR72, UTAir, Tyumen (Russie), 02/04/2012 Ê Accident au décollage, premier vol du matin Ê Durant la nuit, précipitations de pluie et neige, température extérieure voisine de 0 C Ê Visite prévol rapide Ê Pas d opération de dégivrage de l avion avant le premier vol Ê En montée initiale à 700 ft, rétraction des volets et départ en roulis sur la droite, contré par l équipage Ê Puis roulis sur la gauche et impact avec le sol Ê Traces de contamination du plan horizontal sur l épave 36

37 Calculs réalisés par le bureau d enquête ATR72, UTAir, Tyumen (Russie), 02/04/2012 Ê Mise en évidence de la contamination par les calculs de portance et de trainée réalisés par ATR Ê Vérification des calculs d ATR par le BEA sur la base des données aérodynamiques partielles (Cz, Cx) fournis au BEA par ATR 37

38 Calculs réalisés par le bureau d enquête ATR42, Empire Airlines, Lubbock (Texas, USA), 27/01/2009 Ê Accident au cours de l approche Ê Vol en conditions givrantes, contamination de la voilure Ê Sortie de volets asymétrique, compensée par le PA Ê Réduction de puissance et diminution de vitesse Ê Deconnection du PA (1000 ft sol) et poursuite de l approche Ê Plusieurs activations du stick shaker, alarme GPWS «pull up, pull up», poursuite de l approche Ê 9s avant l impact, ressource commandée par l équipage, stick shaker, SW et perte de contrôle jusqu au sol 38

39 Calculs réalisés par le bureau d enquête ATR42, Empire Airlines, Lubbock (Texas, USA), 27/01/2009 Ê Etude perfo initiale : identification d une incidence de décrochage inférieure à l attendu Ê Données aérodynamiques partielles (Cz, Cx) fournis au BEA par ATR Ê Recalcul du Cz à partir des données fournies Ê Démonstration par ATR et le BEA de l incidence de décrochage réelle de la voilure au cours de l évènement 39

40 Exemples au sol : GIV G-IV, UJA, Le Castellet (France), 13/07/2012 Ê Accident à l atterrissage, sortie latérale de piste à gauche Ê Peu de paramètres enregistrés : steering non enregistré palonniers enregistrés à droite Ê Comment expliquer la déviation latérale à gauche wheel barrowing? quelles charges a subi le train avant quelles orientations de la roulette de nez sont compatibles avec la trajectoire? 40

41 Exemples au sol : GIV G-IV, UJA, Le Castellet (France), 13/07/2012 Ê Données aérodynamiques partielles (coefficients force et moment) fournies au BEA par Gulfstream Ê Calculs de distance de roulage, de répartition de charges entre les trains avant et principaux Ê Simulation de la trajectoire latérale en fonction de différentes orientations des roues du train avant Ê Calculs réalisés par Gulfstream, le NTSB et le BEA pour comparaison et validation des résultats Ê Appui de DGA/EV (Essais en vol) : validation du modèle BEA concu à partir des données fournies par Gulfsream 41

42 Synthèse Le calcul de performance permet de répondre à des questions essentielles pour l orientation de l enquête Le bureau d enquête : Ê Ê Ê a un rôle de maitrise d ouvrage valide la méthode doit savoir utiliser les résultats dans leur domaine de validité Si il a les moyens humains et techniques, et des données aéro du constructeur, il peut réaliser certains calculs en interne Dans certains cas, il est possible d aller chez le constructeur et de travailler avec ses modèles aéro Les résultats doivent être partagés et validés par l équipe d enquête 42

43 Mémo Exemples de calculs qui peuvent etre demandés à un constructeur Ê Sortie de piste : décélérations (nx) attendues d après le modèle avion en fonction de différents états de piste et comparaison avec les valeurs enregistrées coefficient de freinage avion et comparaison avec les valeurs de référence (constructeur ou certification) distance d arrêt depuis le point de toucher en fonction de différents scenarios (états de piste, actions equipage, vitesse de toucher, ) 43

44 Exemples de calculs qui peuvent etre demandés à un constructeur Ê Perte de contrôle en vol : Calcul du vent 3D Mémo Simulation de la réponse avion sans vent Simulation de la réponse avion avec des actions pilotes différentes Ê Givrage : Calcul des coefficients aérodynamiques (Cx, Cz) et comparaison avec le modèle avion 44

45 Merci de votre attention