Commande de vol électrique

Les commandes de vol électriques sont une évolution des commandes de vol traditionnelles. En aviation, les commandes de vol sont les systèmes faisant le lien entre le pilote et les gouvernes aérodynamiques qui permettent de modifier la trajectoire de l'avion. L'ensemble est composé d'organes de pilotage (manche par exemple), d'actionneurs (vérins, hydrauliques ou électriques) pour actionner les gouvernes, et d'un système de transmission plus ou moins sophistiqué entre les organes de pilotage et les actionneurs.

Historique

Dans les premiers avions, et aujourd’hui encore sur les avions légers, les liaisons entre le manche, le palonnier et les gouvernes de direction et de profondeur étaient réalisées à l’aide de tringles ou de câbles et le pilote exerçait directement sa force sur les gouvernes.

Lorsque les avions sont devenus plus lourds les constructeurs ont ajouté des systèmes hydrauliques d’assistance permettant ainsi de démultiplier l'effort du pilote.

On distingue les commandes de vol primaires (profondeur, aileron, direction, aérofrein, vérin de plan horizontal) utilisées pendant tout le vol et les commandes de vols secondaires (becs et volets) utilisées pendant les phases d'atterrissage et de décollage.

Le tout premier avion à être équipé de commandes de vol électriques analogiques est un Avro Vulcan dans les années 1950. Le Concorde est le premier à exploiter cette technologie dans le domaine du transport commercial. Par la suite, les commandes numériques sont expérimentées sur un F-8C Crusader appelé F-8 Digital Fly-By-Wire le 25 mai 1972^[1]. En 1984 l'Airbus A320 devient le premier avion commercial dont les commandes sont entièrement contrôlées par un calculateur.

Technologie des commandes électriques

Les actionneurs hydrauliques sont, à puissance égale, plus lourds que les moteurs électriques (il faut inclure le poids du générateur de pression (compresseur) et le poids de la tuyauterie ou des fils transmettant la puissance) ; ils sont par contre plus rapides ce qui explique leur emploi encore très courant. On réduit actuellement (2006) la masse de la tuyauterie nécessaire en augmentant la pression du fluide et en utilisant des tuyauteries de plus faible diamètre.

Dans un premier temps les progrès accomplis sur les servovalves électro-hydrauliques ont permis le développement de commandes entièrement électriques. La fiabilité des systèmes autorisait aussi la suppression de la liaison mécanique pourtant perçue comme un élément important de la sécurité.

Dans un deuxième temps l’apparition de calculateurs numériques rapide a permis de modifier la tâche du pilote. Celui-ci ne détermine plus le mouvement des gouvernes pour en contrôler ensuite les effets grâce à ses instruments de bord mais détermine le mouvement de l'avion laissant au calculateur le soin de commander les mouvements de gouvernes nécessaires en fonction de l’altitude, de la vitesse, etc. Aucun effort physique n’étant plus nécessaire. Certains constructeurs ont pu alors remplacer le système traditionnel (manche et palonnier) par un simple mini-manche (Airbus A320, A330, A340, A380). Par ailleurs le calculateur peut interdire des mouvements de gouverne qui entraîneraient des risques pour la sécurité du vol.

Une commande de vol informatisée comprend des calculateurs redondants qui mettent en œuvre les lois de pilotage de l'avion, ainsi que des règles de sécurité limitant éventuellement les évolutions de l'avion à son enveloppe de vol, c'est-à-dire aux régimes et altitudes sûrs.

Il existe d'ailleurs des différences de philosophie à ce sujet entre les deux principaux avionneurs du marché :

• Boeing permet de transgresser ces limites par pression au-delà d'une butée :
• Airbus empêche toute évolution au-delà des limites de sécurité.

Chaque approche a ses détracteurs ainsi que ses défenseurs.

Équipement des avions

Les commandes de vols électriques sont apparues sur les avions civils avec le Concorde^[2] (commande de vol électronique analogique) et l'Airbus A320 (commande de vol informatisée complète), puis les autres avions Airbus. Boeing, plus récemment, les a introduites à partir du 777.

Les actionneurs sont à puissance hydraulique. Une innovation de l'Airbus A380 est que certains actionneurs sont à puissance électrique (Electrical Hydrostatic Actuators).

Sur les avions militaires, ce fut le Mirage IV qui a eu le premier des commandes de vols électriques au niveau de la dérive en 1964.

Les premiers a en être équipé en série entièrement furent les F-15 puis F-16 au début des années 1970, puis les Mirage 2000 en 1978.

La présence de commandes électriques pilotées par un calculateur permet de construire des avions normalement instables (l’avion ne revient pas à une position d’équilibre suite à une perturbation). La réduction des surfaces stabilisant l’avion sur sa trajectoire permet de réduire le poids de l’avion et sa signature radar mais a surtout pour conséquence l’amélioration considérable de la manœuvrabilité. L’avion pourra effectuer des manœuvres rapides en situation de combat aérien et tenter ainsi de sortir du domaine de tir d’un missile ennemi.

Notes et références

1. ↑ (en) « Past Projects - F-8 Digital Fly-By-Wire », sur le site de la NASA, nasa.gov.
2. ↑ « L'héritage de Concorde : une empreinte technologique toujours intacte », Air & Cosmos, n^o 2161, 27 février 2009.