Air Safety Week     ( traduction en français)

 

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Des changements de logiciel effectués pour aider à prévenir les ennuis à l’atterrissage

Un accident en date du 7 février 2001 d’un A320 d’IBERIA à Bilbao en Espagne a conduit le constructeur Airbus Industrie à développer une modification de son logiciel de commandes de vol. Elle devrait empêcher la loi de protection interne de l’avion contre le décrochage d’être activée par un grand taux de variation de l’angle d’incidence.

Le changement de logiciel a pour but d’aider les pilotes à atterrir en sécurité dans des conditions de vent fort avec rafales, telles que dans le cas de cet accident.

Il a été largement rapporté dans d’autres medias qu’Airbus  avait augmenté la valeur permise de l’angle d’incidence  (angle of attack - AOA) que les pilotes pouvaient utiliser dans leur avion A320/319 aux commandes de vol contrôlées par ordinateurs. Ce n’est pas le cas. Au contraire, cette modification reprend les valeurs de seuil d’angle d’incidence de protection du décrochage, qui étaient celles de la certification initiale de 1988.

Jusqu’à ce que ce changement de logiciel soit mis en oeuvre sur la flotte, Airbus a recommandé aux opérateurs d’A319 et d’A320 de maintenir une vitesse plus élevée lors d’atterrissage dans des conditions  de cisaillement de vent  avec rafales et de limiter les volets hypersustentateurs et becs de bord d’attaque à la Configuration 3. Dans cette configuration, un cran avant le déploiement complet des becs et des volets, les becs sont à 22° et les volets à 20°.  Cette recommandation s’applique à la flotte mondiale d’A319/320, composée de quelques 1270 avions.

En relation avec cette action, la DGAC française  (Direction Générale de l'Aviation Civile) a émis une directive de navigabilité (airworthiness directive-AD) dès le début avril demandant aux opérateurs d’A319/320 de voler au moins 10 kts plus vite et d’utiliser seulement la configuration "CONFIG 3" pendant les approches avec des rafales de vent supérieures à 10 kt ou quand  des turbulences modérées ou sévères sont prévues en courte finale. L’AD exige aussi une remise de gaz immédiate si l’alerte GPWS  "Sink rate" se déclenche au dessous de 200ft. L’Administration de l’Aviation Civile américaine (U.S. Federal Aviation Administration FAA) a publié une directive comparable sous la référence  AD-200l- 08-26, avec date d’effet au 11 mai. Ceci n’étant qu’une partie de la modification provisoire. Les Ads françaises et US seront aussi modifiées pour permettre les atterrissages automatiques sans restriction sur le braquage des volets dans les mêmes conditions environnementales.

Le changement de logiciel d’Airbus concerne la protection en incidence  "alpha protection" définie dans le système de commandes de vol par ordinateur de l’avion pour empêcher d’atteindre des angles d’incidence excessifs. Cette protection en incidence, conçue pour empêcher tout décrochage de l’avion, est un des joyaux de la couronne que constitue le système de commandes de vol d’Airbus.

Depuis l’arrivée de l’A320 à commandes de vol électroniques en 1988, les officiels d’Airbus ont mis en avant la marge de sécurité additionnelle fournie par le système de protection d’angle d’incidence  (alpha protection). En approchant les conditions de vol proches du décrochage, la protection en incidence limite les quantités d’ordre à cabrer qui peuvent être demandés, prévenant de ce fait d’atteindre un angle d’incidence trop élevé (high AOA) et si la situation se détériorait plus avant vers le décrochage, cette protection appliquerait aussi la poussée de décollage (take-off go-around thrust -TOGA).

Dans le cas d’IBERIA, deux facteurs du système de protection en incidence sont mis en oeuvre.

L’un est l’angle d’incidence (AOA). La loi de pilotage programmée dans les ordinateurs ne permettra pas à l’avion de dépasser un angle d’incidence prédéterminé, fonction du poids de l’avion et de sa configuration.

L’autre facteur est le taux auquel l’angle d’incidence peut varier avant d’atteindre la limite de protection. La protection en incidence est activée par deux conditions combinées: un seuil d’angle d’incidence et un taux de variation de l’angle d’incidence. Pour changer l’effet des variations dynamiques du vent près du sol, Airbus prépare une modification du logiciel qui éliminerait le taux de changement d’assiette longitudinale en temps que facteur de contrôle de la protection en incidence. En langage vulgaire, avec la suppression du taux de variation de l’angle d’incidence, la modification ramènerait à un standard antérieur dans lequel le taux de variation d’assiette n’était pas pris en compte par le système de protection en incidence (la limitation du taux de variation de l’assiette longitudinale fut installée au vu des résultats des essais en vol après 1988). Le changement de logiciel, contrairement à certains rapports, ne modifie pas l’angle d’incidence autorisé. Cependant, les officiels d’Airbus ont dit que ce changement était directement lié à l’accident de Bilbao. En conséquence, les pilotes auront une plus grande latitude pour contrôler les taux de variation de l’assiette, ce qui devrait les aider à mieux faire face aux effets des cisaillements de vents lors de l’atterrissage.

Circonstances de l’accident

Lors d’un vol de nuit, de Barcelone à Bilbao, les pilotes d’IBERIA  VOL 1456 avaient prévu de poser leur A320 avec 136 passagers et 7 membres d’équipage sur la piste 30 de l’aéroport Sondica  à Bilbao. Ce vol étant un vol d’instruction, il y avait trois pilotes dans le cockpit.

Pendant l’approche finale ILS, l’avion a rencontré de fortes turbulences à environ 200ft (60m) au-dessus du sol (AGL). Avec des rafales atteignant 105 Km/h, le vent était beaucoup plus fort que les 15 Km/h du 240° avec turbulence légère signalés à l’équipage. L’avion a subi un courant ascendant de 1.25G, puis, en dessous de 150ft (45m) un puissant courant descendant. Le copilote qui était aux commandes (PF) a alors tiré sur son minimanche pour arrêter le taux de chute. Le courant descendant fut alors suivi par une rafale de vent arrière alors que l’avion était seulement à 70ft (20m) au dessus du sol.

Les changements importants et soudains de direction et de force du vent sont les symptômes classiques des cisaillements de vent (windshear). L’aéroport n’est pas équipé d’instruments de détection des cisaillements de vent, bien que des pilotes espagnols en aient réclamé l’installation. L’équipage d’IBERIA n’a pas été prévenu par le contrôle local que trois avions avaient essayé de se poser à Bilbao, sans succès, et qu’ils avaient dérouté vers d’autres aéroports. Certaines sources clament que les conditions sur cet aéroport ont contribué à deux autres accidents dus à la météo durant les 15 jours et à 3 autres accidents dans les cinq mois précédent.

Lorsque le Système d’Alerte de proximité du sol (Ground Proximity Warning System GPWS) alerta l’équipage par une annonce sonore "Sink rate" (taux de chute), le commandant de bord ordonna une remise de gaz tout en tirant son minimanche vers l’arrière – sans utiliser son bouton de priorité sur les commandes.

Protections activées

La combinaison des effets des cisaillements de vent et des actions de l’équipage a créé une situation qui a active le système de protection en incidence de l’avion. Lorsque les pilotes ont appliqué la poussée de décollage/remise de gaz, avec les deux minimanches tirés vers l’arrière, la loi de protection en incidence a réduit l’ordre à cabrer transmis à la gouverne de profondeur. Au lieu de remettre les gaz, l’avion heurta violemment la piste avec une vitesse verticale, selon les officiels d’Airbus de 1200ft/mn (6m/s). Normalement, le taux de descente en approche finale est de l’ordre de 5 à 600ft/mn pour diminuer, en fonction de l’habileté du pilote, au moment de l’arrondi à 50-120 ft/mn. Les 1200 ft/mn de taux de descente, correspondent à 20 pieds par seconde, légèrement moins que l’exigence de certification de 21,3 pieds par seconde.

Pendant cet atterrissage à Bilbao, le train principal et la roulette de nez ont heurté la piste quasi simultanément, la roulette de nez s’effaçant sous la force de l’impact (un rapport non confirmé affirme que l’avion avait rebondi et que la roulette s’était efface au second impact). L’avion a continué sa trajectoire sur la piste pendant 100 mètres avant de s’arrêter. Pendant l’évacuation qui s’est ensuivie, quelques membres d’équipage et quatre passagers ont été légèrement blessés. Une femme de 75 ans a été ensuite hospitalisée. L’avion âgé seulement de 6 mois a subi des dommages importants au niveau des nacelles réacteurs et des structures des ailes. Certaines sources déclarent une perte totale.

L’enquête sur l’accident est menée par la commission espagnole CIAI (Comision de Investigacion de Accidents e Incidentes). Cette commission pourrait avoir à trancher dans cette affaire. On ne peut pas trouver deux descriptions publiées du déroulement de  la séquence finale qui soient en agrément.

Ainsi que le faisait remarquer un pilote vétéran d’320 : « Il y a un tas de choses à dire ».

En considérant disait-il que :

-          il y a des cisaillements de vent

-          l’avion est en dessous de 50ft

-          l’avion est en mode de loi d’arrondi

-          la remise de gaz (TOGA) a été commandée

-          les deux minimanches sont tirés en arrière sans utiliser les boutons de priorité

Ainsi qu’il a dénommé ce sujet de façon imagée en utilisant la métaphore de la “corde” pour décrire le système de commandes de vol électroniques de l’avion : “dans l’accident de Bilbao, il y avait cinq gars tirant sur la corde”.

“Respectez strictement” ces procédures

Extraits d’Airbus Industrie Opérations Engineering Bulletin (OEB) No. 146/1

Raison de cette publication: un utilisateur d’A320 a rencontré un cas d’activation intempestive de la protection en incidence pendant l’arrondi de l’atterrissage.

Analyse:

La loi de protection en incidence peut être activée à partir de valeurs d’angle d’incidence plus faibles que celle du seuil prédéfini du fait d’un terme en avance de phase introduit dans les ELAC (ordinateur commandant les ailerons et la profondeur) L80. Cette avance de phase est uniquement activée par les signaux envoyés par le minimanche.

La combinaison de gradients de vent spécifiques/courants ascendants et d’impulsions du pilote a entraîné la mise en oeuvre de la protection d’incidence, qui a empêché l’arrondi normal à l’atterrissage.

Note: Pendant de longues séances au simulateur, dans lesquels étaient reproduites les simulations de gradients de vent spécifiques/courants ascendants, il a été difficile de reproduire l’évènement , jusqu’à ce que des impulsions spécifiques  du minimanche soient réalisées  dans une séquence donnée et dans une chronologie spécifique. (ASW note: Tout cela  veut dire que dans certaine conditions spécifiques de rafales de vent, la protection d’incidence pouvait restreindre les ordres à cabrer donnés à la profondeur.)

Procédures:

Pour des approches vers des pistes:

Où des conditions de rafales de vent, plus spécialement si ces conditions entraînent des rafales verticales du fait du relief autour du terrain,

Ou,

Lorsque la valeur de la rafale (vitesse du vent max moins force moyenne) est supérieure à 10kt.

Ou,

Lorsque des turbulences modérées à fortes sont prévues en courte finale,

L’équipage doit suivre strictement les procédures suivantes:

- Utiliser la  CONF 3 pour les approches et l’atterrissage.

- Minimum V APP (vitesse d’approche) est VLS (plus faible vitesse sélectable en configuration 3) + 10 kt. La recommandation d’utiliser le mode - managed speed*- reste valable

*(Vitesse calculée par l’ordinateur et maintenue par l’autopoussée).

- Corriger la distance d’atterrissage pour l’augmentation de la vitesse d’approche (ASW note: Une augmentation de la distance d’atterrissage de 20% peut limiter le choix d’aéroports dont les pistes sont trop courtes.)

- Si l’alarme du GPWS "SINK RATE" retentit en dessous de  200 ft., effectuer immédiatement une remise de gaz.

Source: Airbus

 

Explication des changements

Réponse d’Airbus Industrie aux questions appropriées:

ASW: Qu’est ce qui a été changé?

Airbus: Telle qu’actuellement effective, la logique qui active la protection en incidence est basée sur deux facteurs: L’angle d’incidence (Alpha), et le taux de variation de  cet angle. Ce dernier terme a été ajouté récemment à la logique (il y a deux ans) en tant que partie d’une amélioration du comportement de l’avion suite à des vols d’essais montrant que des impulsions très brusques en assiette pouvaient entraîner  des dépassement transitoires de l’angle alpha max. Cependant, ainsi que l’expérience de Bilbao l’a démontré, ce taux de variation additionnel, ou encore terme d’anticipation, pourrait activer prématurément la loi de protection en incidence dans un ensemble de conditions particulières. Par exemple, une combinaison de forts gradients horizontaux et verticaux de vent associés à de brusques impulsions de pilotage,  pourrait avoir pour conséquence un atterrissage dur. Pour diminuer la probabilité de telles conditions, il été décidé de revenir à une définition proche de la précédente  où la protection en incidence est seulement déclenchée par la valeur de l’angle Alpha, le terme de taux de variation de l’angle ayant été supprimé.

ASW: Ce changement est il une conséquence de l’accident de Bilbao?

Airbus: Oui, la décision de supprimer le terme de taux de variation de l’angle a été prise à la suite de l’expérience de.

ASW: Si cela ne concerne pas l’angle d’incidence, pourquoi, l’A321 qui est plus long n’est il pas concerné?

Airbus: L’A321 n’est pas concerné car le changement de logique de la protection d’incidence n’y a jamais été introduite, du fait des la réponse dynamique caractéristique du fuselage plus long de cet avion, le phénomène décrit plus haut lors des vols d’essais ne s’applique pas. (ASW note: l’A320 est long 37.57m, et le’A321 de 44.51m. L’angle entre le sol et le cône de queue est de 13.3° pour l’A320 alors qu’il n’est que de 11.13° pour l’A321.

ASW: Si ce changement est un retour à un logiciel précédent, pourquoi nécessite-t-il une approbation des autorités de certification?

Airbus: La certification concerne l’ensemble du logiciel du calculateur (ELAC). Dans le nouveau standard le seul changement est celui de la loi de protection en incidence, cependant il est nécessaire de re-certifier l’ensemble du logiciel ELAC.

ASW: Comment ce changement aurait-il pu prévenir l’accident de Bilbao?

Airbus: L’analyse des données de Bilbao data a montré que la loi de protection en incidence a été activée par une combinaison très particulière de facteurs environnementaux incluant des rafales verticales et horizontales associées à des cisaillement de vent de vent (windshears) et d’actions spécifiques de pilotage. Ainsi qu’i a été fait état précédemment, cette combinaison exceptionnelle de circonstances a activé la protection en incidence du fait qu’une des conditions logiques qui pouvait déclencher la protection en incidence a été rencontrée : un taux de change très élevé de l’angle Alpha simultanément avec des mouvements de grande amplitude des pilotes sur leurs minimanches. En l’absence du terme de taux de variation, la loi de protection en incidence n’aurait pas été activée. Une chronologie très précise était aussi nécessaire pour reproduire le déroulement du vol de Bilbao au simulateur. Des essais intensifs tant au simulateur qu’en vol ont prouvé que la modification du logiciel aurait été efficace comme prévu à Bilbao.

ASW: Plusieurs sources font état que des pilotes n’ont pas pu remettre les gaz. Une commande TOGA ne devrait elle pas prendre le dessus? Même si leur avion a touché la piste, en temps qu’idée générale, les systèmes ne sont ils pas définis pour permettre au pilote d’effectuer une remise de gaz ?

Airbus: Du fait de l’activation prématurée de la loi de protection d’incidence causée par la combinaison de manoeuvres brusques et de gradients de vent verticaux, les impulsions du minimanche commandaient l’angle d’incidence et non le facteur de charge, comme c’est normalement le cas. Pendant l’incident de Bilbao, l’équipage a engagé la poussée TOGA (take off and go- around), et les moteurs ont accéléré jusqu’à la poussée TOGA. Cependant, la sélection de la poussée TOGA n’a pas de relation avec les lois de pilotage (Fly by wire) et de ce fait, ne pouvait pas résulter en un surpassement des lois de protection en incidence. La solution du problème remarqué à Bilbao est d’éviter le déclenchement prématuré de la protection en incidence en premier lieu, c’est ce que le nouveau standard ELAC réalise.

ASW: Quand le logiciel modifié sera t-il distribué? Les recommandations temporaires en conditions de rafales de vent seront-elles supprimées à ce moment?

Airbus: La distribution des standards ELAC modifiés commencera immédiatement après la certification. Cependant, du fait des exigences de production et d’installation, nous estimons qu’il s’écoulera au moins un an avant que la flotte entière soit modifiée. En attendant, les limitations temporaires resteront en usage pour tous les avions non modifiés. Ces restrictions ne s’appliqueront plus dès l’installation des nouveaux standards ELAC. Il devrait être noté que les restrictions opérationnelles ne s’appliquent pas aux approches avec atterrissages automatiques, et que selon les termes de l’OEB (Operations Engineering Bulletin) d’Airbus, si l’atterrissage automatique est approuvé, les approches peuvent être menées sans ces restrictions opérationnelles.

ASW: De ce que l’on sait, l’avion d’IBERIA a- t-il atteint les angles de protection : alpha protection ou alpha max?

Airbus: du fait de l’activation prématurée de la loi de protection en incidence combine avec l’effet du gradient de vent, une fois cette loi engage, ni l’angle “Alpha protection” ni  l’angle « alpha max » n’ont été atteints. La valeur maximum atteinte de l’angle d’incidence a été inférieure aux valeurs de alpha prot. ou alpha max.

ASW: Quelque part en dessous de 150 ft., mais ce n’est pas clair exactement où, les deux pilotes ont tire leurs minimanches à fond en arrière  (le copilote était aux commandes). Si, disons nous, le commandant avait tiré son minimanche à fond en arrière, en négligeant d’utiliser son bouton de priorité, la somme des deux ordres à cabrer pouvant dépasser Alpha max. Qu’aurait fait l’avion: 1) pas de réponse, 2) atteindre alpha max, or 3) aller à l’angle alpha prot. et le maintenir?

Airbus: Des impulsions simultanées sur les minimanches s’additionnent jusqu’au point où la commande égale l’action équivalente d’un seul manche à fond en arrière  Dans le cas où le résultat des actions simultanées sur les manches dépasserait la valeur maximum de braquage sur un seul manche, l’avion répondrait comme si un seul manche avait demandé le braquage maximum. Ces actions simultanées ont eu lieu en dessous de 50 ft, deux secondes avant l’impact.

ASW: A environ 50 ft. au dessus du sol, pendant la transition vers la loi d’arrondi, l’avion est programmé pour baisser le nez  vers -2° pendant une période de 8 secondes en utilisant comme référence la dernière position du manche (dérotation).

Si TOGA a été commandé, surpasserait il, ou bien cette dérotation du nez entrerait elle en conflit avec le besoin de cabrer l’avion pour la remise de gaz?

Airbus: La dérotation pendant la phase finale d’atterrissage est faite pour donner aux pilotes la sensation d’un arrondi normal. De façon à maintenir l’assiette souhaitée pendant l’arrondi, les pilotes doivent tirer le manche vers l’arrière,  ceci faisant ressembler à un comportement traditionnel pendant l’atterrissage du point de vue des pilotes. Lorsque la poussée TOGA est commandée, les moteurs accélèrent et le directeur de vol fournit un guidage en assiette au pilote. La sélection de la poussée TOGA n’a pas de relation avec la loi d’atterrissage et de ce fait n’a pas de relation avec la loi de dérotation.

 

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