La sécurité des avions modernes dépend de la fiabilité de nombreux composants critiques, le système de volets d'aile jouant un rôle particulièrement essentiel. Les volets sont des surfaces mobiles sur le bord de piste des ailes qui augmentent à la fois le levage et la traînée au décollage, à l'approche et à l'atterrissage. En changeant la caméra de l'aile et l'angle d'attaque efficace, les volets permettent aux aéronefs de voler à des vitesses plus lentes en toute sécurité, de réduire la longueur de piste requise et d'améliorer la maîtrise du pilote lors des manœuvres à angle d'attaque élevé.

Comprendre les défaillances des flammes

Une défaillance du volet survient lorsque le système ne déploie pas, ne se rétracte pas ou ne maintient pas la position commandée. Les défaillances peuvent être partielles (p. ex., un volet coincé, déploiement asymétrique) ou complètes (p. ex., perte totale de fonctionnement). Les causes profondes couvrent plusieurs disciplines : mécanique, hydraulique, électrique et structurelle.

Défaillances mécaniques

Les défaillances mécaniques impliquent un brouillage, une fixation ou une rupture de la liaison physique qui déplace les volets. Les volets sont souvent actionnés par des vérins à vis ou des actionneurs hydrauliques reliés par des tubes de couple, des poussettes et des câbles. Un roulement saisi, un bras de commande cassé ou un objet étranger coincé dans la voie peut empêcher le mouvement.

Défaillances hydrauliques

Une perte de pression hydraulique due à la défaillance de la pompe, à la fuite de liquide ou à la rupture de la ligne empêche immédiatement le mouvement des volets. Même si la pression est disponible, la contamination de l'air ou la viscosité dégradée des fluides peuvent entraîner un fonctionnement erratique. Les systèmes hydrauliques ont souvent des fournitures redondantes (p. ex., système A, B et veille), mais une défaillance simultanée de plusieurs systèmes – en raison d'une cause commune comme une panne de moteur non confinée – peut entraîner une perte hydraulique totale et donc une défaillance des volets.

Défaillances électriques et avioniques

Les pannes électriques telles que les courts-circuits, le câblage ouvert ou les erreurs de processeurs d'ECU peuvent empêcher les volets de se déplacer ou les amener à une position non désirée. Les défaillances de capteurs (p. ex. les capteurs de position ou les détecteurs d'asymétrie) peuvent également provoquer le verrouillage ou l'entrée en mode de faille. Dans les avions à fil, les bogues logiciels ou les erreurs de bus de données peuvent introduire des commandes erronées ou empêcher le déploiement.

Corrosion, port et dégradation de l'environnement

La corrosion des composants métalliques (surtout dans les supports de vérins, les rails et les connecteurs électriques) peut affaiblir les structures et causer des frottements qui entraînent des embrouillages. La corrosion galvanique entre métaux différents est une préoccupation particulière dans les milieux humides. De plus, les joints et tuyaux en caoutchouc peuvent devenir fragiles, entraînant des fuites hydrauliques ou une infiltration de contaminants. Au fil du temps, même sans corrosion visible, l'usure dans les joints et les douilles cloués peut produire un relâchement qui entraîne des angles asymétriques des volets.

Impact sur la sécurité des aéronefs

Les défaillances de flammes ont une influence directe sur les caractéristiques aérodynamiques et la dynamique de vol d'un aéronef. La gravité de l'impact dépend de la phase de vol, du degré de défaillance et de la question de savoir si la défaillance est symétrique ou asymétrique.

Vitesse de décrochage accrue et lifting réduit

Lorsque les volets ne peuvent pas se déployer au décollage ou à l'atterrissage, la vitesse de décrochage de l'aéronef augmente de façon significative. Un aéronef de transport typique avec volets rétractés peut avoir une vitesse de décrochage de 15 à 25 noeuds plus élevée que les volets pleins. Cela laisse moins de marge d'erreur lors de l'approche et de l'atterrissage, surtout dans des conditions rafales ou avec une piste courte.

Déploiement asymétrique des flammes

La défaillance la plus dangereuse est peut-être une condition asymétrique, l'un se déployant ou se rétractant alors que l'autre reste stationnaire, ce qui crée un moment de roulement fort que le pilote doit contrer avec l'entrée d'aileron. Si l'asymétrie est sévère ou se produit à basse vitesse, la commande de roulis peut être insuffisante pour maintenir le vol au niveau des ailes. L'effet est particulièrement dangereux lors de l'approche finale lorsque les appareils de levage sont lents et élevés.

Charge de travail pilote et prise de décision

Même une défaillance non asymétrique augmente la charge de travail du pilote. L'équipage doit diagnostiquer le problème, se référer aux listes de contrôle, calculer les changements de performance (p. ex., gradient de montée réduit, distance d'atterrissage plus longue) et décider s'il faut continuer ou se détourner. Les défaillances de la flamme peuvent également affecter les directives du directeur de vol ou de l'autoland, exigeant un vol manuel dans des conditions qui pourraient autrement être automatisées.

Incidents historiques et statistiques

Une analyse réalisée en 2010 par Boeing a révélé que les défaillances des volets contribuent de façon notable à la catégorie des accidents de perte de contrôle, particulièrement lors du décollage et de l'atterrissage. Par exemple, en 2004, un Airbus A300‐600 a subi une asymétrie des volets pendant la remise des gaz; l'équipage a géré l'aéronef en toute sécurité après avoir déclaré une urgence. En 2013, un 737‐800 a subi une défaillance du boîtier des volets qui a entraîné une fuite de carburant et une déviation de vol subséquente. Bien que les accidents mortels directement attribuables à la défaillance des volets soient rares en raison de marges de sécurité robustes, le risque de catastrophe est réel lorsque la défaillance n'est pas traitée correctement.

Pour améliorer la compréhension du lecteur, plusieurs références faisant autorité fournissent des renseignements détaillés : les rapports d'enquête sur les accidents du NTSB offrent des données spécifiques à chaque cas; les circulaires d'information du FAA sur les commandes de vol décrivent les normes de conception; et SKYbrary , article sur les défaillances des volets et des lattes, offre une perspective opérationnelle générale.

Stratégies d'atténuation des effets des activités de génie

Les ingénieurs d'aéronefs utilisent un vaste ensemble de principes de conception, d'architectures de redondance et de pratiques de maintenance pour réduire la probabilité et la gravité des défaillances des volets.

Récupérer les sources d'actionnement et de puissance

La plupart des avions de la catégorie transport disposent d'au moins deux systèmes hydrauliques indépendants qui peuvent alimenter les volets. Par exemple, le Boeing 737 utilise un système hydraulique primaire (système A) pour fonctionner normalement et un système alternatif (système B) avec une pompe électrique à moteur si le système A échoue. Dans certains modèles, un système de réversion manuelle par manivelle (p. ex. sur le 727) permet le déploiement en cas de panne hydraulique totale. La famille Airbus A320 utilise deux systèmes hydrauliques indépendants (verts et jaunes) qui fournissent tous deux le système des volets; un troisième système (bleu) peut fournir une puissance de secours. De plus, de nombreux aéronefs intègrent une sauvegarde électrique : un moteur électrique de secours peut conduire les volets par un couplage mécanique, assurant ainsi une fonctionnalité de base même avec les deux sources hydrauliques perdues.

Protection et surveillance asymétriques

Si la différence dépasse un seuil (généralement quelques degrés), une unité de détection d'asymétrie arrêtera de plus en plus les mouvements et verrouillera souvent les volets en place. Cela empêchera le roulis qui résulterait d'une rupture non contrôlée. Sur certains aéronefs, un -flap ne s'allume pas et le décollage ou l'atterrissage est inhibé jusqu'à ce que le problème se règle. Le système de détection d'asymétrie lui-même est conçu avec autosurveillance pour s'assurer qu'il ne échoue pas dangereusement.

Principes de conception de la sécurité des défaillances

Les ingénieurs conçoivent des systèmes de volets qui ne se produisent pas dans une configuration sûre ou prédéterminée. Par exemple, un blocage mécanique laisse généralement les volets dans leur dernière position commandée; ils ne se rétractent pas ou ne s'étendent pas de façon incontrôlable. En cas de défaillance hydraulique, la plupart des systèmes ont un frein à la compression qui maintient les volets à l'arrêt. Pour les défaillances électriques, l'unité de commande se défait à un état sûr et désactive la conduite. Certains aéronefs (p. ex., les 707 anciennes variantes) ont permis aux volets de rester complètement déployés si une défaillance s'est produite pendant la rétractation; cela crée une traînée élevée mais permet toujours un atterrissage sûr.

Sélection du matériel et prévention de la corrosion

Les matériaux utilisés dans les structures de volets sont choisis pour la résistance à la résistance à la fatigue et la stabilité environnementale.Les matériaux courants comprennent les alliages d'aluminium à haute résistance (p. ex. 7075-T6) pour les peaux et les côtes des ailes, l'acier résistant à la corrosion (p. ex. 15-5 PH) pour les composants des actionneurs et le titane pour les douilles critiques.Les traitements de surface tels que les revêtements anodisants, alodines et apprêts fournissent des barrières à la corrosion.

Programmes d'entretien et d'inspection rigoureux

Les mesures d'entretien sont codifiées dans le manuel d'entretien de l'aéronef (AMM) et le plan d'entretien prévu du fabricant. Les exploitants effectuent quotidiennement des vérifications visuelles des voies de volets, des charnières et des liaisons visibles pour les dommages, les fuites et les objets étrangers. Pendant les vérifications A et les vérifications C plus lourdes, des inspections détaillées des actionneurs, des tubes de couple, des roulements et des connecteurs électriques sont effectuées.

Pour une profondeur technique supplémentaire, l'article Wikipedia sur les volets fournit un aperçu complet des types et des mécanismes; l'article FAA=s Introduction aux commandes de vol PDF explique la philosophie de conception des aéronefs de transport modernes; et Boeing=s Aero Magazine sur la fiabilité du système de volets offre des études de cas de l'industrie (un lien hypothétique; contenu réel similaire).

Formation pilote et procédures d'urgence

Même le système le plus bien conçu peut échouer; par conséquent, la formation des pilotes et la robustesse des procédures sont la dernière ligne de défense. Les équipages de conduite reçoivent une formation initiale et périodique étendue sur les défaillances des volets, tant en classe que dans les simulateurs de vol avancés.

Formation en salle de classe et en simulation

Les pilotes apprennent la théorie du fonctionnement des volets, les signes de défaillance (p. ex., feux de position des volets, avertissements d'asymétrie, alertes sonores) et les éléments de mémoire corrects. Les séances de simulation comprennent des scénarios comme une asymétrie des volets pendant l'approche finale, une défaillance hydraulique qui laisse les volets partiellement étendus et une défaillance des volets électriques qui nécessite l'utilisation d'un autre système d'extension.

Listes de contrôle et arbres décisionnels

Pour une indication non normale, la première mesure consiste souvent à vérifier la position réelle des volets (par un contrôle visuel à partir de la fenêtre du poste de pilotage ou en utilisant le système électronique d'indication de l'aéronef). Si l'asymétrie est confirmée, l'équipage arrêtera de nouveaux mouvements des volets et peut tenter de les rétracter ou de les prolonger progressivement en utilisant des commandes de rechange. Si l'asymétrie ne peut être résolue, la liste de contrôle prescrirea une configuration d'atterrissage, par exemple, l'atterrissage avec les volets dans leur position actuelle, mais avec une vitesse d'approche accrue et une distance d'atterrissage plus longue.

Décisions de détournement et de détournement

Les pilotes sont formés à ce que la défaillance d'un volet ne les engage pas automatiquement à l'atterrissage. Si les conditions sont dangereuses, comme une piste courte, un vent croisé ou l'incapacité d'approcher de façon stable, l'équipage doit exécuter une remise des gaz et envisager de se détourner vers un aéroport où les pistes sont plus longues ou où les conditions sont meilleures.

Forets spécifiques au matériel

Certaines défaillances des volets nécessitent des procédures manuelles spécifiques, comme l'extension des volets à l'aide d'une manivelle manuelle (commune sur les aéronefs plus anciens comme le Boeing 727). Dans les avions modernes à fil volant (p. ex. Airbus A320), le système de déploiement des volets alternatifs consiste à appuyer sur un interrupteur protégé qui contourne l'électronique normale et entraîne les volets à une vitesse fixe.

Orientations futures : Maintenance prédictive et systèmes avancés

Les systèmes de surveillance de la santé (SSM) recueillent en permanence des données des actionneurs, des roulements et des voies en vol. Les algorithmes analysent les vibrations, la température, la charge et les anomalies de position pour prédire les défaillances imminentes avant qu'elles ne surviennent.

Par exemple, le Boeing 787 utilise deux systèmes de commande électronique à volets/slats indépendants (FSEU) dotés d'un logiciel différent pour se protéger contre les défauts logiciels en mode commun. Les ordinateurs de commande de vol de l'aéronef peuvent ajuster automatiquement les lois de contrôle pour compenser les levages asymétriques, réduisant ainsi la charge de travail du pilote.

Les EMA éliminent les lignes hydrauliques, réduisent le poids et l'entretien et peuvent être contrôlés avec précision. Cependant, les problèmes de brouillage et les pannes électriques nécessitent un développement plus poussé. Entre-temps, des systèmes hybrides combinant actionnement électrique et hydraulique sont mis en service sur de nouveaux appareils comme l'Airbus A350.

Le programme d'analyse et de partage de l'information sur la sécurité aérienne (ASIAS) de la FAA regroupe les données des exploitants, des fabricants et des organismes de réglementation afin de cerner les nouvelles tendances en matière de fiabilité des systèmes de volets.

Conclusion

Les défaillances de la flotte, bien qu'elles soient relativement rares, représentent un risque grave pour la sécurité en raison de leur impact direct sur le levage, la traînée et le contrôle de la roulis. Grâce à une combinaison d'architectures de systèmes redondantes, d'une maintenance et d'une inspection rigoureuses, de principes de conception et de formation complète des pilotes, l'industrie aéronautique a réduit considérablement la probabilité d'incidents et d'accidents liés aux volets.