Le lien apparent entre les accidents d'avion mortels en Indonésie et en Éthiopie se concentre sur la défaillance d'un seul capteur. Je sais ce que c'est :il y a quelques années, alors que je pilotais un Cessna 182-RG depuis Albany, New York, à Fort Meade, Maryland, mon anémomètre montrait que je volais à une vitesse si lente que mon avion risquait de ne plus générer suffisamment de portance pour rester en l'air.

Si j'avais fait confiance à mon capteur de vitesse, J'aurais poussé le nez de l'avion pour tenter de reprendre de la vitesse, et éventuellement mettre trop de pression sur le châssis de l'avion, ou s'est dangereusement rapproché du sol. Mais même les petits avions sont bourrés de capteurs :bien que inquiet pour ma vitesse, J'ai remarqué que mon avion restait à la même altitude, le moteur produisait la même puissance, les ailes rencontraient l'air à un angle constant et je me déplaçais toujours au-dessus du sol à la même vitesse qu'avant la prétendue chute de la vitesse.

Donc, au lieu de stresser et de potentiellement écraser mon avion, J'ai pu réparer le capteur problématique et continuer mon vol sans autre incident. Par conséquent, J'ai commencé à étudier comment les ordinateurs peuvent utiliser les données de différents capteurs d'avion pour aider les pilotes à comprendre s'il y a une véritable urgence, ou quelque chose de beaucoup moins grave.

La réponse de Boeing à ses crashs a inclus la conception d'une mise à jour logicielle qui reposera sur deux capteurs au lieu d'un. Cela peut ne pas suffire.

Recoupement des données des capteurs

Comme un avion défie la gravité, les principes aérodynamiques exprimés sous forme de formules mathématiques régissent son vol. La plupart des capteurs d'un avion sont destinés à surveiller des éléments de ces formules, pour rassurer les pilotes que tout est comme il se doit – ou pour les alerter que quelque chose ne va pas.

Mon équipe a développé un système informatique qui examine les informations de nombreux capteurs, comparer leurs lectures entre elles et aux formules mathématiques pertinentes. Ce système peut détecter des données incohérentes, indiquer quels capteurs ont le plus probablement échoué et, dans certaines circonstances, utiliser d'autres données pour estimer les valeurs correctes que ces capteurs devraient fournir.

Par exemple, mon Cessna a rencontré des problèmes lorsque le capteur de vitesse primaire, appelé "tube de Pitot, " gelé dans l'air froid. D'autres capteurs à bord recueillent des informations connexes :les récepteurs GPS mesurent la vitesse à laquelle l'avion couvre le sol. Les données de vitesse du vent sont disponibles à partir de modèles informatiques qui prévoient la météo avant le vol. Les ordinateurs de bord peuvent calculer une vitesse anémométrique estimée en combinant Données GPS avec informations sur la vitesse et la direction du vent.

Si la vitesse anémométrique estimée par l'ordinateur concorde avec les lectures du capteur, très probablement tout va bien. S'ils ne sont pas d'accord, alors quelque chose ne va pas – mais quoi ? Il s'avère que ces calculs sont en désaccord de différentes manières, selon lequel un – ou plusieurs – des GPS, les données de vent ou les capteurs de vitesse sont erronés.

Un test avec des données réelles

Nous avons testé notre programme informatique avec des données réelles du crash du vol 447 d'Air France en 2009. L'enquête post-crash a révélé que trois tubes de Pitot différents ont gelé, délivrant une lecture de vitesse erronée et déclenchant une chaîne d'événements se terminant par la plongée de l'avion dans l'océan Atlantique, tuant 228 passagers et membres d'équipage.

Les données de vol ont montré que lorsque les tubes de Pitot ont gelé, ils ont soudainement cessé d'enregistrer une vitesse de 480 nœuds, et au lieu de cela, il a signalé que l'avion volait dans les airs à 180 nœuds - si lent que le pilote automatique s'est éteint et a alerté les pilotes humains qu'il y avait un problème.

Mais le GPS embarqué a enregistré que l'avion traversait le sol à 490 nœuds. Et les modèles informatiques de la météo ont indiqué que le vent venait de l'arrière de l'avion à environ 10 nœuds.

Lorsque nous avons introduit ces données dans notre système informatique, il a détecté que les tubes de Pitot avaient échoué, et estimé la vitesse réelle de l'avion en cinq secondes. Il a également détecté lorsque les tubes de Pitot ont à nouveau décongelé, environ 40 secondes après avoir gelé, et a pu confirmer que leurs lectures étaient à nouveau fiables.

Un autre type de test

Nous avons également utilisé notre système pour identifier ce qui est arrivé au vol Tuninter 1153, qui s'est jeté dans la mer Méditerranée en 2005 sur la route de l'Italie à la Tunisie, tuant 16 des 39 personnes à bord.

Après l'accident, l'enquête a révélé que les préposés à l'entretien avaient installé par erreur le mauvais indicateur de quantité de carburant sur l'avion, donc il a rapporté 2, 700 kg de carburant étaient dans les réservoirs, alors que l'avion ne transportait en réalité que 550 kg. Les pilotes humains n'ont pas remarqué l'erreur, et l'avion a manqué de carburant.

Le carburant est lourd, bien que, et son poids affecte les performances d'un aéronef. Un avion avec trop peu de carburant se serait comporté différemment d'un avion avec la bonne quantité. Pour calculer si l'avion se comportait comme il se doit, avec la bonne quantité de carburant à bord, nous avons utilisé la relation mathématique aérodynamique entre la vitesse et la portance. Lorsqu'un avion est en vol en palier, l'ascenseur est égal au poids. Tout le reste étant pareil, un avion plus lourd aurait dû aller plus lentement que l'avion Tuninter.

Notre programme ne modélise que les phases de vol de croisière, dans lequel l'avion est stable, vol en palier - pas d'accélération ou de changement d'altitude. Mais il aurait suffi de détecter que l'avion était trop léger et d'alerter les pilotes, qui aurait pu faire demi-tour ou atterrir ailleurs pour faire le plein. L'ajout d'informations sur d'autres phases de vol pourrait améliorer la précision et la réactivité du système.

Qu'en est-il des crashs du Boeing 737 Max 8 ?

La gamme complète des données sur Lion Air 610 et Ethiopian Airlines 302 n'est pas encore disponible au public, mais les premiers rapports suggèrent qu'il y avait un problème avec l'un des capteurs d'angle d'attaque. Mon équipe de recherche a développé une méthode pour vérifier la précision de cet appareil en fonction de la vitesse de l'avion.

Nous avons utilisé l'aérodynamique et un simulateur de vol pour mesurer comment les variations de l'angle d'attaque - la pente avec laquelle les ailes rencontrent l'air venant en sens inverse - ont modifié la vitesse horizontale et verticale d'un Cessna 172. Les données étaient cohérentes avec les performances d'un Cessna réel. 172 en vol. En utilisant notre modèle et notre système, nous pouvons faire la distinction entre une urgence réelle – un angle d'attaque dangereusement élevé – et un capteur défaillant fournissant des données erronées.

Les chiffres réels pour un Boeing 737 Max 8 seraient différents, bien sûr, mais le principe est toujours le même, utiliser la relation mathématique entre l'angle d'attaque et la vitesse pour se vérifier mutuellement, et d'identifier les capteurs défectueux.

Mieux encore

Alors que mon équipe continue de développer un logiciel d'analyse des données de vol, nous travaillons également à lui fournir de meilleures données. Une source potentielle pourrait être de laisser les avions communiquer directement entre eux sur les conditions météorologiques et les vents à des endroits spécifiques à des altitudes particulières. Nous travaillons également sur des méthodes pour décrire avec précision les conditions de fonctionnement sûres des logiciels de vol qui s'appuient sur les données des capteurs.

Les capteurs échouent, mais même quand cela arrive, les systèmes automatisés peuvent être plus sûrs et plus efficaces que les pilotes humains. Alors que le vol devient de plus en plus automatisé et dépend de plus en plus des capteurs, il est impératif que les systèmes de vol recoupent les données de différents types de capteurs, pour se prémunir contre des défauts de capteur autrement potentiellement mortels.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.