L’aviation à l’ère numérique

L’âge de l’information est généralement compris comme étant arrivé avec Internet, tel qu’il a été développé au cours des années 1970 et déployé tout au long des années 1980, et continue d’évoluer jusqu’à ce jour. De même, l’adoption des techniques numériques dans l’aviation est également arrivée progressivement au même moment et se poursuit également aujourd’hui.

L’utilisation des ordinateurs numériques dans la conception des avions a été développée par de grandes entreprises aérospatiales au cours des années 1970 et comprenait des techniques telles que la CAO, la FAO, l’analyse des contraintes des composants structurels par FEA et la modélisation aérodynamique. Les matériaux composites se prêtent mieux que le métal aux fluides « aérodynamiques » aérodynamiques « organiques » de haute efficacité, et l’avènement de la conception et de la modélisation assistées par ordinateur sophistiquées a conduit à une expansion de l’utilisation de ces matériaux et formes.

Les systèmes numériques sont également apparus dans les avions eux-mêmes et ont connu une croissance constante. Les premiers essais FADEC (Full Authority Digital Engine Control) ont eu lieu en 1968 et le premier système opérationnel est entré en service en 1985. Le premier système de vol électrique entièrement autoritaire opérationnel a été développé pour le F-16 Fighting Falcon de General Dynamics. L’introduction en 1978 a annoncé une révolution dans la prise en charge de la stabilité en vol contre les stabilisateurs aérodynamiques traditionnels. Cette utilisation de «stabilité statique assouplie» a permis de rendre les aéronefs plus manoeuvrables et de leur donner un «ressenti» artificiel pour aider les pilotes dans leur tâche principale. Pendant ce temps, le « cockpit de verre » remplaçait l’instrumentation électromécanique analogique traditionnelle par des affichages numériques graphiques pouvant afficher toutes les informations sélectionnées. Les premiers cockpits en verre fournissaient des informations de vol moins critiques sous la forme du système EFIS, des systèmes entièrement en verre apparaissant depuis 1988.

L’ère de la guerre froide a pris fin peu après l’arrivée des technologies numériques, entraînant une diminution marquée de l’aviation militaire parmi les grandes puissances. Plus récemment, l’essor des économies indiennes et chinoises a stimulé le développement des avions militaires dans ces pays.

Avion

Stabilité statique détendue
Le premier système de vol électrique sans fil opérationnel a été développé pour le F-16 Fighting Falcon de General Dynamics et son lancement en 1978 a annoncé une révolution dans la prise en charge de la stabilité en vol des stabilisateurs aérodynamiques traditionnels. Cette utilisation de «stabilité statique assouplie» a permis de rendre les aéronefs plus manoeuvrables et de leur donner un «ressenti» artificiel pour aider les pilotes dans leur tâche principale.

Matériaux composites
Les matériaux composites se prêtent mieux que le métal aux fluides « aérodynamiques » aérodynamiques « organiques » de haute efficacité, et l’avènement de la conception et de la modélisation assistées par ordinateur sophistiquées a conduit à une expansion de l’utilisation de ces matériaux et formes.

Les moteurs
Cette période a connu une recrudescence de l’utilisation de systèmes d’alimentation électrique pour les avions légers et les UAV. Les technologies habilitantes comprennent la disponibilité et l’accessibilité à grande échelle de nouvelles technologies de batteries haute performance, les aimants de terres rares à haute résistance dans les moteurs électriques, la baisse des coûts des cellules solaires et des systèmes sophistiqués de contrôle et de gestion informatisés.

Parallèlement, les moteurs d’avion conventionnels, à base de pistons et de turbines, ont poursuivi leur processus de raffinement, devenant de plus en plus fiables et économes en carburant, tout en réduisant la pollution.

Avionique
Les systèmes numériques sont également apparus dans les avions eux-mêmes et ont connu une croissance constante. Les premiers systèmes numériques étaient autonomes avec des fonctionnalités limitées. Les premiers essais FADEC (Full Authority Digital Engine Control) ont eu lieu en 1968 et le premier système opérationnel est entré en service en 1985.

Les systèmes de données intégrés nécessitent un bus de données numérique. Le bus MIL-STD-1553 a été défini en 1973. Cela a permis le développement du premier système de vol électrique entièrement autoritaire opérationnel pour le F-16 Fighting Falcon de General Dynamics. L’introduction de cet avion en 1978 a annoncé une révolution dans la prise en charge de la stabilité en vol contre les stabilisateurs aérodynamiques traditionnels. Cette utilisation de «stabilité statique assouplie» a permis de rendre les aéronefs plus manoeuvrables et de leur donner un «ressenti» artificiel pour aider les pilotes dans leur tâche principale. Pendant ce temps, le « cockpit de verre » remplaçait l’instrumentation électromécanique analogique traditionnelle par des affichages numériques graphiques pouvant afficher toutes les informations sélectionnées. Les premiers cockpits en verre fournissaient des informations de vol moins critiques sous la forme du système EFIS, des systèmes entièrement en verre apparaissant depuis 1988.

Véhicules aériens sans pilote
Avant l’ère numérique, les véhicules aériens sans pilote (UAV) ou les drones étaient d’une utilité limitée, avec une capacité de guidage limitée ou une liaison de radiocommande vulnérable vers un pilote distant.

La mise au point de capteurs légers et peu coûteux, tels que des caméras numériques et des technologies informatiques mobiles, a permis aux UAV de devenir plus sophistiqués et de prendre des décisions de vol autonomes. Les drones sont de plus en plus utilisés à la fois dans les rôles civils et militaires.

Les drones sont une arme d’attaque attrayante car ils associent la flexibilité et la puissance de feu d’un avion piloté à la capacité d’un missile. Ils ont été mis au premier plan par leur utilisation pour des frappes aériennes air-sol en Afghanistan. Cependant, une telle utilisation est controversée en raison du risque de provoquer la mort de civils par erreur.

Au 21ème siècle, les drones civils tels que le quadcopter sont de plus en plus utilisés à des fins récréatives et pour l’observation aérienne via une caméra numérique.

Un micro-drone est suffisamment petit pour être transporté en même temps et trouve des applications dans la reconnaissance militaire et la recherche scientifique.

Aviation civile
Au cours de cette période, l’aviation civile a continué de se développer. Les avions de ligne et les moteurs sont devenus plus gros et plus économes en carburant, tandis que les systèmes numériques ont progressivement pris le contrôle des commandes de vol et des autres systèmes avioniques. Les avions de ligne à réaction modernes ont des cockpits en verre, des commandes de vol informatisées à moteur numérique complet et à commande électrique, et, plus récemment, une connectivité de communication Internet mobile.

Les principales perturbations du transport aérien au 21ème siècle ont été la fermeture de l’espace aérien américain suite aux attaques du 11 septembre et la fermeture de la plus grande partie de l’espace aérien européen après l’éruption de Eyjafjallajökull en 2010.

L’aviation générale
La popularité des avions ultralégers et ULM, ainsi que d’autres activités sportives telles que le parapente.

En 1986, Dick Rutan et Jeana Yeager ont piloté le Rutan Voyager dans le monde entier sans arrêt et sans ravitaillement aérien.

En 1999, Bertrand Piccard est devenu le premier à faire le tour de la terre en ballon.

Aviation militaire
L’utilisation de systèmes de vol électriques numériques et la stabilité statique assouplie ont permis aux aéronefs militaires d’accroître leur maniabilité sans sacrifier la sécurité ou la capacité de voler. Des manœuvres tactiques avancées telles que le Cobra de Pugachev sont devenues possibles.

Missiles
La technologie numérique a permis aux systèmes de guidage de missiles de se réduire et de calculer et corriger leur trajectoire de vol. L’utilisation de cartes embarquées, de logiciels de traitement vidéo et de comparaison de terrain (TERCOM) a permis aux missiles de croisière d’obtenir une précision sans précédent.

Furtif
Pendant la période d’après-guerre, la détection radar était une menace constante pour l’attaquant. Les avions d’attaque ont développé la tactique de vol à basse altitude, « sous le radar », où ils étaient cachés par les collines et autres obstacles des stations radar. L’avènement de chaînes radar de bas niveau, en tant que défense contre les missiles de croisière, a rendu cette tactique de plus en plus difficile. Parallèlement, les progrès réalisés dans le domaine des matériaux absorbant les rayonnements électromagnétiques (RAM) et des techniques de modélisation électromagnétique ont permis de développer des avions «furtifs» qui seraient invisibles au radar en défense. Premier avion d’attaque furtif, le Lockheed F-117 Nighthawk est entré en service en 1983. Aujourd’hui, la furtivité est une exigence pour tout avion d’attaque avancé.

Activités terrestres
La Commission du centenaire de l’aviation des États-Unis a été créée en 1999 pour encourager la plus large participation nationale et internationale à la célébration des 100 ans de vol propulsé. Il a fait connaître et encouragé un certain nombre de programmes, projets et événements destinés à sensibiliser les gens à l’histoire de l’aviation.

Fabrication
L’utilisation généralisée des techniques numériques dans la conception et la fabrication a conduit à une révolution dans la conception des avions. Désormais, un concepteur peut créer un avion, modéliser ses caractéristiques aérodynamiques et mécaniques, concevoir les composants de production et les faire fabriquer en atelier, le tout dans un seul domaine numérique de bout en bout.

L’utilisation croissante de matériaux composites à base de fibres a également conduit à des autoclaves de plus en plus grands pour appliquer et durcir la résine qui lie les fibres structurelles en place. De nouvelles techniques d’essai et d’inspection ont également dû être développées, car les modes de défaillance et les symptômes des composants composites ont tendance à être très différents de ceux des composants en métal. Par exemple, des couches de fibres peuvent se délaminer dans un composant multicouche, ce qui l’affaiblit sans laisser apparaître aucun signe de fissuration visible. Lorsqu’une peau métallique a tendance à conduire le courant depuis la foudre dans toutes les directions et à protéger les composants sensibles, la fibre de carbone a tendance à se déplacer le long des fibres et à fournir plus d’énergie à l’intérieur. de la foudre EMP.

La sophistication croissante des systèmes avioniques a conduit à des temps de développement plus longs. En particulier, l’utilisation de systèmes de vol numériques, tels que les systèmes de vol électriques, a conduit à une complexité et à une sophistication sans cesse croissantes du logiciel de contrôle, qui peut prendre de nombreuses années à se développer et à se valider. Pendant cette période, toute modification de la conception physique de l’aéronef peut nécessiter une révision et une revalidation du logiciel associé.

Le contrôle du trafic aérien
Au fur et à mesure que les ordinateurs devenaient plus sophistiqués dans les années 2000, ils ont commencé à prendre en charge les aspects routiniers de la tâche des contrôleurs aériens. Jusque-là, tout le trafic aérien dans l’espace aérien voisin était suivi et affiché, le contrôleur de la circulation aérienne étant chargé de surveiller sa position et d’évaluer tout besoin d’action. Les systèmes informatisés modernes sont capables de surveiller les trajectoires de vol de nombreux autres aéronefs à un moment donné, permettant ainsi au contrôleur de gérer davantage d’avions et de se concentrer sur les processus de prise de décision et de suivi.

21e siècle
L’aviation du 21ème siècle a suscité un intérêt croissant pour les économies de carburant et la diversification du carburant, ainsi que pour les compagnies aériennes et les installations à bas prix. En outre, une grande partie des pays en développement qui n’avaient pas un bon accès au transport aérien n’a cessé d’ajouter des aéronefs et des installations, bien que la congestion reste un problème dans de nombreux pays émergents. Quelque 20 000 paires de villes sont desservies par l’aviation commerciale, contre moins de 10 000 en 1996.

Il semble y avoir un nouvel intérêt à revenir à l’ère supersonique où la demande décroissante et les obstacles bureaucratiques au début du XXe siècle ont rendu les vols non rentables, ainsi que l’arrêt commercial final du Concorde à la suite d’un accident mortel.

Au début du 21ème siècle, la technologie numérique a permis à l’aviation militaire subsonique de commencer à éliminer le pilote en faveur de véhicules aériens sans pilote (UAV) télécommandés ou totalement autonomes. En avril 2001, l’avion sans pilote Global Hawk a volé de Edwards AFB aux États-Unis en Australie sans escale et sans rouage. Il s’agit du plus long vol point à point jamais entrepris par un avion sans pilote et a pris 23 heures et 23 minutes. En octobre 2003, le premier vol totalement autonome de l’autre côté de l’Atlantique a été réalisé par un modèle réduit contrôlé par ordinateur. Les UAV sont désormais une caractéristique établie de la guerre moderne, en réalisant des attaques ponctuelles sous le contrôle d’un opérateur distant.

Les principales perturbations du transport aérien au 21ème siècle ont été la fermeture de l’espace aérien américain suite aux attaques du 11 septembre et la fermeture de la plus grande partie de l’espace aérien européen après l’éruption de Eyjafjallajökull en 2010.

En 2015, André Borschberg a parcouru une distance record de 721 km (4481 milles) entre Nagoya (Japon) et Honolulu (Hawaï) dans un avion à énergie solaire, le Solar Impulse 2. Le vol a duré près de cinq jours; pendant la nuit, l’avion a utilisé ses batteries et l’énergie potentielle acquise pendant la journée.