La principale chose à éviter dans la stabilité de l'avion & control, est un moment aérodynamique à cabrer qui n'est pas commandé par le pilote. Le moment inhabituel à cabrer ne se stabiliserait pas automatiquement, mais s'élargirait rapidement avec l'augmentation de l'angle d'attaque, et s'enfuirait vers un avion en panne.

Lors de la certification d'un avion de passagers, de nombreux tests sont effectués pour vérifier si la cellule ne commence pas à avoir son propre esprit.

• Si le pilote ne fournit pas d'entrée de commande, la cellule doit revenir à la position compensée.
• Les forces et les entrées pour éloigner l'avion de la position compensée doivent être telles qu'il y a une force toujours croissante nécessaire pour atteindre une position de cabré toujours plus grande. La position à cabrer doit toujours être commandée par les gouvernes de vol, la profondeur et le stabilisateur, de manière prévisible.

L'un des tests à effectuer lors de la certification est stick-force-per -g. Inclinez l'avion et commencez à tourner en tirant le manche vers l'arrière afin de maintenir l'altitude. Puis inclinez davantage et reculez davantage, dans des virages toujours plus serrés. Il doit être progressivement plus difficile de tirer sur le manche pour maintenir l'altitude, jamais plus facile.

C'est au cours de ce virage de remontée que du fait de la configuration du moteur du MAX, un moment aérodynamique à cabrer est apparu, ce qui entraînerait une réduction soudaine de la force du manche de pitch par rapport aux prévisions. Pas aussi mauvais qu'un pas d'emballement, mais toujours une situation indésirable lorsque le pilote s'efforce toujours de maintenir la manœuvre. C'est la situation pour laquelle MCAS a été conçu à l'origine, pour compenser automatiquement cette situation uniquement. L'avion doit toujours se stabiliser et le mode de contrôle doit être prévisible et dans les temps de réaction des humains.

Plus d'informations dans les liens dans cette question, des articles très intéressants qui illustrent comment Conception MCAS gonflée par rapport à la portée d'origine, sous la pression du temps.

De manière contre-intuitive, abaisser le nez d'un avion n'est pas fait dans le but de "descendre". La montée / descente est gérée avec l'accélérateur et la vitesse est gérée avec la colonne de commande / le manche. La logique de cela a du sens quand on considère que monter ou descendre implique l'ajout ou la suppression d'énergie potentielle qui est fournie par les moteurs et coulée dans la traînée.

Tirez sur la colonne / manche et vous augmentez l'angle de tangage, ce qui augmente l'angle d'attaque, ce qui augmente la portance. Cela fait monter l'avion, oui, mais monter nécessite une énergie supplémentaire qui provient le plus immédiatement du mouvement vers l'avant de l'avion - cela ralentit. À mesure qu'il ralentit, la portance diminue et (idéalement), l'équilibre est rétabli à une vitesse plus basse et à un angle d'attaque accru.

Même chose en marche arrière - poussez vers l'avant et vous allez plus vite.

En raison de la façon dont les nouveaux moteurs ont été montés sur le 737 Max 8, il a acquis un problème de manipulation dans lequel le nez pouvait se cabrer de manière inattendue; s'il n'est pas corrigé, ce tangage pourrait provoquer un décrochage. Le MCAS avait pour but de compenser ce petit comportement en détectant son occurrence et en poussant automatiquement le nez vers le bas pour maintenir l'assiette attendue et éviter un décrochage. Les accidents ont tragiquement révélé des points de défaillance du MCAS; dans ces cas, le MCAS a répondu à une condition d'angle d'attaque élevé faussement indiquée.

Un article assez long a été publié récemment sur The Verge, qui détaille l'histoire de l'évolution du 737 en the Max 8. L'article décrit la raison pour laquelle le MCAS existe et pourquoi il fait ce qu'il fait (à la fois nominalement et à tort), ainsi qu'un bref historique de l'un des aéronefs accidentés jusqu'à ses derniers instants. Je ne sais pas à quel point l'article fait autorité, mais je crois que tous les faits énoncés sont corrects.

Pour ajouter un peu aux réponses existantes, la raison du moment inattendu de tangage sur le 737 MAX, pour autant que je sache, était liée à la partie aplatie sous le capot du moteur.

La racine du problème est que le 737 a été conçu à l'époque des turbosoufflantes à faible contournement (en particulier, le Pratt & Whitney JT8D). En raison du faible taux de contournement autour du noyau, ces moteurs avaient des diamètres beaucoup plus petits que les turboréacteurs à double flux élevé d'aujourd'hui. Le JT8D avait un diamètre de ventilateur de seulement 49 pouces, tandis que le LEAP-1B sur le 737 MAX a un diamètre de ventilateur de 69 pouces (et même celui-ci est notamment maintenu plus petit que le diamètre de 78 pouces sur le LEAP-1As pour la série A320neo. )

En raison de l'augmentation massive du diamètre du moteur avec le passage aux turboréacteurs à double flux élevé, la garde au sol est devenue un problème, car la hauteur du train d'atterrissage a été conçue pour des moteurs beaucoup plus petits. Ainsi, vous verrez même sur la série 737 NG que il y a une partie aplatie sous le capot moteur afin d'améliorer un peu la garde au sol tout en permettant au train d'atterrissage de rentrer dans le puits de roue. Étant donné que les moteurs LEAP du MAX sont encore plus gros que les moteurs CFM56 du NG, la partie aplatie est devenue plus grande afin de s'adapter aux nouveaux moteurs sous l'aile.

737NG avec aplati capots de moteur ( Source)

Il s'avère que cette partie aplatie peut créer une portance importante (et, en raison de son positionnement, un moment à cabrer) à des angles élevés de attaque. Cela amène l'avion à vouloir monter encore plus en hauteur AoA, ce qui est mauvais pour les raisons que Koyovis a déjà bien expliquées. Ainsi, MCAS a été conçu pour empêcher cette tendance de l'AoA à continuer des augmentations non commandées à une AoA élevée en poussant intentionnellement le nez vers le bas si l'AoA devenait trop élevé.

L'idée en elle-même n'est pas nécessairement mauvaise et des systèmes avec des objectifs similaires (pousser le nez vers le bas pour empêcher l'AoA de monter trop haut) existent sur presque tous les avions Airbus encore en vol ainsi que sur d'autres modèles Boeing plus récents. Le problème était lié à la mise en œuvre du MCAS, qui n'a apparemment pas contre-vérifié les entrées des palettes AoA les unes par rapport aux autres ou fait une vérification de santé suffisante sur les entrées des aubes AoA avant d'agir sur l'une des entrées de palette AoA pour pousser le nez vers le bas sans ordre des pilotes. Dans le cas de l'accident éthiopien, les informations préliminaires des enquêteurs indiquent que la palette AoA que le MCAS utilisait pour l'entrée a été probablement complètement arrachée de l'avion, peut-être lors d'un impact d'oiseau ou d'un événement FOD similaire. pendant le décollage. En raison du contrepoids de la palette toujours attaché, cela l'a amené à indiquer une AoA extrêmement élevée, qui à son tour a déclenché le MCAS.

Le MCAS force le nez du 737 MAX vers le bas car, dans certaines circonstances, le nez de l'appareil peut se cabrer et cela peut entraîner un décrochage.

De Wikipedia :

Le système d'augmentation des caractéristiques de manœuvre (MCAS) est un système logiciel de contrôle de vol développé pour le Boeing 737 MAX afin de fournir des qualités de conduite similaires à celles du Boeing 737 NG, en particulier à basse vitesse et à grand angle de vol d'attaque (AoA). Il abaisse le nez sans action du pilote lorsqu'il détermine que l'avion est trop haut en piqué, en fonction des données provenant des capteurs de vitesse, d'altitude et d'angle d'attaque. Cependant, il est susceptible d'être activé par erreur, comme en témoignent les accidents mortels du vol Lion Air 610 et du vol 302 d'Ethiopian Airlines. Le 737 MAX est immobilisé indéfiniment jusqu'à ce que les régulateurs décident que l'avion est en état de équipages de conduite. Ils peuvent également être tenus de suivre des sessions de formation MCAS sur les simulateurs de vol.

IIRC, les modifications apportées au 737 (y compris les nouveaux moteurs qui l'alimentaient) signifiaient que les moteurs devaient être positionnés plus en avant et plus haut. (C'était un cas similaire lorsqu'ils sont passés des "cigares" originaux au CFM-56). Et dans certaines conditions de vol, cela a entraîné un cabrage automatique de l'avion.

Le MCAS a été conçu pour contrer cette tendance, pour éviter que les pilotes n'aient constamment à faire des corrections. Comme il s'agissait d'un comportement inhérent à la nouvelle conception, il a été mis en œuvre de telle manière que les pilotes n'étaient même pas censés savoir qu'un tel système existait sur leur aéronef, à toutes fins utiles, il volait «comme les autres». .

Pour un vol stable, toutes les forces et tous les moments doivent être à l'équilibre. Pour une vitesse et une poussée données, il existe une fenêtre d'angles d'attaque acceptables (AoA) lorsque l'aile produit suffisamment de portance. Si l'angle d'attaque est trop élevé, l'aile cale et l'avion perd brusquement sa portance. L'AoA critique peut être atteinte soit par un tangage excessif pour une vitesse donnée, soit par un ralentissement pour un pas donné.

La conception du Boeing 737 remonte à 1964 et aux derniers 737. sont des évolutions de cette conception. Les différences les plus apparentes dans la conception des avions maintenant au sol sont:

• Longueur de la coque
• Envergure
• Poussée du moteur

Si vous comparez les positions du moteur et le fait que la poussée a doublé avec le temps, vous pouvez clairement voir d'où vient le tangage involontaire.

Ce tangage peut conduire à un décrochage et une contre-action de tangage être effectuée pour éviter une telle situation, car la mise sous tension conduira à un mouvement de tangage supplémentaire.

Notez également que l'intervention MCAS n'a conduit à un désatte que deux fois; dans tous les autres cas qui ne valaient pas la peine d'être documentés, cela fonctionnait comme prévu. Le problème, qui a rendu les 737-MAX à la terre, ne concerne PAS que ce système a été implémenté, mais comment il a été implémenté et comment il a été documenté - qui est une histoire complètement différente. Notez également qu'il ne s'agit pas du premier cas de anti-décrochage un dysfonctionnement du système de sécurité mal documenté entraînant des conséquences désastreuses.

Je ne comprends pas pourquoi un avionneur, un ingénieur ou un développeur de logiciel créerait un appareil qui force le nez de l'avion vers le bas.

Parce que l'histoire l'a prouvé les pilotes eux-mêmes ne le font pas toujours.
Je reconnais que les ingénieurs pensaient que cela améliorerait la sécurité.
En regardant le vol 447 d'Air France, si (un) MCAS était en place, il aurait probablement sauvé l'avion.

En bref, le premier officier a calé l'avion dans l'eau.

Le premier officier Robert se dit: «grimpe» quatre fois. Bonin a entendu cela et a répondu: "Mais je suis au maximum à cabrer depuis un moment!" Le capitaine Dubois s'est rendu compte que Bonin était à l'origine du décrochage, le faisant crier: "Non non non, ne grimpe pas!"

C'est juste un accident où baisser le nez aurait sauvé l'avion .
Je ne blâme pas l'équipage aérien, c'est "contre-intuitif" d'abaisser le nez et une fois que votre cerveau de reptile est en charge, il est difficile de reprendre le contrôle de votre esprit.

Les avions volent avec vitesse. S'ils n'ont pas assez de vitesse, ils tombent comme des briques.

Le nez en bas échange l'altitude contre la vitesse. Vous perdez de l'altitude, mais vous «volez plus».

Le nez en l'air essaie d'échanger la vitesse contre l'altitude. Au mieux, vous gagnez de l'altitude, mais vous «volez moins». Au pire, vous ne gagnez rien, vous glissez simplement en levant les yeux. C'est ainsi que le vol 447 d'Air France s'est écrasé: le copilote a continué à s'arrêter et ils ont perdu toute l'altitude juste à cause de cela.

Le 737 MAX, en raison de sa taille de moteur imprévue, a naturellement tendance à tirer le nez vers le haut, ce qui est super dangereux pour les raisons ci-dessus. Le pousser vers le bas est un moyen de garder ce danger à distance. Le problème n'est pas de pousser le nez vers le bas, mais de le pousser trop souvent et trop. Ils ont remplacé le gros danger par un plus petit - qui s'est malheureusement avéré être encore pire que les moteurs surdimensionnés.

Le vrai problème n'est pas que la portance des nacelles offre un moment de tangage ascendant. Le problème est de savoir pourquoi. La stabilité exige que le centre de portance de l'avion dans son ensemble soit à l'arrière du centre de gravité. La portance totale provient de plusieurs sources, de l'aile, d'une contribution du fuselage, de la contribution due à l'angle de poussée du moteur par rapport à l'angle d'attaque et de la contribution de la nacelle du moteur. À fort angle d'attaque, la contribution de la nacelle du moteur devient significative. Ajoutez toutes ces sources et le résultat est que le centre de portance de l'avion total avance avec un angle d'attaque élevé. À mesure que l'angle d'attaque augmente, le centre de portance se déplace vers l'avant, ce qui entraîne un tangage vers le haut. Au fur et à mesure que l'angle d'attaque augmente, le centre de portance se déplace vers l'avant du centre de gravité et un tangage potentiellement incontrôlé se produit.

J'ai lu un article à ce sujet qui m'a aidé à très bien le comprendre.

Les moteurs construits pour le 737 Max sont très puissants.

Pensez à vous conduisant une moto ou une voiture. Qu'arrive-t-il au niveau du nez de la voiture lorsque vous démarrez à un rythme rapide? Le front monte. Et lorsque vous ralentissez rapidement? Le front descend. Non?

En raison de ce problème selon les ingénieurs, il fallait quelque chose pour contrôler le niveau de l'avion, ce pour quoi le MCAS a été conçu. Pour aider à stabiliser l'avion lors de ces mouvements rapides, les événements s'accélèrent ou ralentissent rapidement.

Avec des données correctes transmises au MCAS, cela fonctionne très bien en stabilisant l'avion tout au long du vol afin que le pilote puisse piloter l'avion comme un 737 tel qu'il a été conçu pour être.

Sans MCAS, le pilote aurait du mal à maintenir l'avion stabilisé lorsque la vitesse de l'avion change. Le pilote ne peut pas se concentrer sur beaucoup de choses sans MCAS.

En un mot, cela avait beaucoup de sens pour moi. Tout avion doté de moteurs puissants aura besoin d'un système de type MCAS pour cette raison. Et il a été conçu pour fonctionner en arrière-plan.

Au volant de nos voitures, de nombreux appareils fonctionnent en arrière-plan, ce qui nous permet de conduire et de nous concentrer sur la route. Même principe ici pour le pilote à cause des nouveaux moteurs puissants.

Je pense que le problème pour Boeing était le risque de prendre du retard sur Airbus en termes de ventes. Ils ont donc modifié le 737 en utilisant des moteurs beaucoup plus gros qui, en raison d'une garde au sol limitée, ont dû être montés de manière à augmenter le risque de décrochage au décollage. Donc, avec un avion qui n'est pas aussi aérodynamique qu'il devrait l'être, Boeing a équipé un système pour surmonter les défauts aérodynamiques, le MCAS. Il semble étrange de produire sciemment un avion qui n'est pas aussi aérodynamique que son prédécesseur, mais dans leur désespoir de suivre Airbus, Boeing a fait exactement cela.