C'est similaire avec les avions militaires. Dans un domaine mature, il devient de plus en plus difficile de créer quelque chose qui est clairement meilleur que ce que nous avons déjà.

Étant donné que chaque nouveau développement coûte tellement cher, les conséquences d'un échec sont immenses. Par conséquent, la direction tentera de réduire le risque d'échec, ce qui augmente à nouveau les coûts et le temps de développement. C'est une spirale auto-renforçante.

Ajoutez à cela le fait que nous n'avons maintenant que deux grands fabricants d'avions civils qui sont tous deux fortement soutenus par leurs gouvernements respectifs et sont trop gros pour faire faillite. Cela crée une ingérence politique qui rend les décisions importantes encore plus complexes et empêche des décisions audacieuses et risquées. Seule l'option la plus sûre * sera choisie après des années et des années de délibérations.

Et je refuse de croire que nous n'en savons pas encore assez en aérodynamique ou en science des matériaux. Lorsqu'un test d'aile permet à l'aile de casser à un facteur de charge de 1,54 (où 1,5 est l'objectif) du premier coup, nous sommes déjà assez bons. Idem pour les performances: les nouveaux modèles atteignent leur consommation de carburant prévue à moins de 2%! Et concernant les nombreux sous-systèmes: COTS. Bien sûr, si vous insistez pour réinventer à nouveau la roue pour un nouvel avion de ligne, alors ces 10 années sont acceptables.

* «Sûr» signifie celui qui promet le plus gros bonus à la direction pour le moment ils tiennent leur position, et avec leur état actuel de connaissances incomplètes. Malheureusement, l'éthique d'entreprises comme Newport News Shipbuilding, dont la devise était: «Nous construirons de bons navires ici - avec un profit si nous le pouvons, à perte si nous le devons, mais toujours de bons navires. a été perdue pour la culture MBA de Harvard qui se concentre sur les résultats à court terme.

De nombreux facteurs inévitables contribuent au développement prolongé des aéronefs:

• Le développement des aéronefs implique une grande variété de sous-systèmes. Exemples: les surfaces aérodynamiques , la structure mécanique (les deux premiers sont physiquement identiques), la propulsion, les systèmes électriques, les systèmes hydrauliques, l'avionique, le train d'atterrissage, la cabine passagers, la gestion de l'air de la cabine, la soute, les systèmes d'urgence, le dégivrage, les opérations, le personnel, la formation des pilotes , construction d'un simulateur de vol dédié, fabrication, chaîne d'approvisionnement, conception pour la maintenance et le recyclage, rédaction de manuels de maintenance et d'exploitation, etc.

• Tous les systèmes d'avion sont fortement couplés . Si vous modifiez un composant, cela a des effets sur tout l'avion. Cela est particulièrement vrai pour l'aérodynamique, la masse totale, le centre de gravité et la consommation de carburant.

• Tout est conçu près de la limite. Alors que la plupart des composants des machines d'usine, des tracteurs et autres peuvent être conçus avec d'énormes facteurs de sécurité, tous les composants d'aéronefs sont généralement aussi solides, aussi rigides, aussi grands, ... qu'ils le doivent. Les facteurs de sécurité typiques sont seulement 1,5x ou 2x les pires conditions de fonctionnement attendues. Avec des facteurs de sécurité plus élevés, l'avion ne volerait probablement pas et vous ne pourriez certainement pas rivaliser avec d'autres entreprises.

• L'effet boule de neige. Si, au cours des étapes de conception ultérieures, un petit composant a besoin de plus de puissance ou de masse ou a plus de traînée que ce qui était pris en compte dans la conception préliminaire, cet effet se multiplie. Un exemple: les forces sur une surface de contrôle de queue sont plus élevées que prévu. Vous avez donc besoin d'un plus gros cylindre pour le déplacer. Cela ajoute du poids et déplace le centre de gravité vers l'arrière. Pour continuer à voler avec ce petit poids supplémentaire, vous avez besoin de plus de carburant. Mais cela signifie que vous avez besoin d'un réservoir supplémentaire. Vous voulez mettre celui-ci à l'avant de l'avion pour déplacer le centre de gravité là où il doit être, mais vous avez besoin d'un tuyau supplémentaire et d'une pompe à carburant qui va à ce réservoir. Tout cela ajoute encore plus de poids. Et bientôt, vous êtes trop près du mur du son pour que voler plus vite ne le résoudra pas, vous avez donc besoin de plus grandes ailes. Et cetera.

• Itérations. En raison des trois points précédents, les concepteurs seront souvent obligés de reconsidérer les décisions précédentes et de refaire certaines parties de l'effort de conception. Si cela se produit trop souvent, l'avion ne se fait jamais. Par conséquent, lors de la conception préliminaire, les concepteurs d'avions prennent grand soin d'estimer correctement ce qui est possible en termes de paramètres de conception globaux (budget de poids, budget de carburant, forme d'aile, emplacement de l'aile, numéro de moteur, emplacement du moteur, poussée du moteur, etc.) et de les corriger. Et il en va de même pour les principaux paramètres de tout sous-système lors de la conception préliminaire du sous-système. Cela réduit le besoin d'itérations, mais elles jouent toujours un rôle important dans le développement des avions. De nombreuses séquences de conception individuelles doivent être répétées jusqu'à la conception finale de chaque sous-système.

• L'aérodynamique est mal comprise. Cela est d'autant plus vrai que vous vous rapprochez du mur du son (les avions de ligne se rapprochent) et dans la couche limite (et ce sont toutes les molécules d'air en direct proximité de l'aéronef; toutes les équations aérodynamiques avec lesquelles nous travaillons fonctionnent essentiellement sur l'aéronef plus la couche limite, dont nous ne connaissons pas la forme). Par conséquent, la conception pour l'aérodynamique est une supposition. Et le seul moment où vous pouvez réellement vérifier si votre conception aérodynamique possède les propriétés requises, c'est lorsque vous effectuez les tests en vol. La conception prend beaucoup de temps pour augmenter vos chances que les tests en vol se passent bien. Voir le paragraphe sur la modélisation.

• Nous en savons encore moins sur la science des matériaux. Pour l'aérodynamique, nous avons des équations aux dérivées partielles dérivées de la physique fondamentale qui modélisent le flux d'air assez précisément. Nous ne savons tout simplement pas comment les résoudre. Mais il n'existe aucun moyen précis à distance de modéliser les modes de défaillance de l'aluminium (ou de tout autre matériau) en se basant uniquement sur des lois physiques ou chimiques fondamentales. De plus, les conceptions d'avions modernes intègrent de plus en plus de matériaux composites qui sont encore plus difficiles à modéliser. C'est donc encore plus d'essais et d'erreurs.

• Aéroélasticité. Ce sont les interactions dynamiques entre l'aérodynamique et la mécanique des matériaux. Ces interactions peuvent faire vibrer l'aile si fort qu'elle se brise. Ce domaine est particulièrement difficile à comprendre car nous avons déjà beaucoup de mal avec l'aérodynamique et les matériaux. Pourtant, nous devons concevoir pour cela, ce qui implique beaucoup de modélisation et de tests.

• La plupart des aspects de la conception des avions nécessitent plusieurs étapes de modélisation. En raison de notre compréhension limitée, nous ne pouvons pas simplement avancer, faire des suppositions, construire l'oiseau et espérer qu'il vole. Cela pourrait tuer notre pilote d'essai. Et il faudrait repartir de zéro. Nous fabriquons donc beaucoup de modèles de réalité. Par exemple, pour la conception des ailes, nous commençons par des calculs de fond de l'enveloppe, puis construisons des modèles aérodynamiques informatiques pour affiner nos options, puis mettons quelques modèles d'ailes simples dans la soufflerie et voyons comment ils fonctionnent. Ensuite, nous répétons ces processus avec des winglets et des volets ajoutés à l'aile. Plus tard, nous faisons le test de combat qui n'est également qu'un modèle de la quantité infinie de conditions de fonctionnement possibles. Pour vérifier de nombreux composants mécaniques (petits et grands), nous concevrons des configurations de test pour déterminer comment ils se déforment et quand ils se cassent. Cette vidéo montre à quoi cela ressemble pour une aile entière. Nous modélisons tous les sous-systèmes mentionnés dans la première puce. Toute cette modélisation demande beaucoup de temps et de ressources. Par exemple, plusieurs avions complets doivent être construits pour la dernière étape de la modélisation, les essais en vol proprement dits. Il faut beaucoup d'efforts pour concevoir ces modèles de manière à ce qu'ils modélisent le plus fidèlement possible la réalité. Surtout les modèles informatiques sont souvent loin. Ainsi, en plus de tous les efforts pour créer, valider et exécuter des modèles, des itérations sont nécessaires lorsqu'un modèle s'avère incorrect.

• Les fabricants doivent prouver que les avions ne tomberont pas du ciel. Cela nécessite beaucoup de paperasse, d'analyses et de tests. Et traiter avec l'autorité aéronautique responsable (la FAA aux États-Unis) n'est pas toujours rapide.

• La gestion de toutes les personnes impliquées entraîne inévitablement des retards. En raison de toutes les complexités mentionnées ci-dessus, des milliers de personnes sont impliquées dans le développement d'un nouvel avion de ligne. Et ils ne travaillent pas seulement chez le constructeur d'avion. De nombreux sous-systèmes sont conçus par d'autres sociétés. Et ils ont aussi des fournisseurs. La gestion de toutes les personnes et entreprises impliquées ne peut pas toujours être parfaitement efficace.

• contraintes non techniques Tous les problèmes techniques mentionnés ci-dessus le signifient déjà prend au moins une décennie pour faire décoller un nouvel avion de ligne. Les retards supplémentaires résultent souvent de la malchance, de la politique, du manque de financement, du manque d'ingénieurs expérimentés, du manque d'urgence, d'erreurs de gestion et d'incompétence à tous les niveaux.

Si cette description sonne circulaire, c'est parce que ça l'est. Dans le développement d'aéronefs, il est facile de tourner en rond si l'ingénierie des systèmes n'est pas très bien faite.

Au moment où un programme d'avion est annoncé au monde, il aurait déjà eu quelques années de développement conceptuel avec une équipe d'une douzaine de personnes. Les objectifs commerciaux / commerciaux, les dimensions et la disposition de base, les objectifs de performance et de poids, ainsi que les décisions de conception critiques qui définissent l'avion auraient été prises. Au moins un ou deux essais en soufflerie auraient également été effectués.

Les deux prochaines années seront la conception préliminaire, se concentrant sur la finalisation des principales exigences des systèmes aéronautiques, la conception de la ligne de modèle externe, le dimensionnement de la surface de contrôle et la sélection des fournisseurs de niveau 1. De nombreux essais en soufflerie seraient effectués à cette phase, et la conception se déroule de manière itérative jusqu'à ce que les boucles soient fermées autour de toutes les principales disciplines. À ce stade, l'équipe originale d'une douzaine d'ingénieurs aura atteint des centaines de personnes.

Les 2-3 prochaines années seront une conception détaillée, itérant parmi les avionneurs et les fournisseurs pour s'assurer que les exigences peuvent être satisfaites / sont satisfaits et les problèmes sont résolus. La production de plusieurs prototypes de véhicules d'essai en vol (FTV) commencerait également à un moment donné. De nombreuses simulations de pilotes en boucle se déroulent dans les coulisses pour affiner les systèmes de contrôle de vol, l'avionique et travailler à la sécurité de vol pour le premier vol.

Ceci est suivi par 1 à 2 ans de développement et d'essais en vol de certification. Les tests en vol de développement garantissent que l'avion et les systèmes se comportent de manière satisfaisante et conformément à la certification, et les choses sont réglées si ce n'est pas le cas. Pour condenser les horaires d'essais en vol, chaque véhicule d'essais en vol sera relégué dans des domaines particuliers: par exemple, un pour l'aérodynamique / performances / commandes, un autre pour la pneumatique / hydraulique / électrique, etc. Une fois le réglage terminé, les essais en vol de certification commencent avec l'équipage de conduite de l'agence de régulation à bord.

Si tout se passe bien, l'avion obtient la certification de type de l'agence principale et la mise en service suit peu de temps après.

Ce qui précède est un calendrier de développement assez optimiste. Tout problème majeur de conception découvert en cours de route (le plus tard dans le programme, plus l'impact est mauvais) pourrait facilement allonger le calendrier d'années, ajoutant des milliards au coût de développement. Exemples: certifiabilité du système électrique dans l'A380, problèmes de fabrication et d'intégration avec le B787, loi de contrôle et explosion du moteur dans l'A220, problèmes de fabrication et explosion de poids dans Lear 85 (qui a fini par tuer le programme).

Les avions sont des machines complexes. Un Boeing 747 se compose de ~ 6 millions de pièces, qui doivent toutes être conçues, testées et certifiées.

Comparez cela aux voitures, qui ont environ 10 000 pièces. Le développement d'une nouvelle voiture prend 2 à 3 ans.

Les avions fonctionnent également à la pointe de la technologie (c'est-à-dire en utilisant les matériaux, les techniques de conception et les méthodes de construction les plus avancés). Pour créer un design sensiblement meilleur que son prédécesseur, vous devrez peut-être faire progresser l'état de l'art, ce qui signifie que votre processus de conception commence par la recherche fondamentale. Ensuite, cette recherche doit être préparée pour la production, les nouveaux produits doivent être testés pour s'assurer qu'ils sont sûrs à utiliser, etc.

Les tests et la certification sont une entreprise massive. Pour chacun de ces 6 millions de composants, vous devez avoir une trace papier qui prouve qu'il a été conçu, fabriqué et assemblé correctement. Vous devez effectuer des tests à grande échelle (par exemple, des tests de fatigue accélérés où une cellule entière est placée dans une plate-forme hydraulique pour simuler les charges de vol) qui peuvent prendre des mois.

Ensuite, il y a l'outillage. Pour bon nombre de ces 6 millions de pièces, vous avez besoin d'outils et de gabarits personnalisés afin de pouvoir produire les pièces de manière répétée et fiable. Vous devez développer le processus de fabrication.

J'ai trouvé cet article Wikipédia très utile pour répondre à votre question

Le processus de conception de l'avion est une méthode vaguement définie utilisée pour équilibrer de nombreuses exigences concurrentielles et exigeantes pour produire un aéronef qui est solide, léger, économique et peut transporter une charge utile adéquate tout en étant suffisamment fiable pour voler en toute sécurité pendant la durée de vie de conception de l'aéronef. Semblable mais plus exigeante que le processus de conception technique habituel, la technique est hautement itérative, impliquant des compromis de configuration de haut niveau, un mélange d'analyse et de tests et l'examen détaillé de l'adéquation de chaque partie de la structure. Pour certains types d'aéronefs, le processus de conception est réglementé par les autorités nationales de navigabilité.

Le développement d'un nouvel avion de passagers à partir de zéro ne prend pas une décennie. Deux ans, c'est bien assez long.

Le problème avec Boeing est qu'ils ont gaspillé la meilleure partie de 10 ou 20 ans à s'amuser avec des idées (par exemple le Sonic Cruiser) qui ne intéressaient aucun client, et que La direction de haut niveau de Boeing ne pouvait pas choisir entre fabriquer un dérivé de l'un de leurs produits existants ou concevoir quelque chose de nouveau.

Et bien sûr, au cours de ces décennies, de nombreux ingénieurs expérimentés de Boeing qui savaient comment développer un avion en deux ans a trouvé un autre emploi qui était plus intéressant que de jouer avec des "avions en papier" et de voir leurs managers échouer à prendre des décisions et engager de l'argent pour les mettre en œuvre.

Il y a de merveilleuses histoires de clients aériens au cours de ces dix années. Par exemple, à une occasion, une équipe de vente de Boeing a présenté sa "dernière stratégie" lorsque le chef d'équipe de la compagnie aérienne les a arrêtés et leur a dit: "C'est exactement la même présentation que vous nous avez donnée il y a cinq ans, et vous ne l'avez pas fait nous en avons livré tout au cours de ces cinq années. Alors pourquoi perdez-vous notre temps à nous raconter les mêmes contes de fées? " L'équipe de Boeing a nié qu'il s'agissait du même message - jusqu'à ce que le client effectue une recherche rapide dans son système de classement et revienne avec exactement le même matériel de présentation daté de cinq ans plus tôt. Fin de l'argumentaire de vente.

De l'autre côté de l'Atlantique, Airbus a conçu une stratégie (pas forcément la "meilleure" stratégie, mais assez bonne), s'est mis à la mettre en œuvre et a rattrapé Boeing à raison de plus d'un an par an ...

Travaillant pour un fabricant de moteurs et interagissant avec les deux sociétés, la différence était la craie et le fromage. Airbus savait où ils allaient et n'avait pas peur de botter @ ** pour y arriver. Boeing était généralement considéré comme un groupe de perdants de temps ignorants, les quelques gars qui savaient vraiment de quoi ils parlaient étant en retard de 10 ans ou plus sur l'état de l'art.

Joe Sutter a commencé la conception du 747 en 1965 et le premier vol a eu lieu en février 1969. Les pratiques de conception et les processus de fabrication se sont considérablement améliorés depuis, donc la question cruciale de savoir pourquoi il faut tant de temps pour concevoir des avions commerciaux 50 ans après le 747, c'est probablement la sécurité, mais comme l'a démontré le fiasco MAX, pas la sécurité des vols, des avions ou des passagers, mais plutôt la gestion et la sécurité des actionnaires. Le 747 était un pari qui a failli faire faillite Boeing. Cela a porté ses fruits grâce à des personnes qui ont eu le courage, la clairvoyance et l'autorité nécessaires pour prendre des décisions risquées qui ne porteraient pas leurs fruits au cours du trimestre en cours ou même du prochain trimestre.

Je fais un commentaire au-dessus d'une réponse car je pense que c'est un facteur important: Sécurité .[

Une différence entre les avions et les autres appareils complexes est l'exigence d'un niveau de sécurité inhabituel. La raison en est qu'il n'y a pas de simple avion en «mode sans échec» auquel les avions peuvent se rabattre en cas d'erreur irrémédiable, comme le peuvent presque tous les autres appareils (les machines, les voitures et les trains peuvent généralement s'arrêter simplement!).

Le développement de systèmes vitaux avec des exigences de sécurité aussi strictes est fortement réglementé et formalisé, ce qui conduit à un rythme de progrès plutôt glacial. Chaque ligne de code, chaque spécification et conception de pièce, chaque révision est vérifiée et revérifiée, documentée et archivée, auditée et approuvée, à plusieurs niveaux, du détail à la construction globale. Le résultat est que les avions sont incroyablement sûrs, même s'ils fonctionnent à des vitesses élevées dans les airs. Les taux de défaillance des trains, des voitures ou des smartphones seraient totalement inacceptables pour les avions.

La seule construction technique à laquelle je peux penser qui a des exigences de sécurité similaires, et qui peut ne pas avoir un chemin facile vers un état sûr non plus, sont les centrales nucléaires, et elles prennent également beaucoup de temps à se développer. , même s'il n'y a pratiquement aucune restriction de poids: ils généralement ne volent pas.