117.41 - Introduction

En ce qui concerne l'état de fonctionnement des installations sol de radionavigation, les enquêteurs ont examiné les comptes-rendus de contrôle de ces stations ainsi que les résultats des mesures effectuées les 23, 24 et 28 janvier 1992.

En effet, à la suite de l'accident, le, BEA avait chargé le STNA de vérifier en vol la qualité des aides radioélectriques que le F-GGED avait pu utiliser au cours de son approche à destination de Strasbourg Enztheim.

ce contrôle en vol avait les objectifs suivants:

- vérification du fonctionnement du VOR de Strasbourg;

- recensement des stations DME ou TACAN reçues au

cours de la procédure;

- vérification de la qualité des informations de

distance reçues;

- détection de brouilleurs éventuels.

A cet effet, un banc de mesure installé à bord de l'avion et des installations spécifiques au sol pour fournir la référence trajectographique ont été mis en oeuvre.

Il convient de noter que l'ensemble de l'infrastructure VOR fait périodiquement l'objet de

contrôles en vol.

En ce qui concerne les stations DME, le STNA précise que le test d'intégrité permanent de ces stations s'effectue sur toute la chaîne de traitement, depuis la réception de l'interrogation avion jusqu'à l'émission de la réponse station sol. Ce dispositif rend inutile le contrôle en vol de la fiabilité du test. Seules des informations de réception DME sont fournies sur demande aux techniciens au sol par un avion en vol, avant la mise en service des stations, pour corriger le phénomène des zanes aveugles.

Un majorant des erreurs dues à la station TACAN et aux multitrajets est évalué à 450 m (0,25 NM).

101

117.42 - Analyse des résultats des contrôles en vol et au sol

117.421 - Station VOR de Strasbourg (STR)

117.421.1 - Un contrôle en vol du 24 juillet 1991

L'erreur moyenne relevée sur l'axe d'approche était de 0,5°. Le taux de modulation était dans les

tolérances.

Note : en France il est recommandé que l'erreur d'alignement d'un axe

radial support de procédure d'approche soit inférieure à +/- 1,5°.

Une inspection "haute altitude" avait été effectuée en novembre 1991 : l'erreur moyenne relevée

était de 0,4°.

117.421.2 - Contrôle réalisé le 23 janvier pour les besoins de l'enquête

Il a été noté qu'il n'y a pas eu d'intervention dans le mois qui a précédé l'accident.

Une première série de mesures a été réalisée en parcourant une orbite autour du VOR à une distance d'environ 4 NM et à 1300 pieds, c'estàdire sous un site de 3°. L'erreur moyenne relevée est de l'ordre de 0,1°. La différence constatée avec la valeur obtenue lors du contrôle "haute altitude" s'explique par le fait que les mesures n'ont pas été effectuées à la même distance de la station, ni au même moment. Elles sont toutes à 1 'intérieur des tolérances.

Note : l'OACI ne spécifie pas de tolérances applicables à l'erreur moyenne

mesurée à une distance donnée sur 360° autour de la station. En France le

réglage des stations est fait de manière à conserver une erreur moyenne

inférieure à +/- l°.

Le taux de modulation „30 Hz Var" moyen mesuré était à l'intérieur des tolérances OACI.

Quant au taux de modulation „9960 Hz Ref", il a été trouvé hors tolérances OACI. Une simulation de ce phénomène a montré que l'erreur induite sur l'indication était de l'ordre de 0,1°.

D'autres séries de mesures ont été effectuées sur les radials 251, 241, 237 et 231' à 5000 pieds d'altitude, depuis 20 NM jusqu'au VOR. On constate qu'il n'y a pas de perte d'information VOR et que les caractéristiques des radials (erreur moyenne et taux de modulation) sont à l'intérieur des tolérances.

102

L'erreur moyenne relevée sur le radial d'approche 231° est de +0,9°.

Note : compte tenu de la convention de signe adoptée, ceci signifie qu'en

sélectant le QDM 051°, le maintien d'un écart angulaire nul se traduit par une

trace sol de l'avion située approximativement sur le QDM 052° de la station, à

gauche de l'axe d'approche finale publiée.

Enfin des mesures ont été effectuées sur le radial 311° qui correspond à l'axe VOR STR - VOR GTQ. Les caractéristiques des radials de ces deux VOR sont à l'intérieur des tolérances.

En conclusion, le contrôle de la station VOR STR a mis en évidence que les erreurs d'alignement sur les axes de la procédure d'approche 05 et sur les radiales inspectées sont conformes aux normes OACI, malgré un taux de modulation „9960 Hz Réf" hors tolérances.

Des irrégularités sont constatées entre 9 et 8 NM de la station. On les retrouve lors de l'exécution de l'approche. Elles sont attribuables à des multitrajets (composition du signal direct et de signaux réfléchis par un obstacle tel que le relief environnant).

Du point de vue des normes OACI où les irrégularités mesurées sur les radials VOR doivent être inférieures à +/ -3°, il convient de rappeler que cette valeur est donnée pour 95 % des cas. Les points relevés sur l'enregistrement et atteignant +/- 4° correspondent à des durées très faibles et ne suffisent donc pas pour déclarer ce radial "hors normes".

Cependant de telles irrégularités peuvent entraîner une instabilité de l'indication VOR. La perturbation a un caractère sinusoïdal basse fréquence, d'amplitude maximale comprise entre 3 et 4°.

Un calculateur de simulation du récepteur Collins-700 a permis dévaluer la réponse de ce récepteur à un signal tel que celui enregistré le 23 janvier. La courbe de réponse obtenue montre que les oscillations du signal d'entrée sont reproduites en sortie du récepteur, légèrement atténuées et déphasées comme il est prévisible compte tenu du filtrage.

Par ailleurs, la trajectoire du FGGED était plus basse que celle de l'avion du contrôle en vol, et dans les toutes dernières secondes du vol, le FGGED, masqué par le mont La Bloss, se trouvait sous l'horizon radio de la station VOR STR. Cette occultation est de nature à provoquer une altération supplémentaire de l'indication VOR.

103

Enfin, il convient de noter que le signal ne se réfléchit pas de la même façon selon que la surface de réflexion est enneigée ou non. Bien que les vols de contrôle aient été effectués dans des conditions d'enneigement semblables à celles rencontrées au moment de l'accident, il n'est pas possible d'affirmer que le signal VOR reçu par le F-GGED était identique à celui enregistré lors de ces contrôles en vol.

En résumé, bien que l'on ne soit pas en mesure d'affirmer que les conditions de réflexion du signal VOR aient été le jour du contrôle en vol identiques à celles rencontrées par le FGGED sur sa trajectoire, il est très probable que les irrégularités du signal se soient traduites par des mouvements de l'aiguille et de la barre d'écart VOR d'amplitude comparable.

117.422 - Station TACAN de Strasbourg (STR)

Parallèlement au contrôle des radials VOR s'effectuait à bord de l'avion un contrôle de la validité des informations de distance.

De plus l'avion a exécuté un circuit en hippodrome complet à partir du VOR STR à 5000 pieds d'altitude, puis un nouveau circuit avec alignement sur le QDM 057° du VOR après le virage de procédure et descente depuis 5000 pieds pour survoler le site de 1 'accident à basse hauteur. Aucune perte d'information TACAN n'a été constatée et les distances fournies étaient valides.

En conclusion, la réception de l'information distance du TACAN STR a été satisfaisante dans le volume d'espace exploré.

Mesures sur le DME de Grostenguin (GTQ): aucune perturbation due

au DME de GTQ ou à un autre DME n'a été constatée au cours de

l'approche 05. En outre, aucune information n'a été reçue sur la

fréquence de GTQ lorsque pour cet essai, la station a été coupée par

le service technique.

Dans le cadre des contrôles au sol programmés de la station TACAN, celui effectué le 28 février 1992 a montré un fonctionnement nominal de la partie "mesure de distance" du TACAN. Deux avions militaires ont validé les informations de la balise.

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117.423 - Informations reçues au cours de l'exécution de l'approche

Au cours de la procédure d'approche, le système de contrôle en vol utilisé a permis la réception d'informations valides de 12 stations* DME ou TACAN différentes, et parmi elles de il à 3 simultanément (3 à une altitude de 500 pieds sur l'axe d'approche).

Ces informations étaient de bonne qualité et aucun brouilleur n'a été détecté. Aucun rayonnement d'une station inconnue n'a été trouvé.

(*) : Liste alphabétique des stations DME ou TACAN reçues au cours du vol du 28

janvier :

BGT (TACAN Bremgarten, Allemagne), BLM (VOR/DME Bale), CLR (TACAN Colmar), GTQ

(VOR/DME Grostenquin), HOC (VOR/DME Hochwald, Suisse), LHR (TACAN Lahr,

Allemagne), MCY (DME Etain, Meuse), NAY (TACAN Nancy-Ochey), PB (DME Phalsbourg,

Moselle), SAA (TVOR/DME Saarbrucken, Allemagne), SLN (TACAN Sollingen,

Allemagne), STR (VOR/TACAN Strasbourg).

117.5 - Recherche du mode de pilotage automatique vertical en approche finale.

117.51 Introduction

En mode „sélecté", le pilotage automatique latéral et vertical de l'avion comporte deux références de trajectoire possibles, qui associent les modes latéraux et verticaux correspondants: la référence "HEADING/VERTICAL SPEED" (HDGVS) et la référence "TRACK/FLIGHT PATH ANGLE" (TRK/FPA). La connaissance de la référence effectivement utilisée par l'équipage du FGGED lors du dernier virage et de la descente finale est un élément important de compréhension de l'accident. Or cette information n'est pas enregistrée sur le QAR (ni sur le DFDR). D'autre part aucun élément de l'enregistrement CVR ne permet de connaître cette référence.

On a donc tenté, par le raisonnement, d'établir quel était la référence utilisée en utilisant les données disponibles sur le QAR.

117.52 - Présentation de la simulation

On a procédé à une simulation numérique de la partie du vol comprise entre le temps QAR 2900 (l'avion est en fin d'éloignement au cap 231) et le temps 3035 (l'avion se stabilise en descente à 3300 ft/mn). Cette simulation consiste à calculer, à partir du modèle numérique du vol de l'avion, les valeurs des paramètres représentatifs de la trajectoire obtenue sous différentes hypothèses : référence HDG-VS ou TRK- FPA, hypothèses sur la sélection des valeurs de consigne par l'équipage. On a comparé ces paramètres

105

avec ceux enregistrés sur le QAR du F-GGED, et on a déterminé l'hypothèse qui conduit à la meilleure

corrélation entre valeurs calculées et valeurs enregistrées.

Note : cette simulation a été arrétée au temps 3035, instant de sortie des

aérofreins, car l'effet de la sortie progressive des aérofreins est

difficilement modélisable avec ta précision suffisante dans la simulation

utilisée, où les paramètres ( vitesse verticale ou angle de descente) évoluent.

117.53 - Examen de l'hypothèse d'un changement de référence de trajectoire entre le début du dernier virage et l'instant de l'accident

L'analyse du fonctionnement du pilote automatique montre que tout changement de mode entraîne, par conception, l'identification de la consigne (de cap et, si le mode est activé, de vitesse verticale, en référence HDG-VS; de route et, si le mode est activé, d'angle de descente, en référence TRK/FPA;) à la valeur instantanée du paramètre considéré au moment du changement de mode.

Si la trajectoire n'est pas rectiligne stabilisée, ceci se traduira par un àcoup sur le braquage des ailerons et l'assiette latérale, ou sur la gouverne de profondeur.

A titre d'exemple, prenons le cas d'un virage de 90° par la droite en mode TRK à partir d'une route vers le nord. La consigne „TRK 90°" a été sélectionnée et l'avion est en virage à droite. Si en cours de virage le pilote passe en mode HDG, la consigne du pilote automatique devient instantanément la valeur du cap au moment du changement de mode, par exemple "HDG 52°". Mais puisque l'avion est en évolution, ce cap tend à être dépassé par inertie, et le pilote automatique devra déclencher une correction, qui se traduit par un à-coup de braquage des ailerons dans le sens inverse du virage, pour venir rechercher le cap cible acquis au moment de l'engagement du mode. Un raisonnement analogue vaut pour le plan vertical, lors de la phase dynamique d'une mise en descente.

Dans le cas du F-GGED, on ne trouve pas d'à-coup de ce type sur les enregistrements du QAR, ni sur l'assiette latérale pendant la durée du virage, ni sur la gouverne de profondeur pendant la mise en descente.

L'analyse des enregistrements QAR permet donc de dire qu'aucun changement de référence de trajectoire n'a pu se produire à partir de la mise en dernier virage.

106

117.54 - Détermination du mode de pilotage vertical

Une fois démontrée cette permanence de la référence, il reste à déterminer lequel des deux couples, HDG/VS ou TRK/FPA, a été le plus probablement utilisé par l'équipage dans cette phase de vol.

L'analyse repose sur deux arguments.

Le premier concerne le degré de conformité, suivant la référence retenue, des valeurs calculées et des valeurs enregistrées pour les paramètres représentatifs : cap ou route, vitesse verticale.

Le second concerne les instants de sortie de manoeuvre définis par le pilote automatique à l'approche des valeurs de consigne.

117.541 - Comparaison valeurs calculées / valeurs enregistrées pour les paramètres de trajectoire

Le premier paramètre qu'il est nécessaire de déterminer est le vent (intensité et direction). Pour cela on a calculé la différence vectorielle entre la vitesse vraie (Vtas) et la vitesse sol (Vsol) établie à partir des informations IRS qui sont disponibles sur le QAR.

La Vtas n'est pas enregistrée sur le QAR. Elle se détermine en appliquant à la vitesse air Vcas, qui est enregistrée, une correction de densité. Le jour de l'accident, la température à 5000 ft était inférieure de 10° à la température standard.

En traçant sur un même diagramme les modules de la vitesse vraie ainsi calculée et de la vitesse sol lue sur le QAR, on relève le point où ces deux courbes se coupent: la vitesse sol et la vitesse vraie sont égales en module a l'instant QAR 2937. Le cap avion est alors à 161° et la route est à 166°. On en déduit en construisant le triangle des vitesses que le vent vient du 074° et que son intensité est de 20 Kts.

Cette valeur est confirmée à l'instant QAR 2900: cap 230, Vcas=231 kts, Vtas =242 Kts; en prenant le vent déterminé plus haut on obtient Vsol=260 Kts, ce qui est conforme à la donnée QAR.

Note : Le Calcul précédent ne tient pas compte de l'erreur sur la vitesse sol. Cette erreur est due à la dérive de la centrale inertielle (IRS 1). C'est un vecteur de direction et de module constant sur (léchette de temps considérée (quelques minutes). On évalue dans la suite l'effet d'une telle erreur en la décomposant en un vecteur parallèle à l'axe d'approche et un vecteur normat à cet axe.

107

La simulation est lancée avec les conditions initiales suivantes : cap 231, altitude pression 4750 ft, vitesse air Vcas 230 Kts. Elle est effectuée d'une part en référence TRK-FPA, d'autre part en référence HDG-VS. Elle prend en compte les événements suivants, en respectant les intervalles de temps relevés sur le QAR :

- changement de consigne de cap ou de route sélecté(e)

(probablement pour la valeur 090°) (temps QAR 2902);

- décélération de 230 Kts vers 180 Kts (temps QAR

2912) ;

- passage en configuration 1 (becs 18° / volets 0°)

(temps QAR 2927);

- nouveaux changements de consigne de cap ou route

sélectés pour rejoindre l'axe de piste (temps QAR

2945, 2986);

- passage en configuration 2 (becs 22°/volets 15°)

(temps QAR 3000);

- mise en descente en mode V/S ou FPA (temps QAR 3006);

- sortie du train (temps QAR 3010);

Pour ce qui concerne le mode latéral, on constate que les tracés sur le cap, la route, 1 'assiette latérale et les braquages ailerons, obtenus par simulation en mode HDG sont sensiblement plus proches des tracés tirés du QAR que ceux obtenus par simulation en mode TRK, notamment lorsque l'inclinaison latérale désature de la valeur limite de 25° en sortie de virage.

Pour ce qui est du mode vertical, on constate également que les tracés obtenus en mode VS sur la vitesse verticale, l'assiette longitudinale et le braquage de la gouverne de profondeur sont plus proches des tracés tirés du QAR que ceux obtenus par simulation en mode FPA. En particulier, en mode FPA, il faut sélecter la valeur maximale d'angle de descente affichable (9°9) pour se rapprocher de l'enregistrement avion, mais la vitesse verticale maximum atteinte (de l'ordre de 3050 ft/mn) reste éloignée de la valeur enregistrée d'un écart (200 ft/mn) nettement supérieur à la précision nominale de tenue du paramètre par le pilote automatique (+/ -50 ft/mn).

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117.542 - Détermination de l'instant de désaturation du mode PA

vertical

En analysant la structure des lois de pilotage en mode VS, on note que la variation d'assiette longitudinale commandée par le pilote automatique est d'abord proportionnelle à l'écart entre la vitesse verticale de 1 'avion et la valeur sélectée par le pilote (consigne), puis constante lorsque cet écart dépasse une certaine limite. On dit alors que la boucle de pilotage est "saturée".

Dans le cas du vol de 1 'accident, cette valeur de saturation de l'ordre de variation d'assiette est de 1050 ft/mn. En effet le passage en configuration 2 avait induit par effet hypersustentateur une vitesse verticale positive de plus de 500 ft/mn alors même que l'équipage commandait une descente. Dans ce cas l'autorité du pilote automatique est augmentée (la valeur de saturation standard est de 350 ft/mn) .

Ce principe de saturation a la conséquence suivante: que l'on sélectionne (dans ce cas) une vitesse verticale négative de 1050ft/mn ou de 6000ft/mn (valeur maximum sélectable), l'allure du début de la mise en descente est identique, et la mise en descente s'effectuera avec la même accélération verticale, bien que l'avion ne soit pas piloté en facteur de charge dans cette phase (variation du facteur de charge voisine de 0.12/0.13g dans ce cas). Seule la durée de l'accélération sera différente.

A l'approche de la valeur sélectée, le pilote automatique commande une variation d'assiette dans le sens inverse de la précédente. On dit que la boucle de pilotage automatique '"désature". Cette désaturation se produit donc 1050ft/mn avant la valeur cible, soit à -2250 ft/mn si la valeur sélectée était de -3300 ft/mn. Elle se traduit par un à-coup sur la gouverne de profondeur, l'apparition d'une variation rapide d'environ + 0,1 g sur l'accélération verticale, une cassure de l'allure de l'assiette, et une courbe de vitesse verticale arrondie.

Note : La vitesse verticale enregistrée sur le QAR est une vitesse

verticale barométrique (Vz). Afin d'obtenir ce méme paramètre, La vitesse

verticale barométrique calculée par la simulation est obtenue en affectent la

vitesse verticale géométrique du coefficient de correction de température:

(1 - (T°-TISA) / T°).

L'analyse de la structure des lois de pilotage en mode FPA conduit à des constatations analogues. La variation d'assiette longitudinale commandée par le pilote automatique est saturée lorsque l'écart entre l'angle actuel et l'angle sélecté dépasse une certaine limite.

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Dans le cas du vol de l'accident, cette valeur de saturation de l'ordre de variation d'assiette est de 585 deg*kt. En effet le passage en configuration 2 avait provoqué un angle de montée de plus de 1,5° alors même que l'équipage commandait une descente. Comme dans le mode VS, l'autorité du pilote automatique est augmentée dans ce cas: la valeur de saturation standard est de 195 deg*kt sinon.

La désaturation se produit donc dans les mêmes conditions 585 deg*kt avant la valeur cible, soit 3.4° avant l'angle sélecté (comptetenu de la vitesse sol de 170 kts). Si la valeur sélectée était de 9°9 et si on convertit ces données en vitesse verticale, on trouve que le point théorique de désaturation en mode FPA correspond à une Vz de 1965 ft/mn. Ce point se traduira par les mêmes phénomènes que la désaturation en mode VS : on peut observer un àcoup sur la gouverne de profondeur, et l'apparition d'une variation rapide d'environ + 0,1 g sur l'accélération verticale.

La simulation numérique prédit par conséquent un point de désaturation situé nettement plus tôt dans le temps en mode FPA (Vz= -1964 ft/mn) que dans le cas du mode VS (Vz= -2250 ft/mn). Le calcul d'erreur montre que cette discrimination résiste aux erreurs possibles (un décalage d'un cycle de calcul de la loi de pilotage (180 ms) entraîne une erreur de 36 ft/mn ; une erreur de +/ -5 kts sur le module de la vitesse sol entraîne une erreur de 80 f t/mn) .

Note : L'angle de descente (FPA) est obtenu par le calculateur à partir

de la vitesse verticale baro-inertielle (VzBI) par la formule suivante :

tangente(FPA) =

VzBI/Vsol

où Vsol est la vitesse sol de l'avion calculée, par intégration des

accélérations mesurées suivant l'axe "nord" et l'axe "est" par les IRS.

La vitesse verticale baroinertielle n'est pas enregistrée. Cependant son mode de calcul est tel que cette vitesse verticale est égale à la vitesse verticale barométrique pour les dynamiques lentes. C'est le cas entre les temps 3015 et 3035 et on peut donc assimiler la vitesse verticale enregistrée sur le QAR et celle qui était prise en compte pour le calcul du FPA.

Le point de désaturation correspondant.aux symptômes décrits plus haut est repérable sur l'enregistrement QAR au temps 3027. La vitesse verticale moyenne au voisinage de cet instant est de l'ordre de -2250 ft/mn (plutôt supérieure) . Ce point correspond donc à la prédiction de la simulation pour le mode VS.

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Peter B. Ladkin, 1999-02-08
	Last modification on 1999-06-15 by Michael Blume