Airbus : les essais en vol de l’A321XLR s’accélèrent

Au cours des prochaines semaines, à la suite du récent vol inaugural de l’avion de développement A321XLR MSN11000, deux autres prototypes, actuellement à un stade avancé de fabrication, rejoindront la campagne d’essais en vol de certification.

Gary O’Donnell, responsable du programme A321XLR, a donné un aperçu de ce qui les attend dans la perspective de la certification de type : « Jusqu’à la fin de cette année, notre objectif est d’achever la construction, puis d’obtenir l’autorisation de vol pour le reste des avions d’essai en vol. D’ici le quatrième trimestre de cette année, les trois avions voleront activement et nous aurons atteint un haut niveau de maturité de production. » Il souligne qu’il y aura en fait quatre avions d’essais en vol dans le programme de développement de l’A321XLR. Les trois nouvelles versions -XLR sont prises en charge par un A321neo régulier mis à niveau – MSN6839. Cet avion a déjà été équipé de plusieurs nouvelles fonctionnalités importantes conçues pour le -XLR.

Une fois que ces avions de développement voleront tous, les essais en vol mondiaux seront pleinement en cours. Parallèlement aux essais en vol se déroule la campagne d’essais en laboratoire au sol en cours pour finaliser les modifications de la norme de série. « L’achèvement de ces activités et la soumission de tous les documents finaux vers la fin de l’année prochaine aux autorités de navigabilité nous permettront de valider et de certifier l’avion complet. Cela nous permettra de fournir aux compagnies aériennes ce dont elles ont besoin dès le premier jour lorsque l’A321XLR entrera en service en 2024 », déclare O’Donnell.

Sécuriser la maturité industrielle

« Parallèlement à l’entrée en service, nous devons construire notre système industriel complet, y compris tous les gabarits, tous les outils et processus, non seulement dans chaque usine Airbus impliquée, mais également dans celles de notre chaîne industrielle étendue et chez nos fournisseurs dans le monde entier. Nous devrons également les charger avec les pièces et les matériaux. Dans l’ensemble, la sécurisation du système industriel est une énorme activité en coulisse impliquant fortement nos équipes d’ingénierie, de fabrication et de chaîne de valeur », note O’Donnell. « Notre troisième pilier est de sécuriser toute la documentation du service client et l’équipement de support au sol, de sorte que dès que nous remettrons l’avion au client, il sera prêt à l’emploi. Et alors – et alors seulement – nous passons ce projet en « mode série »».

Justification générale de la portée des essais en vol

Philippe Pupin, qui dirige l’équipe d’ingénierie des essais en vol du programme A321XLR, et qui était l’un des membres d’équipage à bord du premier vol de MSN11000 en juin 2022, explique la logique de la phase d’essais en vol : « Pour devenir un avion long-courrier, l’A321XLR doit transporter plus de carburant, ce qui signifie augmenter la masse maximale au décollage de l’A321. Cela nécessite à son tour un train d’atterrissage et des systèmes de freinage améliorés. Cependant, puisque nous gardons la poussée du moteur inchangée, nous avons apporté quelques modifications aérodynamiques pour conserver nos performances de décollage souhaitées. Cela a entraîné les modifications physiques du système hypersustentateur – les becs et les volets – ainsi que la reprogrammation du système de commande de vol, qui doivent tous être testés en vol et certifiés. En termes d’heures de vol de test, le programme -XLR se situe quelque part entre un tout nouvel avion et un dérivé. Nous devons donc «re-tester» pratiquement tout ce qui concerne la conception des avions et la physique du vol ».

Avec l’A321XLR, Airbus a également profité de l’occasion pour insuffler quelques développements récents à la conception globale du système de commandes de vol – qui était jusqu’alors basée sur l’architecture originale de l’A321 conçue au début des années 1990. L’objectif est d’améliorer la communauté de conception des commandes de vol dans tous les programmes – et de répondre davantage à la mise en œuvre de l’architecture Fly-By-Wire unifiée d’Airbus.

Test des nouvelles fonctionnalités de physique de vol du -XLR

Les changements notables liés à la physique du vol sur le -XLR (par rapport à l’A321neo d’aujourd’hui) incluent un système de volet intérieur à fente unique plus simple (remplaçant le volet intérieur à double fente de l’aile d’origine de l’A321); un “e-Rudder” à signalisation électronique (avec les modifications correspondantes apportées aux ordinateurs de commande de vol) ; et train d’atterrissage, roues et freins améliorés.

Afin de prendre une longueur d’avance pour tester ces fonctionnalités, plusieurs ont été modernisées dans MSN6839 bien avant l’achèvement du premier A321XLR de nouvelle construction – y compris le nouveau système de volets intérieurs. Avoir ce dernier signifie que le MSN6839 est maintenant aérodynamiquement équivalent au -XLR une fois le train d’atterrissage rentré. Cela lui a permis d’effectuer des tests de “velocity minimum unstick” (VMU), la vitesse minimale absolue à laquelle un avion peut décoller), par exemple. (Les tests VMU sont des déterminants des vitesses opérationnelles de décollage utilisées par les pilotes de ligne).

Des tests fonctionnels sont également nécessaires pour valider le fonctionnement des nouveaux systèmes non liés à la physique du vol introduits sur le -XLR. Deux principaux sont le nouveau système d’eau et de déchets ainsi que les nouveaux éléments du système de carburant (pompes et systèmes de contrôle, etc.) associés au réservoir central arrière intégré qui peut contenir jusqu’à 12 900 litres de carburant supplémentaire.

Missions de test en vol – FTV1 & FTV2

Sur les trois avions d’essai A321XLR de nouvelle construction, les deux premiers – MSN11000 (connu sous le nom de «FTV1») et MSN11058 («FTV2») sont équipés de la suite complète d’instruments de test en vol (FTI) et de stations interactives d’ingénieur. Le FTV1 et le FTV2 seront équipés d’un système de ballast d’eau transférable pour assurer le changement de CG pendant le vol. Dans l’ensemble, ils se concentreront sur les systèmes techniques de l’avion, les commandes de vol mises à jour, la maniabilité et les performances. La seule différence physique majeure entre ces avions est leur type de moteur respectif : moteurs CFM LEAP-1A pour FTV1 et moteurs P&W GTF pour FTV2.

Jean-Philippe Cottet, responsable des essais en vol déclare : « Nous certifions les deux types de moteurs en parallèle sur l’A321XLR dans le même délai. C’est une première dans notre histoire, car dans un passé récent, nous certifions les variantes de moteur de manière séquentielle les unes après les autres. » Cependant, pour les scénarios de test où les types de moteurs ne sont pas eux-mêmes au centre des préoccupations, FTV1 et FTV2 peuvent effectuer une portée similaire d’essais en vol : « Nous pouvons facilement échanger entre eux. Par exemple, pour évaluer les qualités de pilotage de l’A321XLR, nous avons plus de 100 vols à effectuer, et seuls quelques-uns de ces tests sont spécifiques à FTV1 ou FTV2 – puisque la majorité peut être effectuée par l’un ou l’autre des appareils », ajoute-t-il.

Au moment de la rédaction de cet article, le programme d’essais en vol n’en étant qu’à ses débuts après le premier vol, FTV1 avait déjà effectué les opérations suivantes : ouverture de l’enveloppe de vol ; clairance des lois sur les commandes de vol ; évaluation de la loi de rotation et réglage de la protection de l’angle d’attaque (AOA); vols de performance à grande vitesse, étalonnage de l’anémométrie, essais au sol du système de carburant et de train d’atterrissage et certains essais de pilote automatique.

Instrumentation d’essai en vol (FTI) haute capacité de nouvelle génération

Cottet souligne que la valeur des prototypes n’est pleinement réalisée que par leur capacité à fournir les meilleurs résultats et données enregistrées aux équipes pour analyse et certification : « Nous utilisons une nouvelle instrumentation d’essais en vol dans ces avions qui est capable d’enregistrer environ pendant plus de 20 heures. Nous avons besoin de cette capacité – car nous avons certaines missions qui nous obligent à enregistrer de grandes quantités de données non seulement pendant le vol, mais aussi avant et après le vol – c’est-à-dire au sol. » « Notre suite FTI intégrée peut enregistrer et traiter jusqu’à 80 000 lignes de données », note-t-il. « Ceci est alimenté par plus de 1 000 transducteurs de mesure physiques installés dans tout l’avion, et dont le câblage à l’intérieur de l’avion peut être vu converger vers la console Flight Test Engineer et l’équipement de télémétrie. »

Éléments de cabine passagers et vérification d’itinéraire – FTV3

Le troisième avion de nouvelle construction – MSN11080 (FTV3) – qui est propulsé par des moteurs CFM LEAP, est actuellement équipé d’une installation FTI « plus légère » car ses tâches se concentreront davantage sur les tests de maturité des éléments intérieurs de la cabine passagers. Pupin explique : « Lorsque vous transformez un avion moyen-court courrier en un avion très long courrier, il faut porter une attention toute particulière au confort de la cabine, à la fois en termes de confort thermique sur un vol de 11 heures, mais aussi en termes de niveau de bruit. Nous installons donc une cabine améliorée dans le -XLR qui est plus proche de ce qui est offert dans notre avion Long Range standard. » Outre la mise en valeur de l’intérieur du -XLR, les missions de FTV3 porteront également sur la démonstration du fonctionnement de l’avion sur les scénarios de route attendus pour ses clients, notamment ceux dits « exigeants » pour valider le fonctionnement de l’avion aux extrémités des masses au décollage, autonomie, contraintes de piste, températures au sol et conditions météorologiques, etc. « Nous devons faire la démonstration de l’avion à partir de plusieurs types de pistes qui seraient expérimentées par les pilotes, et nous prévoyons donc d’inviter nos clients le plus tôt possible à voler avec nous – comme ils l’ont fait sur l’A330neo. Je suis sûr que nous apprendrons beaucoup, donc cette campagne garantira que nous livrerons le produit que nous avons promis à nos clients », conclut Cottet.

©Sylvain Ramadier-Airbus