BRPI0706808A2 - sistema de pilotagem de uma aeronave e aeronave - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE PILOTAGEM DE UMA AERONAVE E AERONAVE Sistema de pilotagem de uma aeronave, pelo menos para pilotar a aeronave no momento de uma aproximação autónoma em vista de uma aterrissagem. O sistema de pilotagem (1) comporta um calculador de direção de vóo (10) quecompreende um meio (11) para calcular diretamente com ajuda de uma indicação de posição e de informações caracterizadoras de um eixo de aproximação virtual, os desvios lineares, e um meio (13) para calcular, com ajuda dos mencionados desvios lineares as anotações de pilotagem da aeronave.
Description
"SISTEMA DE PILOTAGEM DE UMA AERONAVE E AERONAVE"Campo da invenção
A presente invenção refere-se a um sistema de pilotagemde uma aeronave, pelo menos para pilotar a aeronavedurante uma aproximação autônoma em vôo de umaaterrissagem, em particular no domínio militar.Uma aproximação autônoma deve permitir fazer voar aaeronave em condições meteorológicas de vôo nosinstrumentos do tipo IMC ("Instrument MeteorologicalConditions" em Inglês), até uma altura de decisão, porexemplo, 200 pés (aproximadamente 60 metros) , quecorresponde à altura de decisão de uma aproximação deprecisão do tipo ("Instrument Landing System" em Inglês,isto é, sistema de aterrissagem por instrumentos), semutilização de meios de navegação situados no solo.Durante tal aproximação autônoma os meios deposicionamento utilizados pela aeronave são, portanto,exclusivamente os meios embarcados, e especialmente umsistema de posicionamento por satélites, por exemplo, dotipo GPS ("Global Positioning System" em Inglês), umacentral inercial e sensores barométricos. A aproximaçãopode ser igualmente realizada sem controlador do espaçoaéreo. Na mencionada altura de decisão, a tripulação daaeronave deve reconhecer visualmente a pista. Se for esseo caso, ela termina a aterrissagem em modo visual comajuda de uma condução manual. Por outro lado, se a estaaltura de decisão a tripulação não enxerga a pista, eladeve efetuar uma aceleração de maneira que faça remontara aeronave a uma altitude de segurança pré-determinada. Atrajetória de aproximação utilizada para realizar talaproximação autônoma é criada antes do vôo e descrita emum mapa de papel que está à disposição da tripulação nocurso do vôo. Para fazer assim, a configuração do terrenoem torno da pista de aterrissagem tem sido analisada e asmargens em relação aos obstáculos têm sido definidas.Esta trajetória de aproximação é igualmente preservada emuma base de dados do sistema de pilotagem da aeronave.Pelo documento FR-2 852 686, é conhecido um sistema depilotagem de uma aeronave destinado a pilotar a aeronavedurante uma aproximação de não precisão. Este sistema depilotagem é principalmente utilizado no domínio civil. Umsistema tal de pilotagem usual, o qual se refere,portanto, a uma aproximação de não precisão apresenta umobjetivo maior comum a uma aproximação autônoma, como aconsiderada na presente invenção, ou seja, que omencionado sistema de pilotagem deve ser autônomo emrelação aos meios de navegação situados no solo e deveassim poder realizar a aproximação em qualquer sítio doglobo terrestre.
Um sistema tal de pilotagem usual destinado a umaaproximação de não precisão geralmente comporta:
um sistema de gestão de vôo do tipo FMS ("FlightManagement System" em Inglês), que determina a posiçãoefetiva da aeronave e, isso:
• no caso nominal, efetuando uma hibridação deinformações GPS ("Global Positionning System" em Inglês)de um receptor multímodal de apoio na aterrissagem dotipo MMR ("Multi Mode Receiver" em Inglês) com asinformações inerciais saídas de uma unidade de referênciainercial, e
• nos casos degradados, efetuando uma hibridação dasinformações inerciais com as informações de navegação porradio;
- um receptor multimodal de apoio à aterrissagem, do tipoMMR, que recebe, em particular do mencionado sistema degestão de vôo, a posição efetiva da aeronave e asinformações que permitem caracterizar um eixo deaproximação virtual, e que determina a partir destasinformações de desvios angulares laterais e verticaisentre a posição efetiva da aeronave e a posição que teriase estivesse sobre o mencionado eixo de aproximação virtual;
- uma calculadora de direção de vôo do tipo FG (FlightGuidance" em Inglês) que calcula, a partir dos desviosangulares recebidos do mencionado receptor multimodal deapoio à aterrissagem, e a partir da distância com relaçãoao eixo da pista de aterrissagem, os desvios lineares eque utiliza estes desvios lineares para calcular, comajuda de pelo menos uma lei de pilotagem usual, asanotações de condução da aeronave; e
- pelo menos um dispositivo de apoio à pilotagem, porexemplo, um piloto automático ou um diretor de vôo, quepermite a condução da aeronave até sua aterrissagem,conforme as mencionadas anotações de vôo e, seja istoautomaticamente (piloto automático), seja manualmente(diretor de vôo).
Nota-se, porém, que os objetivos de uma aproximaçãoautônoma, em particular no domínio militar, são maisambiciosos que os de uma aproximação de não precisão dotipo antes mencionado no domínio civil. Em particular, asalturas de decisão consideradas são no mínimo de 200 pés(aproximadamente 60 metros) para uma aproximaçãoautônoma, enquanto que elas são de no mínimo 250 pés(aproximadamente 75 metros) para uma aproximação de nãoprecisão. Em conseqüência, o cone de segurança no qualdeve ficar a aeronave para efetuar a aproximação é menorna aproximação autônoma que na aproximação de nãoprecisão. Além disso, em aproximação autônoma, a ausênciade controlador aéreo suprime um meio de supervisão, emrelação à situação existente por uma aproximação de nãoprecisão no domínio civil.
Assim, o sistema de pilotagem usual do tipo mencionado, oqual é bem apropriado para pilotar uma aeronave duranteuma aproximação de não precisão, não permite garantir:
nem a manutenção dos desempenhos exigidos para umaaproximação autônoma, os desempenhos mais exigentes sendoa integridade e a precisão do posicionamento vertical daaeronave, assim como a flexibilidade do piloto automáticopermitindo capturar os segmentos de comprimentosinsuficientes e manter com precisão os declives tênues e fortes;- nem o respeito do caráter crítico de certos parâmetros(em particular o eixo de aproximação virtual segundo oqual será guiada a aeronave, assim como a posição em trêsdimensões da mencionada aeronave) utilizados pelo sistemade pilotagem.
A presente invenção tem por objetivo remediar essesinconvenientes. Ela se refere a um sistema de pilotagemque permite aplicar uma aproximação autônoma do tipomencionado, garantindo ao mesmo tempo a manutenção dosdesempenhos exigidos e o respeito do caráter crítico decertos parâmetros utilizados.
A este efeito, segundo a invenção, o mencionado sistemade pilotagem do tipo comporta pelo menos:
- as fontes de informação que fornecem pelo menos umaindicação da posição relativa à posição efetiva em trêsdimensões da aeronave e as informações que permitemcaracterizar um eixo de aproximação virtual; e
- os meios de tratamento que processam as informaçõessaídas das mencionadas fontes de informação, os quais sãosusceptíveis de determinar os desvios entre a posiçãoefetiva da aeronave e a posição que teria se estivessesobre o mencionado eixo de aproximação virtual, e queutilizam os resultados desses processamentos,é notável pelo fato de que os mencionados meios deprocessamento fazem parte de um calculador de direção devôo que comporta:
- um primeiro meio de cálculo para calcular diretamentecom ajuda da mencionada indicação de posição e dasmencionadas informações caracterizando o eixo deaproximação virtual, os desvios lineares (ou métricos)entre a posição efetiva da aeronave e o mencionado eixode aproximação virtual;
- um segundo meio de cálculo para calcular diretamente comajuda da mencionada indicação de posição e as mencionadasinformações caracterizando o eixo de aproximação virtual,os desvios angulares laterais e verticais entre a posiçãoefetiva da aeronave e a posição que ela teria seestivesse sobre o mencionado eixo de aproximação virtual;
e
- um terceiro meio de cálculo para calcular, com ajudados desvios lineares calculados pelo mencionado primeiromeio de cálculo, as anotações de pilotagem da aeronave.Assim, graças à invenção, o sistema de pilotagem nãoconsta de receptor multimodal de apoio à aterrissagemdiferente de um sistema de pilotagem usual mencionadoanteriormente, e o calculador de direção de vôo calculadiretamente, com ajuda da indicação de posição e dasinformações caracterizando o eixo de aproximação virtual,os desvios lineares que são utilizados para calcular asanotações de pilotagem. Isto evita realizar as conversõesde desvios angulares em desvios lineares, como asrealizadas no sistema de pilotagem usual anteriormentemencionado. O sistema de pilotagem segundo a invençãopermite igualmente aumentar a flexibilidade de um meio deapoio â pilotagem, em particular, um piloto automáticoutilizado.
Além disso, o fato de realizar o cálculo dos desvioslineares e o cálculo das anotações da condução em somenteum calculador de direção de vôo permite diminuir ostempos de latência.
Conseqüentemente, graças ao sistema de pilotagem segundoa invenção, otimiza-se a direção de maneira a poder voarcom as mesmas leis de direção os declives fracos e osdeclives fortes e a poder capturar os eixos deaproximação relativamente curtos.
Além disso, como o sistema de pilotagem segundo ainvenção não comporta um receptor multimodal de apoio àaterrissagem (a diferença do sistema de pilotagem usualantes mencionado) , ele apresenta uma arquiteturasimplificada.
Por outro lado, vantajosamente, os mencionados recursosde informações comportam:
- um calculador de gestão de vôo que está associado a umabase de dados contendo pelo menos as mencionadasinformações permitido caracterizar o mencionado eixo deaproximação virtual; e/ou
- um sistema de posicionamento que permite determinar aposição efetiva em três dimensões da aeronave, unicamentecom a ajuda dos meios embarcados.
Em um modo de concretização particular, o sistema depilotagem segundo a invenção comporta, ademais, pelomenos um meio de apoio à pilotagem, por exemplo, umpiloto automático ou um diretor de vôo, que é conectadoao mencionado calculador de direção de vôo e que utilizaas mencionadas anotações de direção para ajudar a pilotara aeronave.
Ademais, o mencionado sistema de pilotagem comporta, alémdisso, meios auxiliares que são conectados ao mencionadocalculador de direção de vôo e que utilizam osmencionados desvios angulares laterais e verticais, asaber em particular, um sistema de controle e devisualização do tipo CDS ("Control and Display System" emInglês) que mostra os desvios angulares sobre pelo menosuma tela do posto de pilotagem ou um sistema desupervisão de vôo do tipo FWS ("Flight Warning System" emInglês) que utiliza os mencionados desvios angulares pararealizar as supervisões.
Descrição das figuras
A única figura do projeto anexada fará compreender bemcomo a invenção pode ser concretizada. Esta figura únicaé o esquema sinóptico de um sistema de pilotagem segundoa invenção.
Descrição da invenção
0 sistema 1 segundo a invenção e representadoesquematicamente na figura está destinado à pilotagem deuma aeronave, em particular de um avião de transportemilitar. Mais particularmente, ele tem como fim pelomenos pilotar a aeronave durante uma aproximação autônoma(quer dizer, na ausência de informações que permitamaplicar uma aproximação usual de precisão cominstrumentos) em vista de uma aterrissagem sobre umapista de aterrissagem (não representada).
O mencionado sistema de pilotagem 1 que é embarcado namencionada aeronave (não representada) é do tipo quecomporta:
- as fontes de informação 2 especificadas abaixo, quegeram pelo menos uma indicação de posição relativa àposição efetiva em três dimensões da aeronave, assim comoas informações que permitem caracterizar um eixo deaproximação virtual, para aproximá-la à pista deaterrissagem. Bem entendido, essas informações,consideradas na aproximação autônoma da presenteinvenção, não compreendem os dados saídos de estações dedireção situadas em solo, como no caso de uma aproximaçãode precisão por instrumentos, por exemplo, e
- os meios de processamento 3 que recebem as informaçõesantes mencionadas das fontes de informação 2, os quaissão susceptíveis de determinar os desvios entre a posiçãoefetiva da aeronave e a posição que ela teria seestivesse sobre o mencionado eixo de aproximação virtual,e que utilizam os resultados desses processamentos comoespecificado abaixo.
Em um modo de concretização particular, as mencionadasfontes de informações 2 comportam:
- um calculador de gestão de vôo 4, do tipo FMS ("FlightManagement System" em Inglês) por exemplo, que éconectado:
• por intermédio de uma conexão 5 a uma base de dados 6que contém pelo menos as mencionadas informaçõespermitindo caracterizar o mencionado eixo de aproximaçãovirtual; e
• por intermédio de uma conexão 7 aos mencionados meios 3; e
- um sistema de posicionamento 8, que é conectado porintermédio de uma conexão 9 aos mencionados meios 3 e queestá formado de maneira a determinar a posição efetivaatual em três dimensões (quer dizer, em latitude,longitude e altitude) da aeronave, e isso unicamente coma ajuda dos meios embarcados especifiçados abaixo.Segundo a invenção, os mencionados meios de processamento3 fazem parte de um calculador de direção de vôo 10 dotipo FG ("flight guidance" em Inglês), que comporta:
- um meio de cálculo 11 que é conectado por intermédio daconexão 7 ao mencionado sistema de gestão 4 e porintermédio da conexão 9 ao mencionado sistema deposicionamento 8, o qual recebe a mencionada indicação deposição do mencionado sistema de posicionamento 8 e asinformações caracterizando o eixo de aproximação virtualdo mencionado sistema de gestão de vôo 4 (o qual extraiessas informações da base dados 6), e que calculadiretamente com ajuda de todas essas informações, damaneira especificada abaixo, os desvios lineares (oumétricos) . Esses desvios lineares representam asdistâncias lineares perpendiculares (expressadas, porexemplo, em metros) entre a posição efetiva da aeronave eo eixo de aproximação virtual, uma primeira distânciasendo calculada no plano horizontal e uma segundadistância sendo calculada no plano vertical;
- um meio de cálculo 12 que é conectado às mencionadasconexões 7 e 9 e que calcula, com ajuda das informaçõesantes mencionadas, de forma usual, os desvios angulareslaterais e verticais entre a posição efetiva da aeronavee a posição que ela teria se estivesse sobre o mencionadoeixo de aproximação virtual; e
- um meio de cálculo 13 que é conectado por intermédio deuma conexão 14 ao mencionado meio de cálculo 11 e queestá formado de maneira a calcular, diretamente com ajudados desvios lineares recebidos do mencionado meio decálculo 11, as anotações de pilotagem da aeronave, asanotações de pilotagem assim calculadas podem sertransmitidas pelo intermédio de uma conexão 15 aos meios16 de apoio à pilotagem.
Os mencionados meios 16 utilizam as anotações depilotagem recebidas do mencionado calculador de direçãode vôo 10 para permitir a direção da aeronave até suaaterrissagem, seja diretamente (os mencionados meios 16podem compreender para esse efeito um piloto automáticousual 17) seja indiretamente (os mencionados meios 16podem então compreender um diretor de vôo 18 usual, paraapresentar as anotações de pilotagem ao piloto querealiza nesse caso a condução manualmente).
A diferença de um sistema de pilotagem usual que permitepilotar a aeronave durante uma aproximação de nãoprecisão, os desvios angulares verticais e laterais quesão calculados de forma usual pelo meio de cálculo 12 nãosão utilizados para determinar os desvios lineares (quesão calculados diretamente pelo meio de cálculo 11 noquadro da presente invenção). Entretanto esses desviosangulares laterais e verticais podem ser transmitidos,por intermédio de uma conexão 19, aos dispositivosutilizadores, e em particular:
- a um sistema de visualização e de controle 20, porexemplo do tipo CDS ("Control and Display System" emInglês), que mostra os mencionados desvios angularessobre pelo menos uma tela do posto de pilotagem daaeronave; e
- um sistema de alerta e de supervisão, por exemplo, dotipo FWS ("Flight Warning System" em Inglês) que utilizaesses desvios para realizar as supervisões usuais.
Assim, quando durante um vôo da aeronave o piloto deciderealizar uma aproximação autônoma (seguindo um eixo deaproximação virtual) em vista de uma aterrissagem sobreuma pista, ele seleciona este modo de aproximação com aajuda de uma interface homem/máquina prevista de formausual no sistema de gestão de vôo 4. O mencionado sistemade vôo 4 extrai então as informações que permitemcaracterizar o eixo de aproximação virtual da base dedados 6 que é uma base de dados de navegação da aeronave.
Essas informações são transmitidas em tempo real aocalculador de direção de vôo 10. 0 sistema deposicionamento 8 fornece igualmente ao mencionadocalculador de direção de vôo 10, em tempo real, a posiçãoefetiva atual em três dimensões da aeronave, que constada posição em duas dimensões (latitude, longitude) noplano horizontal assim como da altitude geométrica. Com aajuda do mencionado eixo de aproximação e da mencionadaposição em três dimensões, o calculador de direção de vôocalcula ao mesmo tempo:
- os desvios angulares que são mostrados sobre uma telado sistema de visualização e de controle 20 e que sãoutilizados para as supervisões pelo sistema de alerta 21;e
- os desvios lineares que o mencionado calculador dedireção de vôo 10 utiliza para determinar as anotações depilotagem que são transmitidas por intermédio da conexãoaos meios utilizadores 16.
A especificidade da arquitetura do sistema de pilotagem 1segundo a invenção (utilizada para uma aproximaçãoautônoma) é o fato de calcular os desvios linearesdiretamente no calculador de direção de vôo 10, o qualpermite otimizar a cadeia de direção.
Em um modo de concretização particular, o mencionadosistema de posicionamento 8 para determinar a posiçãoefetiva atual em 3D da aeronave comporta:
- um dispositivo de posicionamento por satélites;
- captadores barométricos; e
- as centrais inerciais da aeronave.
Como dispositivo de posicionamento por satélites,utiliza-se de preferência um sistema GPS ("GlobalPositioning System" em Inglês) do tipo militar.Entretanto é igualmente factível utilizar um sistema denavegação global por satélites do tipo GNSS ("GlobalNavigation Satellite System" em Inglês), um sistema deaumento baseado nos satélites do tipo SBAS ("SatelliteBased Augmentation System" em Inglês) ou um sistema deposicionamento por satélites do tipo GALILEO.
Em um modo de concretização particular, o mencionadosistema de posicionamento 8 e o mencionado calculador dedireção de vôo 10 são realizados cada um a partir de trêselementos, isto é, três unidade de posicionamento e trêscalculadores. Neste caso, cada uma das três unidades deposicionamento calcula uma posição em duas dimensões euma altitude híbrida que envia aos três calculadores.Cada calculador consolida uma posição em duas dimensões euma altitude a partir de dos três dados recebidos. 0sistema de posicionamento 8 determina, em função deconsiderações técnicas tais como a constelação dossatélites, uma precisão e um nível de integridade dasposições calculadas. Se esses parâmetros são inferioresaos resultados requeridos para uma aproximação autônoma,o sistema de posicionamento 8 envia uma mensagem aocalculador de gestão de vôo 4 que declara a aproximaçãoautônoma indisponível à tripulação, por exemplo, porintermédio de um visualizador, em particular sobre umatela do sistema de visualização e de controle 20. Ascaracterísticas precedentes permitem assegurar autilização da posição em três dimensões da aeronave nacondução. Além disso, a utilização direta desta posiçãoem três dimensões pelo calculador de direção de vôo 10permite otimizar o tempo de latência e, em conseqüência,a precisão da comparação, especialmente em relação a umaarquitetura usual para a qual a posição é hibridizada emum sistema de gestão de vôo antes de ser utilizada por umreceptor multimodal de apoio a aterrissagem.
Claims (6)
1. Sistema de pilotagem de uma aeronave, pelo menos parapilotar a aeronave durante uma aproximação autônoma com opropósito de uma aterrissagem, o mencionado sistema depilotagem (1) compreendendo pelo menos:- as fontes de informações (2) que fornecem pelo menosuma indicação de posição relativa ã posição efetiva emtrês dimensões da aeronave e às informações que permitemdistinguir um eixo de aproximação virtual; eos meios de processamento (3) que processam asinformações saídas das mencionadas fontes de informações(2), que são susceptíveis de determinar os desvios entrea posição efetiva da aeronave e a posição que ela teriase estivesse sobre o mencionado eixo de aproximaçãovirtual, e que utilizam os resultados dessesprocessamentos, caracterizado pelo fato de os mencionadosmeios de processamento (3) fazerem parte de um calculadorde direção de vôo (10) compreendendo:um primeiro meio de cálculo (11) para calculardiretamente com ajuda da mencionada indicação de posiçãoe das mencionadas informações distinguindo o eixo deaproximação virtual, os desvios lineares entre a posiçãoefetiva da aeronave e o mencionado eixo de aproximaçãovirtual;um segundo meio de cálculo (12) para calculardiretamente com ajuda da mencionada indicação de posiçãoe das mencionadas informações distinguindo o eixo deaproximação virtual, os desvios angulares e verticaisentre a posição efetiva da aeronave e a posição que elateria se estivesse sobre o mencionado eixo de aproximaçãovirtual; e- um terceiro meio de cálculo (13) para calcular, comajuda dos desvios lineares calculados pelo mencionadoprimeiro meio de cálculo (11), as anotações de pilotagemda aeronave.
2. Sistema de pilotagem, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de as mencionadas fontes deinformações (2) compreenderem um calculador de gestão devôo (4) , conectado a uma base de dados (6) contendo pelomenos as mencionadas informações que permitem distinguiro mencionado eixo de aproximação virtual.
3. Sistema de pilotagem, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato dasmencionadas fontes de informações (2) compreenderem umsistema de posicionamento (8) permitindo determinar aposição efetiva em três dimensões da aeronave, unicamentecom ajuda de meios embarcados.
4. Sistema de pilotagem, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato decompreender ainda, pelo menos um meio (16) de apoio àpilotagem conectado ao mencionado calculador de direçãode vôo (10) utilizando as mencionadas anotações dedireção para ajudar a pilotar a aeronave.
5. Sistema de pilotagem, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 3, caracteri zado pelo fato decompreender ainda, os meios auxiliares (20, 21)conectados ao mencionado calculador de direção de vôo(10) utilizando os mencionados desvios angulares lateraise verticais.
6. Aeronave, caracterizada pelo fato de compreender umsistema de pilotagem (1) tal como definida em qualqueruma das reivindicações de 1 à 5.
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