'WVO 97128423 PCT(~R97/OOIi6 PROCEDE ET DISPOSITIF D'AIDE A LA NAVIGATION AERIENNE
L'invention concerne les procédés et les dispositifs d'assistance à
la navigation aérienne.
D'une façon générale, on sait que dans les aérodynes (avions, hélicoptères, etc.) de conception moderne, le pilote doit dialoguer avec un système de gestion de vol (en anglais "Flight Management System") qui est un calculateur embarqué dans l'aérodyne (dans la suite on parlera d'avion) lo pour assister le pilote dans un certain nombre d'opérations. Ces opérations sont principalement des opérations de définition de plan de vol avant le décollage, des opérations de pilotage (manuel ou automatique) pendant le décollage et l'atterrissage, des opérations de navigation aérienne (calculs de trajectoires, etc.), des opérations de contrôle systématique, en croisière ou au moment de l'approche d'un aéroport.
Le système de gestion de vol fonctionne à partir de données introduites par le pilote, de données fournies par des capteurs répartis dans l'avion, et éventuellement de données numériques transmises par voie hertzienne depuis le soi ou depuis d'autres avions ou même des satellites.
Le dialogue entre l'équipe de pilotage et le système de gestion de vol se fait principalement par le moyen d'au moins trois interfaces qui sont :
- un écran de navigation ("Navigation Display") sur lequel est représenté le tracé de la route désirée pour l'avion, c'est-à-dire une représentation graphique du plan de vol de l'avion et la situation de l'avion sur ce plan (en deux dimensions);
- un écran primaire de pilotage ("Primary Flight Display") qui affiche d'une part un horizon artificiel qui s'incline lorsque l'avion s'incline, et d'autre part une indication d'assiette longitudinale de l'avion et d'autres indications utiles au pilotage;
- une boîte de commande de vol ("Flight Control Unit") ayant des commandes manuelles pour sélectionner des consignes telles que le cap désiré pour l'avion;
- et enfin une console clavier-écran, appelée MCDU
= ( 'Multipurpose Control Display Unit") qui est une console d'affichage et d'entrées de données permettant à l'équipe de pilotage d'introduire des 'WVO 97128423 PCT (~ R97 / OOIi6 METHOD AND DEVICE FOR AIDING AIR NAVIGATION
The invention relates to methods and devices for assisting air navigation.
Generally, we know that in aerodynes (aircraft, helicopters, etc.) of modern design, the pilot must interact with a flight management system (in English "Flight Management System") which is a calculator embedded in the aerodyne (in the following we will talk about aircraft) lo to assist the pilot in a number of operations. These operations are mainly flight plan definition operations before the take off, piloting operations (manual or automatic) during the take-off and landing, air navigation operations (calculations trajectories, etc.), systematic control operations, cruising or when approaching an airport.
The flight management system is based on data introduced by the pilot, data provided by sensors distributed in the airplane, and possibly digital data transmitted by rail wireless from the self or from other planes or even satellites.
The dialogue between the steering team and the management system of Theft is mainly by means of at least three interfaces that are:
- a navigation screen ("Navigation Display") on which is represented the route of the desired route for the airplane, that is to say a graphical representation of the flight plan of the aircraft and the situation of the aircraft on this plane (in two dimensions);
- a primary flight display ("Primary Flight Display") which displays on the one hand an artificial horizon that tilts when the plane bows, and on the other hand an indication of longitudinal attitude of the airplane and other useful indications for piloting;
- a flight control unit ("Flight Control Unit") having manual commands to select instructions such as desired heading for the airplane;
- and finally a keyboard-screen console, called MCDU
= ('Multipurpose Control Display Unit') which is a display console and data entries allowing the steering team to introduce
2 données dans le système de gestion de vol et de lire des informations communiquées par le système de gestion de vol en fonction des données introduites.
Une des tâches du pilote consiste à élaborer, vérifier, et éventuellement modifier le plan de vol de l'avion, c'est-à-dire les éléments essentiels de la route qu'il doit suivre, notamment les passages au dessus de points caractéristiques appelés "waypoints".
Le plan de vol comporte deux composantes : plan de vol latéral qui définit les waypoints par leurs longitudes et latitudes, et plan de vol lo vertical qui définit les altitudes de croisière et les vitesses de montées et descentes lors de changements d'altitude. Ces éléments de plan de vol vertical sont définis par rapport aux waypoints.
On a proposé dans la demande de brevet français FR 2 689 231 Al un procédé d'assistance au pilotage dans lequel on affiche sur un écran de visualisation le plan de vol vertical séparément du plan de vol latéral, c'est-à-dire qu'au lieu d'afficher les éléments de plan de vol vertical sous forme d'indications symboliques ou textuelles sur le plan de vol latéral, on affiche séparément un plan de vol vertical sous forme d'un tracé dans un repère à deux axes qui sont les distances en abscisse (avec indications des waypoints) et les altitudes en ordonnée.
Dans un tel procédé, le tracé peut comporter aussi un symbole représentant l'avion, qui se déplace par rapport aux graduations de l'abscisse et de l'ordonnée au fur et à mesure que l'avion avance, et de manière avantageuse, on peut même faire en sorte que le symbole de l'avion reste fixe en abscisse et que l'échelle des abscisses défile au fur et à
mesure de l'avance de l'avion; ainsi, c'est principalement la partie de trajet restant à effectuer qui apparaît sur l'écran, et éventuellement aussi une partie de la trajectoire passée. Le symbole de l'avion peut aussi rester fixe en ordonnée et l'échelle des altitudes défilerait alors au fur et à mesure de la montée ou de la descente de l'avion.
L'affichage du plan de vol vertical peut être réalisé sur l'écran de navigation et peut occuper soit tout l'écran (le pilote choisit alors d'afficher soit le plan de vol vertical soit le plan de vol latéral) soit une partie de l'écran, l'autre partie étant affectée au plan de vol latéral; le pilote peut alors voir à la fois le plan de vol latéral et le plan de vol vertical.
WO 97/28423 2 data in the flight management system and read information communicated by the flight management system according to the data introduced.
One of the pilot's tasks is to develop, verify, and possibly modify the flight plan of the aircraft, ie the elements essential points of the road he must follow, especially the passages above characteristic points called "waypoints".
The flight plan has two components: lateral flight plan which defines the waypoints by their longitudes and latitudes, and flight plan vertical lo which defines cruising altitudes and climbing speeds and descents during altitude changes. These flight plan elements vertical are defined relative to waypoints.
It has been proposed in the French patent application FR 2 689 231 A1 a pilot assistance method in which the vertical flight plan is displayed on a display screen separately from the side flight plan, that is, instead of displaying plan elements of vertical flight in the form of symbolic or textual indications on the plane of lateral flight, a vertical flight plan is displayed separately in the form of a plot in a coordinate system with two axes which are the distances on the abscissa (with waypoint indications) and the ordinate altitudes.
In such a method, the plot may also include a symbol representing the airplane, which moves with respect to the graduations of the abscissa and the ordinate as the aircraft advances, and advantageously, one can even make sure that the symbol of the plane remains fixed on the abscissa and that the abscissa scale scrolls as at measuring the advance of the aircraft; so, it's mainly the part of the journey remaining to be performed that appears on the screen, and possibly also a part of the past trajectory. The symbol of the plane can also remain fixed on the ordinate and the scale of altitudes would then scroll as and when the ascent or descent of the aircraft.
The display of the vertical flight plan can be realized on the screen of navigation and can occupy either the entire screen (the pilot then chooses display either the vertical flight plan or the lateral flight plan) or a part of the screen, the other part being assigned to the lateral flight plan; the pilot can so see both the lateral flight plan and the vertical flight plan.
WO 97/28423
3 PCT/FR97100116 On s'est aperçu qu'il pouvait être avantageux pour le pilote de disposer du plan de vol vertical sous une forme différente.
, Selon l'invention, on propose un procédé d'aide à la navigation aérienne, utilisant un système de gestion de vol (FMS) qui dialogue avec le pilote par le moyen de plusieurs interfaces parmi lesquelles au moins un écran d'affichage, caractérisé en ce que le système de gestion de vol affiche sur l'écran un axe d'abscisse gradué en temps, un axe d'ordonnée gradué
en altitude, et, dans ce repère d'axes, un tracé représentant une trajectoire théorique d'aéronef, et en ce que le système de gestion de vol fait défiler 1o l'axe des temps de manière à maintenir à une position fixe sur l'écran une abscisse représentant le temps à l'instant de l'affichage.
Cette abscisse est de préférence celle de l'origine des axes, c'est-à-dire celle de l'intersection des axes d'abscisse et d'ordonnée. De préférence, l'échelle des aititudes reste fixe, pour une portion de trajectoire donnée, mais on peut aussi prévoir que le système fait défiler l'axe des altitudes de manière à maintenir à une position fixe sur l'écran une ordonnée représentant l'altitude réelle de l'aéronef à l'instant considéré. Cette ordonnée de position fixe est également de préférence celle de l'intersection des axes.
Par conséquent, dans le procédé selon l'invention, on affiche le plan de vol vertical non pas en fonction des distances par rapport aux waypoints, mais en fonction du temps réel. Les positions des waypoints peuvent être indiquées sur le tracé de la trajectoire ou sur l'axe des abscisses, à des abscisses correspondant aux instants estimés de passage par ces waypoints.
L'invention propose également un dispositif d'aide à la navigation aérienne utilisant un système de gestion de vol qui dialogue avec le pilote par le moyen de plusieurs interfaces parmi lesquels au moins un écran d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour afficher sur l'écran un axe d'abscisse gradué en temps, un axe d'ordonnée gradué en altitude, et, dans ce repère d'axes, un tracé représentant une trajectoire théorique d'aéronef, des moyens étant prévus pour faire défiler l'axe des temps de manière à maintenir à une position fixe sur l'écran une abscisse représentant le temps à l'instant de l'affichage. Des moyens peuvent également être prévus pour faire défiler l'axe des altitudes de manière à
WO 97/28423 3 PCT / FR97100116 It was found that it could be advantageous for the pilot to have the vertical flight plan in a different form.
According to the invention, a method of assisting navigation is proposed.
using a flight management system (FMS) that dialogues with the pilot by means of several interfaces among which at least one display screen, characterized in that the flight management system displays on the screen an abscissa axis graduated in time, a graduated ordinate axis at altitude, and in this axis mark, a path representing a trajectory theoretical aircraft, and in that the flight management system scrolls 1o the time axis so as to maintain at a fixed position on the screen a abscissa representing the time at the instant of display.
This abscissa is preferably that of the origin of the axes, that is, that is, the intersection of the abscissa and ordinate axes. Of preferably, the scale of easements remains fixed, for a portion of path given, but we can also predict that the system scrolls the axis of altitudes so as to maintain at a fixed position on the screen an ordinate representing the actual altitude of the aircraft at the moment considered. This fixed position ordinate is also preferably that of the intersection axes.
Therefore, in the process according to the invention, the vertical flight plan not according to distances from waypoints, but according to the real time. The positions of the waypoints may be indicated on the course of the trajectory or on the axis of the abscissa, at abscissa corresponding to the estimated moments of passage by these waypoints.
The invention also proposes a navigation aid device using a flight management system that dialogues with the pilot by means of several interfaces among which at least one screen display, characterized in that it comprises means for displaying on the screen an abscissa axis graduated in time, an ordinate axis graduated in altitude, and in this axis mark, a path representing a trajectory theoretical aircraft, means being provided for scrolling the axis of the aircraft time to maintain at a fixed position on the screen an abscissa representing the time at the moment of display. Means can also be provided to scroll the altitude axis so as to WO 97/28423
4 PCT/FR97/00116 maintenir fixe sur l'écran une ordonnée représentant l'altitude réelle de l'aéronef à cet instant.
Ce procédé et ce dispositif permettent pour le pilote une meilleure -gestion de la prévision du temps, permettant également une meilleure information du contrôle aérien et de la compagnie aérienne avec laquelle le pilote communique, et des possibilités accrues d'information des passagers.
L'appréciation par le pilote des prévisions temporelles est globale et immédiate et n'a plus besoin de se faire par des touches de fonction spécifiques (sauf pour obtenir cas par cas des calculs plus précis). Cette 1o meilleure prédiction temporelle est particulièrement appropriée pour la compréhension des risques de collision.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente le système de gestion de vol FMS et ses périphériques;
- la figure 2 représente un exemple de plan de vol vertical selon l'art antérieur;
- la figure 3 représente un exemple de plan de vol vertical affiché
par le procédé selon l'invention.
Le dispositif d'aide à la navigation selon l'invention constitue une partie d'un système global de contrôle de l'avion. Ce système global, représenté à la figure 1, comporte essentiellement :
- le système de gestion de vol, ou FMS ("Flight Management System"), qui est un calculateur 10 apte à'recevoir des informations diverses, à élaborer d'autres informations, et à les communiquer au pilote par le moyen d'interfaces de dialogue;
- des capteurs 12 répartis dans l'avion, parmi lesquels par exemple des instruments de navigation (centrales inertielles IRS, etc.), des capteurs divers donnant des informations sur l'état de l'avion, éventuellement des instruments de communication avec l'extérieur, tous ces capteurs étant reliés au système de gestion de vol;
WO 97128423 5 PCTlFR97/QOII6 - les interfaces de dialogue avec le pilote, reliés au calculateur 10, parmi lesquels on peut trouver principalement :
~ -- une boîte de commande de vol, dite FCU
("Flight Control Unit") permettant, à l'aide de boutons, de sélectionner par exemple le cap de l'avion, ou d'autres valeurs de consigne qu'il est nécessaire de fournir au système de gestion;
- un écran d'affichage d'informations de navigation, ND ("Navigation Display"), pour afficher des cartes, plans de vol, etc., - un écran d'affichage d'informations de pilotage, PFD ("Primary Flight Display"), pour afficher un horizon artificiel, des altitudes de l'avion, assiettes, vecteurs vitesse, etc., - une console d'affichage et d'entrées de données, MCDU ("Multipurpose Contro( Display Unit").
Le plan de vol vertical selon l'invention sera affiché en principe sur l'écran de navigation ND; cet écran fonctionne sous le contrôle direct de logiciels contenus dans le calculateur FMS. Le plan de vol vertical ne sera cependant pas affiché en permanence sur l'écran de navigation, mais il sera affiché en réponse à une activation d'une touche de fonction spécifique de l'écran.
Sur la figure 2, on voit un plan de vol vertical affiché d'une manière proposée dans l'art antérieur (demande de brevet français déjà
citée). Le plan de vol comporte un tracé par segments reliant plusieurs points de passage représentés par des losanges. Chaque losange correspond à un waypoint (WPT01 à WPT04) positionné sur l'axe des abscisses qui est un axe gradué en distances. Les projections des waypoints sur l'axe des abscisses sont désignées par la lettre R. La position de l'aéronef à l'instant considéré est représentée par un symbole d'avion en début de trajectoire. Des symboles triangulaires pointe en haut (SI) et pointe en bas (S2) représentent des contraintes d'altitude minimale et maximale respectivement que l'aéronef doit respecter au cours de son trajet.
Ces contraintes sont en général associées à des waypoints et sont donc localisées sur l'écran à la même abscisse que le waypoint correspondant.
Deux triangles tête-bêche se touchant par la pointe indiquent donc une altitude obligatoire de passage (S3).
Dans l'exemple représenté, la trajectoire se décompose en trois parties, avec diverses contraintes d'altitude :
1 montée en altitude II : palier de croisière Il! : descente La figure 3 représente un affichage obtenu avec les moyens proposés par la présente l'invention. Cet affichage peut occuper la totalité
de l'écran de navigation ND, ou seulement la moitié; l'affichage pourrait être réalisé aussi sur un autre écran que l'écran ND.
L'affichage comporte un axe horizontal des temps et un axe vertical des altitudes. L'axe horizontal, ou axe des abscisses, est gradué en temps universel (UTC), selon une échelle qui défile au cours du temps.
Dans l'exemple le plus simple, le défilement est tel que l'origine de l'axe des temps représente à chaque instant l'heure actuelle au moment de l'affichage. Sur le graphique, il est 8h05 à l'heure de l'affichage et l'échelle des temps défile de la droite vers la gauche. A huit heure trente, l'affichage sera tel que la graduation 8H30 se sera déplacée vers la gauche jusqu'à
prendre la place de la graduation 8H08 à l'intersection de l'axe des abscisses et de l'axe des ordonnées. On pourrait prévoir que l'abscisse représentant le temps actuel est un point fixe de l'écran autre que l'intersection des axes d'abscisse et d'ordonnée, mais il est plus commode de prévoir que c'est cette intersection.
L'axe vertical, ou axe des ordonnées, est gradué en altitudes.
Dans l'exemple représenté, la graduation est définie par unité de 100 pieds (un pied = 30 cm environ), c'est-à-dire que la graduation 300 correspond à
une altitude de 30000 pieds. La graduation peut dépendre des phases de vol : jusqu'à une altitude de transition, la graduation est en pieds; puis elle est en niveau de vol ("Flight Level" FL), c'est-à-dire en unités de 100 pieds.
Dans cet exemple de réalisation, l'échelle des altitudes est également défilante : les graduations défilent vers le bas au fur et à mesure que l'avion monte, ou défilent vers le haut au fur et à mesure que l'avion descend, de manière que l'aititude de l'avion à l'instant de l'affichage reste maintenue à un point fixe. Dans l'exemple représenté, ce point fixe est l'intersection des axes.
Si les échelles défilent de telle manière que le point d'intersection des axes représente à la fois le temps actuel et l'altitude actuelle de l'avion, z on comprend que ce point représente la position de l'avion dans le repère à
l'instant considéré.
Le plan de vol est représenté dans ce repère d'axes sous forme de segments de droite dont les pentes représentent les vitesses de montée et de descente, et dont les paliers horizontaux représentent les altitudes de croisière entre les périodes de montée et/ou de descente. Les waypoints peuvent être indiqués sous forme de losanges sur ces segments. Ils sont référencés WPT1 à WPT9 sur le plan de vol de la figure 3. Le waypoint WPTI étant situé à gauche de l'axe des ordonnées, cela signifie que ce point a déjà été dépassé à l'heure de l'affichage. Il n'est pas absolument nécessaire de conserver à gauche de l'axe des ordonnées la partie de plan de vol déjà réalisée mais il est commode cependant d'en avoir une petite fraction représentant la partie la plus récemment réalisée.
C'est le système de gestion de vol FMS qui calcule le tracé des segments de droite à afficher, à partir de données de plan de vol théoriques introduites par le pilote et à partir de données réelles fournies par les capteurs de l'avion, afin que le plan de vol vertical affiché corresponde effectivement à ce qui se passe au moment considéré. Bien entendu, on peut prévoir aussi que le système de gestion de vol fournit seulement des informations de plan de vol, et le terminal d'affichage est un terminal intelligent qui sait réaliser les tracés à partir des informations reçues.
On comprend que la position d'un waypoints dans le repère d'axes représente - en ordonnée l'altitude de passage théorique désirée au dessus du waypoint, - et en abscisse l'instant prévu pour le passage au dessus de ce waypoint.
Le système de gestion recalcule donc en permanence les points à
afficher, en fonction de la trajectoire réellement suivie par l'avion.
Un symbole d'avion est placé au point représentant le temps actuel et l'altitude actuelle. Ce symbole est donc placé dans cet exemple à
l'intersection de l'axe des temps et de l'axe des altitudes. Il reste à cette position fixe lors des défilements des échelles de temps et d'altitude.
L'orientation du dessin du symbole de l'avion peut tourner autour de cette position, pour que cette orientation représente la pente suivie effectivement par l'avion; la pente est le taux de variation d'altitude par unité de temps;
elle peut être calculée par le système de gestion de vol à partir des données fournies par les capteurs. Ainsi, le symbole d'avion représente d'une ~
manière très lisible la pente de montée de l'avibn et il est facile au pilote de contrôler que l'inclinaison du symbole correspond à la pente du tracé du segment de plan de vol affiché à un moment donné.
Il peut être préférable que l'échelle des altitudes ne soit pas 1o défilante au cours de la montée de l'avion; dans ce cas, le symbole d'avion affiché reste bien à l'abscisse 0(représentant le temps actuel), mais il se déplace sur l'axe des ordonnées au fur et à mesure de la montée ou de la descente de l'avion. Son orientation reste parallèle à la pente de montée actuelle.
Le symbole de l'avion peut être un symbole tel que celui représenté sur la figure 3, représentant une vue schématique horizontale d'avion, ou bien un symbole représentant une vue schématique latérale d'avion.
Le plan de vol vertical ainsi affiché peut comporter d'autres indications, et tout particulièrement des contraintes d'altitude aux waypoints ou des contraintes d'altitude en croisière horizontale. Les contraintes d'altitude aux waypoints pourraient être représentées par des triangles pointe en haut ou pointe en bas telles que ceux de la figure 2.
Dans l'exemple représenté les informations suivantes apparaissent sur l'écran :
- les marges de sécurité d'altitude (REC MAX alt) à ne pas dépasser, et/ou l'altitude de vol optimum (OPT alt) calculée par le système de gestion de vol en fonction de critères prédéfinis, ainsi que la clairance d'altitude (FCU alt) autorisée par le contrôle aérien et réglée par le pilote sur 3o l'interface FCU;
- la valeur du vent aux waypoints, sous forme de symboles qui sont fonction de la force du vent et dont l'orientation est fonction de la direction du vent;
- les altitudes de sécurité pour les diverses phases du vol : sur la figure 3, c'est la courbe en marches d'escalier apparaissant au bas de la figure, qui est décomposée en paliers d'aititude minimale (référencée par rapport à la graduation de l'axe des ordonnées) pour chaque segment du plan de vol vertical; le symbole de l'avion doit toujours être au dessus de cette altitude de sécurité; les altitudes de sécurité sont stockées dans une base de données gérée par le système de gestion de vol.
La clairance d'altitude FCU ait pourrait clignoter et/ou changer de couleur en cas de présence d'un autre avion à moins de 100 pieds (300 m) de différence, ceci dans le cas où un système de détection de présence est prévu ou si des données hertziennes indiquant cette information sont reçues lo par le système de gestion de vol. Une alarme sonore, et une indication de la valeur exacte de la déviation verticale pourrait être donnée.
De préférence, on peut faire apparaître sur l'axe des abscisses un marqueur temporel servant à définir un repère temporel en vue d'une action à effectuer à l'heure indiquée par ce marqueur. Lorsque l'échelle des temps défilera, le marqueur se rapprochera de l'origine des axes, et une alarme ou indication spécifique (clignotement, signal lumineux sur l'écran ou en dehors de l'écran, avertisseur sonore, etc.) pourra être déclenchée par le système de gestion de vol lorsque le marqueur atteindra l'origine. Plusieurs marqueurs peuvent bien entendu être prévus simultanément à des heures différentes. Dans une réalisation commode, le pilote agit sur une tablette tactile pour déplacer un curseur le long de l'axe des temps et "clique"
lorsque le curseur est sur la position temporelle désirée pour créer et afficher le marqueur temporel.
Des touches de fonction sont prévus autour de l'écran de visualisation pour ce type de fonctions spéciales liées à l'affichage temporel du plan de vol vertical. Ainsi, par exemple, la touche de fonction 'T1ME
MARKER" située à droite de l'écran permet, si elle est enclenchée, d'activer cette fonction de création de marqueur sans modifier l'affichage du plan de vol vertical.
Les autres touches de fonction permettent de réaliser des fonctions supplémentaires telles que la révision de plan de vol, l'affichage de vitesse de l'avion par rapport au sol, etc.
Les touches de fonction à gauche de l'écran sont des touches CSTR ALT, CSTR SPD, CSTR TIME permettant au pilote de rentrer des contraintes d'altitude, de vitesse, et de temps respectivement. La touche STEP permet de planifier une montée ou une descente dans la phase de croisière pour un vol long courrier.
Les touches à droite de l'écran permettent d'accéder aux fonctions suivantes :
- PRED TO ALT : donne le temps de passage à une altitude déterminée;
- PRED SPD : permet l'affichage de prédictions de vitesse sur l'ensemble du plan de vol ou sur un waypoint particulier;
- REPLAN : affiche les 5 aéroports les plus proches et donne la possibilité de calculer des prédictions de temps d'arrivée pour chacun.
Ces touches ne sont données qu'à titre d'exemple; la touche REPLAN pourrait être associée au plan de vol latéral plutôt qu'au plan de vol vertical.
De manière générale, les fonctions de modifications du plan de vol latéral répercuteront (à travers le système de gestion de vol) les changements vers le plan de vol vertical, et réciproquement. 4 PCT / FR97 / 00116 maintain fixed on the screen an ordinate representing the actual altitude of the aircraft at this moment.
This method and this device allow for the pilot a better -time forecasting management, also allowing for better air traffic control information and the airline with which the pilot communicates, and increased opportunities for passenger information.
The pilot's assessment of time forecasts is global and immediate and no longer needs to be done by function keys specific (except to obtain case by case more precise calculations). This 1o best time prediction is particularly suitable for the Understanding collision risks.
Other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the detailed description which follows and which is made in reference in the accompanying drawings in which:
FIG. 1 represents the FMS flight management system and its peripheral devices;
FIG. 2 represents an example of a vertical flight plan according to the prior art;
FIG. 3 represents an example of a vertical flight plan displayed by the process according to the invention.
The navigation aid device according to the invention constitutes a part of a global control system of the aircraft. This global system, represented in FIG. 1, essentially comprises:
- flight management system, or FMS ("Flight Management System "), which is a calculator 10 able to receive information to develop further information and to communicate it to the pilot by means of dialogue interfaces;
sensors 12 distributed in the airplane, among which by examples of navigation instruments (IRS inertial units, etc.), various sensors giving information on the state of the aircraft, possibly instruments of communication with the outside, all these sensors being connected to the flight management system;
WO 97128423 PCTlFR97 / QOII6 - dialogue interfaces with the driver, connected to the calculator 10, among which we can find mainly:
~ - a flight control box, called FCU
("Flight Control Unit") allowing, using buttons, to select by example the heading of the aircraft, or other setpoints that it is necessary to provide the management system;
- an information display screen of navigation, ND ("Navigation Display"), to display maps, flight plans, etc.
a pilot information display screen, PFD ("Primary Flight Display"), to display an artificial horizon, aircraft altitudes, plates, speed vectors, etc., - a display console and inputs data, MCDU ("Multipurpose Contro (Display Unit").
The vertical flight plan according to the invention will be displayed in principle on the ND navigation screen; this screen works under the direct control of software contained in the FMS calculator. The vertical flight plan will not be however not displayed permanently on the navigation screen, but it will displayed in response to an activation of a specific function key of the screen.
In Figure 2, we see a vertical flight plan displayed with a as proposed in the prior art (French patent application already cited). The flight plan has a segment layout connecting several crossing points represented by diamonds. Each rhombus corresponds to a waypoint (WPT01 to WPT04) positioned on the axis of abscissa which is an axis graduated in distances. Projections Waypoints on the x-axis are designated by the letter R. The position of the aircraft at the moment considered is represented by an airplane symbol in beginning of trajectory. Triangular symbols point to the top (SI) and point down (S2) represent minimum altitude constraints and maximum respectively that the aircraft must respect during its journey.
These constraints are usually associated with waypoints and are therefore located on the screen at the same abscissa as the corresponding waypoint.
Two triangles, head to tail, touching each other by the tip, indicate compulsory altitude of passage (S3).
In the example shown, the trajectory breaks down into three parts, with various altitude constraints:
1 climb to altitude II: cruise level He! : downhill FIG. 3 represents a display obtained with the means proposed by the present invention. This display can occupy all from the ND navigation screen, or only half; the display could be also on another screen than the ND screen.
The display has a horizontal axis of times and an axis vertical altitudes. The horizontal axis, or x-axis, is graduated Universal Time (UTC), according to a scale that scrolls over time.
In the simplest example, the scrolling is such that the origin of the axis of the time represents at every moment the present time at the time of the display. On the chart, it's 8:05 am at the time of posting and the scale time scrolls from right to left. At eight thirty, the display will be such that the graduation 8H30 will have moved to the left until take the place of graduation 8H08 at the intersection of the axis of x-axis and y-axis. It could be expected that the abscissa representing the current time is a fixed point of the screen other than the intersection of the abscissa and ordinate axes, but it is more convenient to predict that it is this intersection.
The vertical axis, or ordinate axis, is graduated in altitudes.
In the example shown, the graduation is defined per unit of 100 feet (one foot = approximately 30 cm), that is to say that the graduation 300 corresponds to an altitude of 30000 feet. Graduation may depend on the phases of flight: up to a transition altitude, the graduation is in feet; then she is in flight level (FL), that is, in units of 100 feet.
In this embodiment, the altitude scale is also scrolling: the graduations scroll down as you go as the plane climbs, or parade up as the plane goes down, so that the aircraft's airiness at the instant of display remains kept at a fixed point. In the example shown, this fixed point is the intersection of the axes.
If the scales scroll in such a way that the point of intersection axes represents both the current time and the current altitude of the plane, it is understood that this point represents the position of the aircraft in the reference to the moment considered.
The flight plan is represented in this axis reference form of straight segments whose slopes represent the climbing speeds and downhill, and whose horizontal landings represent the altitudes of cruising between the periods of ascent and / or descent. Waypoints may be indicated as diamonds on these segments. They are referenced WPT1 to WPT9 on the flight plan of Figure 3. The waypoint WPTI being located on the left of the y-axis, this means that point has already been exceeded at the time of posting. It is not absolutely necessary to keep to the left of the y-axis the plane part already done but it is convenient to have a small fraction representing the most recently performed part.
It is the FMS flight management system that calculates the route of the right segments to display, from theoretical flight plan data introduced by the pilot and based on actual data provided by the aircraft sensors, so that the vertical flight plan displayed matches actually to what is happening at the moment. Of course, we may also provide that the flight management system provides only flight plan information, and the display terminal is a terminal intelligent who knows how to make the plots from the information received.
We understand that the position of a waypoints in the reference of axes represents - on the ordinate, the desired theoretical transit altitude at above the waypoint, - and on the x-axis the moment planned for the passage over this waypoint.
The management system therefore constantly recalculates the points to be display, depending on the actual flight path of the aircraft.
An airplane symbol is placed at the point representing time current and the current altitude. This symbol is placed in this example at the intersection of the time axis and the altitude axis. It remains to this fixed position when scrolling the time and altitude scales.
The orientation of the drawing of the symbol of the plane can turn around this position, so that this orientation represents the slope actually followed by plane; the slope is the rate of change of altitude per unit of time;
she can be calculated by the flight management system from the data provided by the sensors. Thus, the airplane symbol represents a ~
very readable way the climb slope of the avibn and it is easy for the pilot of check that the inclination of the symbol corresponds to the slope of the flight plan segment displayed at a given time.
It may be preferable that the altitude scale is not 1o scrolling during the climb of the plane; in this case, the airplane symbol displayed remains at abscissa 0 (representing the current time), but move on the y-axis as the climb or descent of the plane. Its orientation remains parallel to the climb slope current.
The symbol of the airplane can be a symbol such as shown in Figure 3, showing a schematic horizontal view airplane, or a symbol representing a schematic side view airline.
The vertical flight plan thus displayed may include other indications, and especially altitude constraints to waypoints or altitude constraints in horizontal cruising. Constraints of altitude to the waypoints could be represented by triangles tip up or tip down such as those in Figure 2.
In the example shown the following information appear on the screen:
- altitude safety margins (REC MAX alt) not to be exceed, and / or the optimum flight altitude (OPT alt) calculated by the system flight management according to predefined criteria, as well as clearance altitude (FCU alt) authorized by the air traffic control and adjusted by the pilot sure 3o the FCU interface;
- the value of the wind to the waypoints, in the form of symbols that are a function of the force of the wind and whose orientation is a function of the wind direction;
- the safety altitudes for the various phases of the flight: on FIG. 3 is the curve in stair steps appearing at the bottom of the figure, which is decomposed into levels of minimal aitude (referenced by relative to the graduation of the y-axis) for each segment of the vertical flight plan; the symbol of the plane must always be above this security altitude; security altitudes are stored in a database managed by the flight management system.
The altitude clearance FCU a could flash and / or change color if another aircraft is present within 100 feet (300 m) of difference, this in the case where a presence detection system is provided or if wireless data indicating this information is received lo by the flight management system. An audible alarm, and an indication of the exact value of the vertical deviation could be given.
Preferably, it is possible to show on the abscissa axis a time marker for setting a time stamp for action to be performed at the time indicated by this marker. When the time scale will scroll, the marker will move closer to the origin of the axes, and an alarm or specific indication (flashing, light signal on or off the screen screen, buzzer, etc.) may be triggered by the system.
flight management when the marker reaches the origin. Many markers can of course be provided simultaneously at hours different. In a convenient embodiment, the pilot acts on a tablet touch to move a cursor along the time axis and "click"
when the cursor is on the desired time position to create and display the time marker.
Function keys are provided around the screen of visualization for this type of special functions related to time display of the vertical flight plan. For example, the function key 'T1ME
MARKER "on the right side of the screen allows, if it is switched on, to activate this marker creation function without changing the display of the plane of vertical flight.
The other function keys make it possible to perform additional features such as flight plan review, display of speed of the aircraft in relation to the ground, etc.
The function keys on the left of the screen are keys CSTR ALT, CSTR SPD, CSTR TIME allowing the pilot to enter altitude, speed, and time constraints respectively. The key STEP makes it possible to plan a rise or descent in the phase of cruise for a long haul flight.
The keys on the right side of the screen provide access to following functions:
- PRED TO ALT: gives the time of passage to an altitude determined;
- PRED SPD: allows the display of speed predictions on the entire flight plan or a particular waypoint;
- REPLAN: displays the 5 nearest airports and gives the ability to calculate arrival time predictions for each.
These keys are only given as an example; the key REPLAN could be associated with the lateral flight plan rather than the vertical flight.
In general, the functions of modifications of the plan of lateral flight will (through the flight management system) changes to the vertical flight plan, and vice versa.