EP4616388A1 - Dispositif et procede de gestion de la consommation de l'energie de propulsion d'un aeronef - Google Patents

Dispositif et procede de gestion de la consommation de l'energie de propulsion d'un aeronef

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Publication number
EP4616388A1
EP4616388A1 EP23789330.0A EP23789330A EP4616388A1 EP 4616388 A1 EP4616388 A1 EP 4616388A1 EP 23789330 A EP23789330 A EP 23789330A EP 4616388 A1 EP4616388 A1 EP 4616388A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flight
refueling
aircraft
propulsion energy
energy
Prior art date
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Pending
Application number
EP23789330.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric Panchout
Elisa MONTAGNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4616388A1 publication Critical patent/EP4616388A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/20—Arrangements for acquiring, generating, sharing or displaying traffic information
    • G08G5/21—Arrangements for acquiring, generating, sharing or displaying traffic information located onboard the aircraft
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/30—Flight plan management
    • G08G5/32—Flight plan management for flight plan preparation
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/30—Flight plan management
    • G08G5/34—Flight plan management for flight plan modification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G01C21/3469—Fuel consumption; Energy use; Emission aspects

Definitions

  • the present invention relates to the field of flight management and more specifically concerns a device and method relating to the management of fuel consumption for an aircraft.
  • Air transport is responsible for emissions of carbon dioxide (CO2), nitrogen oxides (NOx) and noise.
  • CO2 carbon dioxide
  • NOx nitrogen oxides
  • transport aviation accounts for only 3% of global human-caused CO2 emissions by quantity, emissions at high altitudes (up to the stratosphere) have amplified the effect on the environment.
  • Airline routes are primarily determined by the interaction of geographic, political, and economic factors...
  • the routes served by airlines are constrained based on hub locations, the surrounding ecosystem, number of passengers, local fuel prices, their financial objectives, among others. No communalization of resources has been designed to preserve fossil resources.
  • the payload range performance of any aircraft is the best tool for measuring aircraft profitability, because additional range requires more fuel on board.
  • a long design range also comes at the cost of additional cell structure. It becomes wasteful when the aircraft is operating in its maximum use zone, in which it is primarily operated.
  • the ability to perform few long-haul flights compromises the energy efficiency of the majority of flights operated by the aircraft in question.
  • the maximum take-off weight or MTOW for “Maximum Take Off Weight” could be reduced.
  • a non-stop flight consumes more fuel than several missions totaling the same total range.
  • Intermediate stopover flying is a possibility to cover long routes with aircraft designed for a shorter range, thus providing an operating solution to save fuel on long-haul flights.
  • stopover flights have been studied for years and the estimated fuel savings are impressive, there are too many disadvantages to using them. Indeed, by dividing a long-haul route into several shorter routes, stage operations require planes to land at intermediate airports, refuel and depart for the rest of the journey. Such a configuration has impacts on several points.
  • An impact on safety The implementation operation doubles or even triples the number of takeoff and landing phases, which are the riskiest events of an entire flight mission. Additionally, by spending more time at an altitude below cruise condition, aircraft are exposed to hazardous weather conditions longer.
  • stage operations take more time on descent, approach, taxiing, stopover and ascent.
  • the additional time for refueling on the ground is at least 30 minutes per stage, while the average turnaround time is at least an hour.
  • a typical landing, taxiing and takeoff process even with a most optimistic hypothesis (i.e. without taking into account temporary air traffic restrictions linked to bad weather, saturation of flight trajectories, etc.), a Additional time of 30 to 45 minutes is required.
  • An impact on the life cycle of the cell is reduced because the pressurization cycles that a fuselage can endure have a limit due to the fact that when the aircraft descends to a lower altitude , the atmosphere is less stable. A gust accelerates the accumulation of airframe fatigue, and landing impact is also inevitable during touchdown.
  • Cost Index represents the ratio between the duration of the flight and the fuel consumed, based on the principle that if we fly slower (ie a low Cost Index value ), we consume less, but it takes longer to reach our destination. Conversely, if we fly faster (ie a high Cost Index value), we take less time, but we consume much more, and we can also reach the fuel carrying limit, and be forced to make a landing. intermediary which is ruinous in time.
  • the present invention responds to the aforementioned need by proposing an innovative solution and operational application allowing the commercial avionics industry to save a significant quantity of the type of fuel consumed for long-distance flights.
  • An object of the present invention is a device for managing the consumption of propulsion energy of an aircraft for a non-stop flight, in particular a long-haul flight.
  • the invention can be used preferentially in relation to an FMS type flight management system. It can be easily customized to different types of flight management systems.
  • the device of the invention comprises:
  • - flight management means coupled to the flight preparation means, configured to activate an automatic mode of in-flight refueling of the aircraft as it approaches the defined meeting points.
  • the invention proposes several independent or combined embodiments.
  • the means for preparing a flight plan comprise man-machine interfaces configured to display in-flight refueling meeting points for the flight to be carried out.
  • the man-machine interfaces can be configured to allow the ratio between the payload of the aircraft and a quantity of initial propulsion energy to be carried to be configured.
  • the flight preparation means are further configured to develop a new flight plan during a flight, and to define new refueling meeting points.
  • the means for preparing a flight are coupled to a database of refueling stations, making it possible to determine the location of refueling stations corresponding to meeting points.
  • the flight management means are configured to provide general navigation information during the flight.
  • the flight management means comprise man-machine interfaces configured to display information relating to the meeting points of the flight plan.
  • the means for refueling the aircraft by a refueling station are chosen from a tanker refueling type aircraft or a refueling drone or a refueling base composed of a multitude of refueling drones.
  • the device of the invention is operational for propulsion energy of an aircraft, of the chemical fuel type, electrical energy, electric/chemical hybrid energy, liquid energy of the hydrogen type.
  • the invention also relates to an aircraft which comprises a cockpit equipped with a device for managing the consumption of the propulsion energy of the aircraft according to the invention, and which comprises storage means adapted for store an initial amount of propulsion energy and to store a new amount of propulsion energy during in-flight refueling.
  • an aircraft implementing the device of the invention can:
  • - include appropriate refueling means to receive from a refueling station, a quantity of propulsion energy during in-flight refueling;
  • rigid pole type refueling means to receive from a refueling station, a quantity of propulsion energy during in-flight refueling
  • the invention also covers a method for managing the consumption of propulsion energy of an aircraft for a non-stop flight.
  • the process includes:
  • steps for preparing a flight plan with refueling consisting of:
  • steps consisting of determining that a next point in the flight plan is a predefined meeting point and activating an automatic in-flight refueling mode of the aircraft.
  • the step of calculating a number of meeting points consists of defining at least a first meeting point to carry out a first in-flight refueling.
  • the step of calculating the first quantity of propulsion energy for the first in-flight refueling consists of calculating a quantity allowing the aircraft either to reach the destination airport, or to reach a second in-flight refueling meeting point.
  • the invention also addresses a computer program comprising code instructions which, when the program is executed by a computer, lead it to implement the method of the invention.
  • Figure 1 illustrates an environment for implementing the invention
  • Figure 2 schematically illustrates an FMS type flight management system implementing the device of the invention, according to one embodiment
  • Figures 3a to 3d illustrate alternative embodiments of in-flight refueling according to the invention
  • Figure 4 illustrates the general steps of the method for managing the consumption of propulsion energy of an aircraft according to the invention.
  • Figure 5 illustrates steps for preparing a flight plan with refueling according to one embodiment of the method of the invention.
  • the general principle of in-flight refueling according to the invention consists of an aircraft taking off from the departure airport carrying mission fuel only for a first part of the flight defined by a flight plan.
  • This advantageous principle of on-board fuel reduction not only reduces the known so-called "fuel burning to transfer fuel” effect, but also allows the aircraft to be designed with fewer cell structures due to A lighter “MTOW” due to less mission fuel on board. Consequently, the device of the invention allows better energy efficiency.
  • in-flight refueling operations are used for combat aircraft in military operations, the latter are not intended to reduce fuel, but to extend the range and/or increase the payload. Also, the design of military aircraft is not designed to reduce the MTOW, and the principle of in-flight refueling known for the military domain cannot be transferred directly to the civil domain.
  • a device for managing the consumption of propulsion energy of an aircraft for a non-stop flight, in particular a long-haul flight, which comprises means for preparing a flight plan to define, before departure, a flight plan with in-flight refueling, and flight management means coupled to the flight preparation means, configured to activate a mode automatic in-flight refueling of the aircraft when approaching meeting points defined in the flight plan.
  • FIG. 1 illustrates an environment for implementing the invention.
  • Avionics equipment or airport resources 100 for example a control tower linked to air traffic control systems
  • aircraft 1 10
  • the aircraft designated according to the invention is an aircraft for long-haul non-stop flights.
  • the aircraft has a fuselage equipped for the transport of passengers or for the transport of cargo.
  • It comprises a pilot cabin or a cockpit 120, equipped with a device for managing the consumption of propulsion energy according to the invention.
  • piloting equipment 121 Within the cockpit there are also piloting equipment 121 (called avionics equipment), including among other things one or more on-board computers (means of calculation, memorization and storage of data), a flight management system designated by the Anglo-Saxon expression “Flight Management System” or (FMS), means of display or visualization and data entry, means of communication.
  • An “Electronic Flight Bag” or (EFB) 122 can be on board, portable or integrated into the cockpit, to interact 123 with avionics equipment 121 and be in communication 124 with external IT resources (for example IT in cloud or “Cloud Computing” 125). The calculations can be carried out locally on the EFB or partially or completely in the calculation means accessible via the network.
  • the aircraft according to the invention further comprises storage means 130 adapted to store a quantity of initial propulsion energy and to store a new quantity of propulsion energy during in-flight refueling.
  • the device of the invention can be adapted to operate on an aircraft whose propulsion energy is energy of the chemical fuel type or electrical energy or hybrid electric/chemical energy or liquid energy of the hydrogen type .
  • the aircraft according to the invention is equipped with refueling means 132 suitable for receiving from a refueling station, a quantity of propulsion energy during in-flight refueling.
  • the refueling means are rigid pole type means.
  • An FMS includes input means and display means, as well as calculation means.
  • An operator for example the pilot or co-pilot, can enter information via the input means such as RTAs, or "waypoints", associated with waypoints, that is to say points vertical to which the aircraft must pass.
  • the calculation means make it possible in particular to calculate, from the flight plan including the list of waypoints, the trajectory of the aircraft, as a function of the geometry between the waypoints and/or the altitude and speed conditions.
  • HMI man-machine interface
  • a flight plan is a detailed description of the trajectory to be followed by an aircraft as part of a planned flight. It includes in particular a route, which is a chronological sequence of waypoints described by their position, altitude and time of passage, and which are normally followed by the aircraft.
  • the flight plan is commonly managed by the FMS.
  • the FMS determines the geometry of the vertical profile, and sends the pilot or autopilot the guidance instructions to follow this profile.
  • FIG. 2 illustrates an FMS type flight management system implementing the device of the invention, according to one embodiment.
  • LOCNAV - Navigation
  • This module communicates with the aforementioned geolocation devices;
  • Flight plan (FPLN) 202 to capture the geographical elements constituting the "skeleton" of the route to follow, such as the points imposed by the departure and arrival procedures, waypoints, air corridors, commonly designated “airways” according to English terminology.
  • the functions which are the subject of the present invention affect or concern at least this part of the calculator.
  • NAVDB Navigation database
  • TRAJ - Lateral trajectory
  • RNP confinement constraints
  • PRED Predictions
  • GUID Guidance
  • DATALINK Digital data link
  • the flight management system of the FMS type, comprises or is coupled to a database of refueling stations 230, allowing the location of one or more refueling stations to be determined for a flight plan.
  • the location of refueling stations makes it possible to define refueling meeting points in the flight plan.
  • a flight plan also includes at least one diversion airport and an associated flight plan called a diversion flight plan.
  • This diversion airport is intended to accommodate the aircraft, particularly in the event of damage (engine failure, depressurization, etc.) or during flights carried out at the limit of the range, that is to say when the aircraft travels a distance requiring the consumption of almost all of the fuel on board.
  • the means for preparing the flight plan with refueling include man-machine interfaces configured to display in-flight refueling meeting points for the flight to be carried out.
  • the man-machine interfaces are configured to allow the pilot to configure the ratio between the payload of the aircraft and a quantity of initial propulsion energy to be carried.
  • an aircraft operator for example a pilot, may be required to very quickly develop a new flight plan to prepare for a diversion. of the aircraft from a planned trajectory.
  • the flight preparation means are also configured to develop a new flight plan during a flight, and to define new refueling meeting points on the new trajectory.
  • the flight management means include man-machine interfaces configured to display information relating to the meeting points of the flight plan or the modified flight plan, and to display general navigation information including information relating to fuel management, weight/balance distribution, tank status, alert information, etc.
  • Figures 3a to 3d illustrate alternative embodiments of in-flight refueling according to the invention.
  • Refueling requires a coupling system between the refueling aircraft and the refueled aircraft, such as a pole coupled to a distributor pipe.
  • a coupling system between the refueling aircraft and the refueled aircraft, such as a pole coupled to a distributor pipe.
  • Those skilled in the art understand that other types of coupling are possible, such as for example landing the refueled aircraft on or under the refueling aircraft.
  • Two ecosystems can be considered: one where refueling is done by conventional refueling stations, and one where refueling is done by drone.
  • the so-called “receiver” aircraft can be filled with additional fuel (or any other form of propulsion energy) in the air.
  • In-flight refueling allows takeoff with a larger payload.
  • the maximum takeoff weight is maintained by carrying less fuel and making one or more in-flight refuelings.
  • a shorter takeoff can be achieved because the takeoff weight with less fuel is lower.
  • in-flight refueling is carried out by a tanker-type aircraft.
  • the advantage is mainly based on the increase in payload for a given aircraft, and as a result, fewer sorties are required for the transport aircraft.
  • in-flight refueling is carried out by a drone type aircraft (UAV for “Unmaned Aerial Vahicule” according to the established English).
  • This variant of carrying out refueling by drone would make it possible to save fuel by pooling it at the level of the transport fleet.
  • the advantage is primarily based on the increased payload for the given aircraft, therefore fewer sorties are required for the transport aircraft.
  • in-flight refueling is organized from a refueling drone called “docker” which uses a multitude of drones which themselves will refuel the aircraft.
  • FIG. 3d An alternative embodiment of the refueling according to Figure 3c is illustrated in Figure 3d.
  • the “docker” refueling drone is itself resupplied by drones.
  • a “docker” type refueling vessel which would be a stationary airship powered by hydrogen.
  • the stationary docker would be an airship capable of remaining semi-static at a temperature of -50°C.
  • the fuel distributed could be hydrogen (for hydrogen planes) or conventional fuel (in attached drones), or any type of energy that can be stored on board the device (batteries, electricity, etc.).
  • Figure 4 illustrates the general steps of the method for managing the consumption of propulsion energy of an aircraft according to the invention.
  • a first phase 402 consists of preparing before a flight (or adapting, modifying, evolving during a flight) a flight plan with refueling for an aircraft having to operate a long-haul non-stop flight.
  • a following phase 404 takes place during a flight, and through all the means of the device of the invention, makes it possible to activate an automatic in-flight refueling mode, according to the flight plan which has been defined .
  • Figure 5 illustrates steps for preparing a flight plan with refueling according to one embodiment of the method of the invention.
  • a first step 502 the method makes it possible to define crossing points between a departure airport and a destination airport.
  • the method then allows 504 to calculate among the waypoints, a number of meeting points to carry out, at an altitude above the ground, a corresponding number of in-flight refuelings with refueling stations providing the type of propulsion energy of the aircraft.
  • the number of in-flight refueling meeting points is calculated so as to optimize the ratio between the payload of the aircraft and a quantity of initial propulsion energy to be carried.
  • the method then allows 506 to calculate a quantity of initial propulsion energy to be taken to reach a first meeting point.
  • the initial quantity is less than what would be a quantity required to reach the destination airport non-stop.
  • the method then allows 508 to calculate a quantity of refueling propulsion energy to be received at each meeting point.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

La présente invention propose un dispositif et un procédé de gestion de la consommation de l'énergie de propulsion d'un aéronef commercial ou de fret devant opérer un vol sans escale, notamment un vol long-courrier. La présente invention permet de préparer un plan de vol avec ravitaillement en vol pour l'aéronef, et d'activer en vol à des points de rendez-vous, un mode automatique de ravitaillement en vol, selon le plan de vol qui a été défini.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Dispositif et procédé de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne le domaine de la gestion de vol et concerne plus spécifiquement un dispositif et procédé relatifs à la gestion de la consommation de carburant pour un aéronef.
Etat de la technique
[0002] Le transport aérien est responsable d’émissions de dioxyde de carbone (CO2), d'oxydes d'azote (NOx) et de bruit. Bien que l'aviation de transport ne représente que 3% des émissions mondiales de CO2 d'origine humaine en quantité, les émissions à haute altitude (jusqu'à la stratosphère) ont amplifié l'effet sur l'environnement.
[0003] Sans avancée technologique majeure pour réduire ces émissions, la croissance du transport aérien n'est pas durable à long terme.
[0004] Pour parvenir à un développement durable de l'aviation commerciale, le Conseil consultatif pour la recherche et l'innovation aéronautique en Europe (ACARE) a fixé des objectifs pour les années 2020 à 2050 qui appellent à une réduction significative par rapport à l'année 2000, des émissions de CO2, de NOx ainsi que du bruit des avions perçu.
[0005] Compte tenu du mode d’opération actuel, l'industrie aéronautique n’a pas été en mesure d’atteindre l'objectif que s’était fixé le Conseil consultatif pour la recherche et l'innovation aéronautique en Europe (ACARE) en 2011. La vision 2020 affichée, était une réduction de 50% des émissions de CO2. Mais la nécessité de maintenir les aéronefs en condition opérationnelle (les avions ont une durée d’exploitation de plus de 30 ans en moyenne) qui entraine une stabilisation des performances (pas de rupture technologique dans les domaines aéronautiques), amène à envisager un nouveau paradigme opérationnel pour les avions de ligne de type fréteur ou commercial.
[0006] Chacun des objectifs fixés représente d'importants défis technologiques nécessitant une amélioration de la filière et des investissements importants dans la recherche et le développement. [0007] Les avancées techniques et technologiques dans le domaine aérien sont longues et coûteuses. La durée de vie des avions commerciaux dépassant souvent la trentaine d’années, seul le maintien en condition opérationnelle est assuré :
- au niveau logiciel par la correction de bug, l’ajout de fonctionnalités nouvelles, la transposition de fonctions, par exemple ;
- au niveau système et équipement par la transposition de système, l’entretien des équipements, la maintenance,
[0008] Des efforts séparés sur la conception et l'exploitation d'un type d’avion ont prouvé par le passé qu'ils sont insuffisants pour atteindre les objectifs fixés.
L’accélération technologique nécessaire tant en matière de propulsion que de design reste difficile à réaliser.
[0009] Aussi, une nouvelle conception des avions et des moteurs devrait être combinée avec de nouveaux modes d’opération.
[0010] En ce qui concerne l'industrie aéronautique d'aujourd'hui, il existe un décalage entre la conception, la portée, la vitesse et l'exploitation. L'utilisation opérationnelle des avions n’est pas faite dans son mode optimum et compromet les performances d'efficacité énergétique.
[001 1 ] L’inadéquation entre la plage de conception et l'utilisation réelle en opération aggrave encore ce facteur. Les itinéraires des compagnies aériennes sont principalement déterminés par l'interaction de facteurs géographiques, politiques, et économiques... Les routes desservies par les compagnies aériennes sont contraintes en fonction des emplacements hub, de l'écosystème environnant, du nombre de passagers, du prix du carburant local, de leurs objectifs financiers, entre autres. Aucune communalisation des ressources n’a été pensée pour préserver les ressources fossiles.
[0012] Les performances de la plage de charge utile de tout avion sont le meilleur outil pour mesurer la rentabilité des avions, car une autonomie supplémentaire nécessite plus de carburant à bord. Une longue plage de conception se fait également au prix d'une structure de cellule supplémentaire. Cela devient un gaspillage lorsque l'avion fonctionne dans sa zone d'utilisation maximale, dans laquelle il est principalement exploité. [0013] En d'autres termes, la capacité à effectuer peu de vols long-courriers compromet l'efficacité énergétique de la majorité des vols opérés par l'aéronef en question. En réduisant la plage de conception, la masse maximale au décollage ou MTOW pour « Maximum Take Off Weight >> selon l’anglicisme consacré, pourrait être réduite.
[0014] Les vols long-courriers sont intrinsèquement inefficaces en raison de l'effet dit de « brûler du carburant pour transférer du carburant ».
[0015] Par exemple, pour un jet commercial d'une autonomie supérieure à 5 000 nm (mille nautique), près de la moitié de sa masse au décollage est constituée par le carburant embarqué. Les moteurs et les cellules (la cellule est constituée du fuselage, de la voilure, de l'empennage - stabilisateur horizontal et dérive - et du train d'atterrissage) sont dimensionnés pour embarquer cette masse importante, au prix d'un poids et d'une traînée supplémentaires, ce qui entraîne alors une plus grande consommation de carburant.
[0016] Les aéronefs courants existent (ou ont existé) avec une grande variété de vitesses de vol, d'efficacités énergétiques, ou de niveaux de sécurité.
[0017] Lorsqu'ils sont conçus pour une portée courte, les avions peuvent être plus économes en carburant pour un maximum de plages d'utilisation.
[0018] Bien que le nombre de vols soit plus réduit pour les opérations à longue distance (80% des vols font moins de 2000 nm), il ressort que 70% des émissions de CO2 se font pour des vols de plus de 2000 nm.
[0019] Ainsi, un vol sans escale consomme plus de carburant que plusieurs missions totalisant la même portée totale. Le vol avec escale intermédiaire est une possibilité pour couvrir de longues routes avec des avions conçus pour une autonomie plus courte, offrant ainsi une solution d'exploitation pour économiser le carburant des vols long-courriers. Bien que les vols à escales aient été étudiés pendant des années et que les économies de carburant estimées soient impressionnantes, il réside trop d’inconvénients à les utiliser. En effet, en divisant une route long-courrier en plusieurs routes plus courtes, les opérations d'étape nécessitent que les avions atterrissent sur des aéroports intermédiaires, qu’ils fassent le plein de carburant et repartent pour la suite du voyage. Une telle configuration entraine des impacts sur plusieurs points. [0020] Un impact sur la sécurité : L'opération de mise en oeuvre, double voire triple le nombre de phases de décollage et d'atterrissage, qui sont les événements les plus risqués de toute une mission de vol. De plus, en passant plus de temps à une altitude inférieure à la condition de croisière, les avions sont exposés plus longtemps à des conditions météorologiques dangereuses.
[0021 ] Un impact sur le coût : en multipliant le nombre d’escales, le nombre de taxes aéroportuaires est alors lui aussi multiplié.
[0022] Un impact sur le temps de trajet total : Par rapport aux vols directs, les opérations d'étape prennent plus de temps en descente, en approche, en roulage, en escale et en remontée. Le temps supplémentaire pour faire le plein au sol est d'au moins 30 minutes par étape, tandis que le temps de rotation moyen est au moins d’une heure. Pour un processus typique d'atterrissage, de roulage et de décollage, même avec une hypothèse la plus optimiste (i.e. sans tenir compte de restrictions temporaires de trafic aérien liées au mauvais temps, de la saturation des trajectoires de vol...), un temps supplémentaire de 30 à 45 minutes est nécessaire.
[0023] Un impact sur le confort des passagers : Pendant le décollage, l'approche et l'atterrissage, l'avion effectue des manoeuvres, ce qui fait que les passagers à bord subissent des charges ‘g’ et des rotations. Par mauvais temps, la situation est même aggravée. De plus, la cabine est pressurisée et dépressurisée pendant la montée et la descente, ce qui, avec les charges ‘g’ et les rotations, peut facilement causer le mal de l'air aux passagers.
[0024] Un impact sur le cycle de vie de la cellule : Le temps de vie de la cellule est réduit car les cycles de pressurisation qu'un fuselage peut endurer ont une limite du fait que lorsque l'avion descend à une altitude plus basse, l'atmosphère est moins stable. Une rafale accélère l'accumulation de fatigue de la cellule, et l'impact à l'atterrissage est également inévitable lors du toucher des roues.
[0025] Ainsi, face aux différentes contraintes présentes et futures que l’avionique commerciale doit respecter, de nombreux défis technologiques sont à relever.
[0026] En particulier, il existe un besoin fondamental de gérer la consommation de carburant pour les vols long-courriers.
[0027] L’état de l’art des solutions de gestion de la consommation de carburant, est principalement pour les compagnies aériennes de jouer sur les vitesses de l’avion au travers d’un indice de coût (« Cost Index >> selon l’anglicisme consacré) qui représente le ratio entre la durée du vol et le carburant consommé, partant du principe que si on vole moins vite (i.e. une valeur de Cost Index faible), on consomme moins, mais on met plus de temps pour arriver à destination. A contrario, si on vole plus vite (i.e. une valeur de Cost Index élevée), on met moins de temps, mais on consomme beaucoup plus, et on peut de surcroit arriver en limite d’emport carburant, et être obligé de faire un posé intermédiaire qui est ruineux en temps.
[0028] Aussi, la présente invention répond au besoin prcité en proposant une solution innovante et d’application opérationnelle permettant à l’industrie de l’avionique commerciale d’économiser une quantité significative du type de carburant consommé pour des vols longue distance.
[0029] Résumé de l’invention
[0030] Un objet de la présente invention est un dispositif de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol sans escale, notamment un vol long-courrier.
[0031] L’invention peut être utilisée de manière préférentielle en relation avec un système de gestion de vol de type FMS. Elle peut être facilement personnalisée à différents types de systèmes de gestion de vol.
[0032] Pour obtenir les résultats recherchés, il est proposé un dispositif de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol sans escale. Le dispositif de l’invention comprend :
- des moyens de préparation d’un plan de vol pour définir, avant le départ, pour un aéronef fonctionnant avec un type d’énergie de propulsion, un plan de vol avec ravitaillement en vol, lesdits moyens de préparation étant configurés pour :
- définir des points de passage entre un aéroport de départ et un aéroport de destination ;
- calculer parmi les points de passage, un nombre de points de rendez-vous pour effectuer, à une altitude au-dessus du sol, un nombre correspondant de ravitaillements en vol avec des stations de ravitaillement fournissant le type d’énergie de propulsion de l’aéronef, le nombre de points de rendez-vous de ravitaillement en vol étant calculé de manière à optimiser le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter ; - calculer une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter pour rejoindre un premier point de rendez-vous, ladite quantité initiale étant inférieure à une quantité requise pour rejoindre sans escale l’aéroport de destination ; et
- calculer une quantité d’énergie de propulsion de ravitaillement à recevoir à chaque point de rendez-vous ; et
- des moyens de gestion de vol couplés aux moyens de préparation de vol, configurés pour activer un mode automatique de ravitaillement en vol de l’aéronef à l’approche des points de rendez-vous définis.
[0033] L’invention propose plusieurs modes de réalisation indépendants ou combinés.
[0034] Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de préparation d’un plan de vol comprennent des interfaces homme-machine configurées pour afficher des points de rendez-vous de ravitaillement en vol pour le vol à effectuer.
[0035] Les interfaces homme-machine peuvent être configurées pour permettre de paramétrer le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter.
[0036] Dans un mode de réalisation, les moyens de préparation d’un vol sont de plus configurés pour élaborer un nouveau plan de vol au cours d’un vol, et pour définir de nouveaux points de rendez-vous de ravitaillement.
[0037] Avantageusement, les moyens de préparation d’un vol sont couplés à une base de données de stations de ravitaillement, permettant de déterminer la localisation de stations de ravitaillement correspondant à des points de rendez-vous.
[0038] Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de gestion de vol sont configurés pour fournir pendant le vol des informations générales de navigation.
[0039] Avantageusement, les moyens de gestion de vol comprennent des interfaces homme-machine configurées pour afficher des informations relatives aux points de rendez-vous du plan de vol.
[0040] Selon des variantes de réalisation, les moyens pour ravitailler l’aéronef par une station de ravitaillement sont choisis parmi un aéronef de type tanker ravitailleur ou un drone ravitailleur ou une base de ravitaillement composée d’une multitude de drones ravitailleurs. [0041] Avantageusement, le dispositif de l’invention est opérationnel pour une énergie de propulsion d’un aéronef, de type carburant chimique, énergie électrique, énergie hybride électrique/chimique, énergie liquide de type hydrogène.
[0042] L’invention a aussi pour objet un aéronef qui comprend un cockpit équipé d’un dispositif de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion de l’aéronef selon l’invention, et qui comprend des moyens de stockage adaptés pour stocker une quantité d’énergie de propulsion initiale et pour stocker une nouvelle quantité d’énergie de propulsion lors de ravitaillements en vol.
[0043] Selon des mises en oeuvres particulières ou combinées, un aéronef implémentant le dispositif de l’invention peut :
- comprendre des moyens de ravitaillement appropriés pour recevoir depuis une station de ravitaillement, une quantité d’énergie de propulsion lors d’un ravitaillement en vol ;
- comprendre des moyens de ravitaillement de type perche rigide pour recevoir depuis une station de ravitaillement, une quantité d’énergie de propulsion lors d’un ravitaillement en vol ;
- être conçu avec un fuselage équipé pour le transport de passagers ;
- être conçu avec un fuselage équipé pour le transport de fret.
[0044] L’invention couvre aussi un procédé de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol sans escale. Le procédé comprend :
- avant le départ, des étapes de préparation d’un plan de vol avec ravitaillement, consistant à :
- définir des points de passage entre un aéroport de départ et un aéroport de destination ;
- calculer parmi les points de passage, un nombre de points de rendez-vous pour effectuer à une altitude au-dessus du sol, un nombre correspondant de ravitaillements en vol de l’aéronef avec des stations de ravitaillement fournissant le type d’énergie de propulsion de l’aéronef, le nombre de points de rendez-vous de ravitaillement en vol étant calculé de manière à optimiser le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter ;
- calculer une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter pour rejoindre un premier point de rendez-vous, ladite quantité initiale étant inférieure à une quantité requise pour rejoindre sans escale l’aéroport de destination ; et - calculer une quantité d’énergie de propulsion à recevoir à chaque point de rendez- vous de ravitaillement en vol ; et
- pendant le vol, des étapes consistant à déterminer qu’un prochain point du plan de vol est un point de rendez-vous prédéfini et à activer un mode automatique de ravitaillement en vol de l’aéronef.
[0045] Dans un mode de réalisation du procédé, l’étape de calculer un nombre de points de rendez-vous consiste à définir au moins un premier point de rendez-vous pour effectuer un premier ravitaillement en vol.
[0046] Dans une variante de réalisation, lequel l’étape de calculer la première quantité d’énergie de propulsion pour le premier ravitaillement en vol, consiste à calculer une quantité permettant à l’aéronef soit de rejoindre l’aéroport de destination, soit de rejoindre un second point de rendez-vous de ravitaillement en vol.
[0047] L’invention adresse aussi un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé de l’invention.
Brève Description des Dessins
[0048] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins suivants :
[0049] La figure 1 illustre un environnement de mise en oeuvre de l'invention ;
[0050] La figure 2 illustre schématiquement un système de gestion de vol de type FMS implémentant le dispositif de l’invention, selon un mode de réalisation ;
[0051 ] Les figures 3a à 3d illustrent des variantes de réalisation d’un ravitaillement en vol selon l’invention ;
[0052] La figure 4 illustre les étapes générales du procédé de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef selon l’invention ; et
[0053] La figure 5 illustre des étapes de préparation d’un plan de vol avec ravitaillement selon un mode de réalisation du procédé de l’invention.
Description détaillée de l’invention [0054] Le principe général de ravitaillement en vol selon l’invention consiste à ce qu'un aéronef qui décolle de l'aéroport de départ, n'emporte le carburant de mission que pour une première partie du vol défini par un plan de vol. Ce principe avantageux d’une réduction de carburant à bord permet de réduire non seulement l'effet connu dit de "combustion de carburant pour transférer du carburant", mais permet également que l'aéronef soit conçu avec moins de structures de cellule en raison d’une « MTOW >> plus légère due à moins de carburant de mission à bord. Par conséquent, le dispositif de l’invention permet une meilleure efficacité énergétique.
[0055] Bien que des opérations de ravitaillement en vol soient utilisées pour les avions de combat dans les opérations militaires, ces dernières ne visent pas à réduire le carburant, mais à étendre la portée et/ou à augmenter la charge utile. Aussi, la conception des avions militaires n’est pas pensée pour réduire la MTOW, et le principe de ravitaillement en vol connu pour le domaine militaire ne peut être transféré de manière directe au domaine civil.
[0056] De plus, les différents moyens nécessaires à la mise en oeuvre d’un tel ravitaillement en vol pour des aéronefs de transport civil ne peuvent être un aménagement direct des moyens connus pour l’aviation militaire.
[0057] En effet, sur une configuration avion donnée de transport de passagers, il doit être tenu compte d’une manière différente des moyens requis pour mettre en oeuvre un ravitaillement en vol. Par exemple, le confort et la sécurité des passagers doivent être maintenus durant tout le vol, les horaires des compagnies aériennes qui sont basés sur les demandes du marché et qui fonctionnent en aller-retour et non en manoeuvres concentrées dans une seule direction doivent être pris en compte pour planifier les étapes de ravitaillement. De nombreux autres paramètres spécifiques sont à considérés, en particulier quant aux niveaux de certification exigés, et font qu’un dispositif de ravitaillement en vol pour le domaine civil ou le fret n’est pas une adaptation immédiate d’un dispositif de ravitaillement en vol pour l’aviation militaire.
[0058] Ainsi, il est proposé un dispositif de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol sans escale, notamment un vol long-courrier, qui comprend des moyens de préparation d’un plan de vol pour définir, avant le départ, un plan de vol avec ravitaillement en vol, et des moyens de gestion de vol couplés aux moyens de préparation de vol, configurés pour activer un mode automatique de ravitaillement en vol de l’aéronef à l’approche de points de rendez- vous définis dans le plan de vol.
[0059] La figure 1 illustre un environnement de mise en oeuvre de l'invention. Des équipements avioniques ou des moyens aéroportuaires 100 (par exemple une tour de contrôle en lien avec les systèmes de contrôle aérien) sont en communication avec un aéronef 1 10.
[0060] L’aéronef désigné selon l’invention est un aéronef pour vol long-courrier sans escale. L’aéronef a un fuselage équipé pour le transport de passagers ou pour le transport de fret.
[0061 ] Il comprend une cabine de pilotage ou un cockpit 120, équipé d’un dispositif de gestion de la consommation d’une énergie de propulsion selon l’invention.
[0062] Au sein du cockpit se trouvent aussi des équipements de pilotage 121 (dits équipements avioniques), comprenant entre autre un ou plusieurs calculateurs de bord (moyens de calcul, de mémorisation et de stockage de données), un système de gestion de vol désigné par l'expression anglo-saxonne « Flight Management System >> ou (FMS), des moyens d'affichage ou de visualisation et de saisie de données, des moyens de communication. Un « Electronic Flight Bag >> ou (EFB) 122 peut se trouver à bord, de manière portative ou intégrée dans le cockpit, pour interagir 123 avec les équipements avioniques 121 et être en communication 124 avec des ressources informatiques externes (par exemple informatique en nuage ou "Cloud Computing" 125). Les calculs peuvent s'effectuer localement sur l'EFB ou de manière partielle ou totale dans les moyens de calculs accessibles par le réseau.
[0063] L’aéronef selon l’invention, comprend de plus des moyens de stockage 130 adaptés pour stocker une quantité d’énergie de propulsion initiale et pour stocker une nouvelle quantité d’énergie de propulsion lors de ravitaillements en vol.
[0064] Avantageusement, le dispositif de l’invention peut être adapté pour opérer sur un aéronef dont l’énergie de propulsion est une énergie de type carburant chimique ou une énergie électrique ou une énergie hybride électrique/chimique ou une énergie liquide de type hydrogène.
[0065] L’aéronef selon l’invention est équipé de moyens de ravitaillement 132 appropriés pour recevoir depuis une station de ravitaillement, une quantité d’énergie de propulsion lors d’un ravitaillement en vol. [0066] Dans un mode de réalisation, les moyens de ravitaillement sont des moyens de type perche rigide.
[0067] Lors de la préparation d'un vol ou lors d'un déroutement, l'équipage procède à la saisie de différentes informations relatives au déroulement du vol, typiquement en utilisant un dispositif de gestion de vol d'un aéronef FMS. Un FMS comprend des moyens de saisie et des moyens d'affichage, ainsi que des moyens de calcul. Un opérateur, par exemple le pilote ou le copilote, peut saisir via les moyens de saisie des informations telles que des RTA, ou " waypoints ", associés à des points de cheminement, c'est-à-dire des points à la verticale desquels l'aéronef doit passer. Les moyens de calcul permettent notamment de calculer, à partir du plan de vol comprenant la liste des waypoints, la trajectoire de l'aéronef, en fonction de la géométrie entre les waypoints et/ou des conditions d'altitude et de vitesse.
[0068] La saisie des informations, et l'affichage des informations saisies ou calculées, par les moyens d'affichage, constituent une interface homme-machine d’acronyme (IHM). Avec des dispositifs de type FMS connus, lorsque l'opérateur saisit un point de cheminement, il le fait via un affichage dédié affiché par les moyens d'affichage. Cet affichage peut éventuellement également afficher des informations relatives à la situation temporelle de l'aéronef vis-à-vis du point de cheminement considéré. L'opérateur peut alors saisir et visualiser une contrainte de temps posée pour ce point de cheminement. De manière générale, les moyens IHM permettent la saisie et la consultation des informations de plan de vol.
[0069] Un plan de vol est une description détaillée de la trajectoire à suivre par un aéronef dans le cadre d'un vol planifié. Il comporte notamment une route, qui est une séquence chronologique de points de passage décrits par leur position, altitude et heure de passage, et qui sont normalement suivis par l'aéronef. Le plan de vol est couramment géré par le FMS. Le FMS détermine la géométrie du profil vertical, et envoie au pilote ou au pilote automatique les consignes de guidage pour suivre ce profil.
[0070] La figure 2 illustre un système de gestion de vol de type FMS implémentant le dispositif de l’invention, selon un mode de réalisation. Un système de type FMS 200 disposé dans le cockpit 120 avec des moyens avioniques 121 , dispose d'une interface homme-machine 220 comprenant des moyens de saisie, par exemple formés par un clavier, et des moyens d'affichage, par exemple formés par un écran d'affichage, ou bien simplement un écran d'affichage tactile, ainsi qu'au moins les fonctions suivantes:
- Navigation (LOCNAV) 201 , pour effectuer la localisation optimale de l'aéronef en fonction des moyens de géolocalisation 230 tels que le géo-positionnement par satellite ou GPS, GALILEO, les balises de radionavigation VHF, les centrales inertielles. Ce module communique avec les dispositifs de géolocalisation précités ;
- Plan de vol (FPLN) 202, pour saisir les éléments géographiques constituant le "squelette" de la route à suivre, tels que les points imposés par les procédures de départ et d'arrivée, les points de cheminement, les couloirs aériens, communément désignés "airways" selon la terminologie anglaise. Les fonctions faisant l'objet de la présente invention affectent ou concernent au moins cette partie du calculateur.
- Base de données de navigation (NAVDB) 203, pour construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases relatives aux points, balises, legs d'interception ou d'altitude, etc.;
- Base de données de performance, (PERFDB) 204, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil ;
- Trajectoire latérale (TRAJ) 205, pour construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement (RNP) ;
- Prédictions (PRED) 206, pour construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale et verticale et donnant les estimations de distance, heure, altitude, vitesse, carburant et vent notamment sur chaque point, à chaque changement de paramètre de pilotage et à destination, qui seront affichées à l'équipage;
- Guidage (GUID) 207, pour guider dans les plans latéraux et verticaux l'aéronef sur sa trajectoire tridimensionnelle, tout en optimisant sa vitesse, à l'aide des informations calculées par la fonction Prédictions 206. Dans un aéronef équipé d'un dispositif de pilotage automatique 210, ce dernier peut échanger des informations avec le module de guidage 207 ;
- Liaison de données numériques (DATALINK) 208 pour échanger des informations de vol entre les fonctions Plan de vol/Prédictions et les centres de contrôle ou les autres aéronefs 209.
[0071] Dans le contexte de l’invention, le système de gestion de vol, de type FMS, comprend ou est couplé à une base de données de stations de ravitaillement 230, permettant de déterminer la localisation d’une ou de plusieurs stations de ravitaillement pour un plan de vol. La localisation des stations de ravitaillement permet de définir dans le plan de vol, des points de rendez-vous de ravitaillement.
[0072] En général, un plan de vol comporte, en outre, au moins un aéroport de déroutement et un plan de vol associé appelé plan de vol de déroutement. Cet aéroport de déroutement est destiné à accueillir l'aéronef notamment en cas d'avaries (panne de moteur, dépressurisation, etc.) ou lors de vols effectués en limite de portée, c'est-à-dire lorsque l'aéronef parcourt une distance nécessitant la consommation de la quasi-totalité du carburant embarqué à bord.
[0073] Dans un mode de réalisation, les moyens de préparation du plan de vol avec ravitaillement, comprennent des interfaces homme-machine configurées pour afficher des points de rendez-vous de ravitaillement en vol pour le vol à effectuer.
[0074] Avantageusement, les interfaces homme-machine sont configurées pour permettre au pilote de paramétrer le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter.
[0075] Dans certaines situations, par exemple, pour réagir à un changement de conditions métrologiques défavorable rencontré en vol, un opérateur d'aéronef, par exemple un pilote, peut être amené à élaborer très rapidement un nouveau plan de vol pour préparer un déroutement de l’aéronef d'une trajectoire prévue.
[0076] Dans une variante, les moyens de préparation d’un vol sont de plus configurés pour élaborer un nouveau plan de vol au cours d’un vol, et pour définir de nouveaux points de rendez-vous de ravitaillement sur la nouvelle trajectoire.
[0077] Les moyens de gestion de vol comprennent des interfaces homme-machine configurées pour afficher des informations relatives aux points de rendez-vous du plan de vol ou du plan de vol modifié, et afficher des informations générales de navigation dont des informations relatives à la gestion de carburant, la répartition masse/centrage, l’état des réservoirs, des informations d’alertes, ...
[0078] Les figures 3a à 3d illustrent des variantes de réalisation d’un ravitaillement en vol selon l’invention.
[0079] Le ravitaillement nécessite un système de couplage entre l’avion ravitailleur et l’avion ravitaillé, tel qu’une perche couplée à un tuyau distributeur. [0080] L’homme du métier comprend que d’autres types de couplage sont possibles comme par exemple un appontage de l’avion ravitaillé sur ou sous l’avion ravitailleur.
[0081] Deux écosystèmes peuvent être envisagés : l’un où le ravitaillement se fait par des ravitai Heu rs classiques, et l’un où le ravitaillement se fait par drone.
[0082] De manière similaire, l'aéronef dit « récepteur >> peut être rempli de carburant (ou toute autre forme d’énergie de propulsion) supplémentaire dans les airs. Le ravitaillement en vol permet un décollage avec une charge utile plus importante. Ainsi, la masse maximale au décollage est maintenue en transportant moins de carburant et en faisant un ou plusieurs ravitaillements en vol.
[0083] Avantageusement, un décollage plus court peut-être réalisé car le poids au décollage avec moins de carburant est plus faible.
[0084] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3a, le ravitaillement en vol est effectué par un avion de type tanker ravitailleur.
[0085] Cette variante de réalisation de ravitaillement par tanker permettrait de faire économiser du carburant au niveau de la flotte de transport.
[0086] L'avantage est principalement basé sur l'augmentation de la charge utile pour un avion donné, et de ce fait, moins de sorties sont nécessaires pour l'aéronef de transport.
[0087] Cela pourrait être un avantage direct pour les compagnies de fret avec une augmentation des marchandises transportées pour une même quantité de carburant.
[0088] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3b, le ravitaillement en vol est effectué par un avion de type drone (UAV pour « Unmaned Aerial Vahicule >> selon l’anglicisme consacré).
[0089] Cette variante de réalisation de ravitaillement par drone permettrait de faire économiser du carburant en le mutualisant au niveau de la flotte de transport. L'avantage est principalement basé sur l'augmentation de la charge utile pour l'avion donné, donc moins de sorties sont nécessaires pour l'avion de transport.
[0090] Avec un ravitailleur UAV, les coûts d'exploitation seraient largement inférieurs à ceux d’un tanker classique. [0091 ] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3c, le ravitaillement en vol est organisé à partir d’un drone ravitai Heu r dit « docker >> qui utilise une multitude de drones qui eux-mêmes vont ravitailler les aéronefs.
[0092] Une variante de réalisation du ravitaillement selon la figure 3c, est illustrée sur la figure 3d. Dans cette alternative, le drone ravitailleur « docker >> est lui-même ravitaillé par drones.
[0093] D’autres variantes de réalisation (non illustrées) peuvent être envisagées dont par exemple, un ravitailleur de type « docker >> qui serait un dirigeable stationnaire alimenté en hydrogène. Le docker stationnaire serait un dirigeable capable de rester semi statique à une température de -50°C. Le carburant distribué pourrait être de l’hydrogène (pour les avions à hydrogène) ou du carburant classique (dans les drones attenants), ou tout type d’énergie stockable à bord de l’appareil (batteries, électricité,...).
[0094] La figure 4 illustre les étapes générales du procédé de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef selon l’invention.
[0095] Une première phase 402 consiste à préparer avant un vol (ou à adapter, modifier, faire évoluer au cours d’un vol) un plan de vol avec ravitaillement pour un aéronef devant opérer un vol long-courrier sans escale. Une phase suivante 404, se déroule au cours d’un vol, et de par l’ensemble des moyens du dispositif de l’invention, permet d’activer un mode automatique de ravitaillement en vol, selon le plan de vol qui a été défini.
[0096] La figure 5 illustre des étapes de préparation d’un plan de vol avec ravitaillement selon un mode de réalisation du procédé de l’invention.
[0097] Dans une première étape 502, le procédé permet de définir des points de passage entre un aéroport de départ et un aéroport de destination.
[0098] Le procédé permet ensuite 504 de calculer parmi les points de passage, un nombre de points de rendez-vous pour effectuer, à une altitude au-dessus du sol, un nombre correspondant de ravitaillements en vol avec des stations de ravitaillement fournissant le type d’énergie de propulsion de l’aéronef.
[0099] Le nombre de points de rendez-vous de ravitaillement en vol est calculé de manière à optimiser le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter. [0100] Le procédé permet ensuite 506 de calculer une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter pour rejoindre un premier point de rendez-vous. Avantageusement, la quantité initiale est inférieure à ce que serait une quantité requise pour rejoindre sans escale l’aéroport de destination. [0101 ] Le procédé permet ensuite 508 de calculer une quantité d’énergie de propulsion de ravitaillement à recevoir à chaque point de rendez-vous.
[0102] Il a été décrit un mode de réalisation du dispositif et du procédé de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol long-courrier sans escale, qui n’est pas limitatif. L’homme du métier pourra adapter des variantes de réalisation tout en appliquant les principes généraux décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol sans escale, le dispositif comprenant :
- des moyens de préparation d’un plan de vol pour définir, avant le départ, pour un aéronef fonctionnant avec un type d’énergie de propulsion, un plan de vol avec ravitaillement en vol, lesdits moyens de préparation étant configurés pour :
- définir des points de passage entre un aéroport de départ et un aéroport de destination ;
- calculer parmi les points de passage, un nombre de points de rendez-vous pour effectuer, à une altitude au-dessus du sol, un nombre correspondant de ravitaillements en vol avec des stations de ravitaillement fournissant le type d’énergie de propulsion de l’aéronef, le nombre de points de rendez-vous de ravitaillement en vol étant calculé de manière à optimiser le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter ;
- calculer une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter pour rejoindre un premier point de rendez-vous, ladite quantité initiale étant inférieure à une quantité requise pour rejoindre sans escale l’aéroport de destination ; et
- calculer une quantité d’énergie de propulsion de ravitaillement à recevoir à chaque point de rendez-vous ; et
- des moyens de gestion de vol couplés aux moyens de préparation de vol, configurés pour activer un mode automatique de ravitaillement en vol de l’aéronef à l’approche des points de rendez-vous définis.
2. Le dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens de préparation d’un plan de vol comprennent des interfaces homme-machine configurées pour afficher des points de rendez-vous de ravitaillement en vol pour le vol à effectuer.
3. Le dispositif selon la revendication 2 dans lequel les interfaces homme- machine sont configurées pour paramétrer le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter.
4. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de préparation d’un vol sont de plus configurés pour élaborer un nouveau plan de vol au cours d’un vol, et pour définir de nouveaux points de rendez- vous de ravitaillement.
5. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de préparation d’un vol sont couplés à une base de données de stations de ravitaillement, permettant de déterminer la localisation de stations de ravitaillement correspondant à des points de rendez-vous.
6. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de gestion de vol sont configurés pour fournir pendant le vol des informations générales de navigation.
7. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de gestion de vol comprennent des interfaces homme-machine configurées pour afficher des informations relatives aux points de rendez-vous du plan de vol.
8. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant des moyens pour ravitailler l’aéronef par une station de ravitaillement choisie parmi un aéronef de type tanker ravitailleur, ou un drone ravitailleur, ou une base de ravitaillement composée d’une multitude de drones ravitailleurs.
9. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’énergie de propulsion de l’aéronef est une énergie de type carburant chimique, une énergie électrique, une énergie hybride électrique/chimique, ou une énergie liquide de type hydrogène.
10. Aéronef comprenant :
- un cockpit équipé d’un dispositif de gestion de la consommation d’une énergie de propulsion selon l’une quelconque des revendications précédentes ; et
- des moyens de stockage adaptés pour stocker une quantité d’énergie de propulsion initiale et pour stocker une nouvelle quantité d’énergie de propulsion lors de ravitaillements en vol.
11. Un aéronef selon la revendication précédente comprenant des moyens de ravitaillement appropriés pour recevoir depuis une station de ravitaillement, une quantité d’énergie de propulsion lors d’un ravitaillement en vol.
12. Un aéronef selon la revendication précédente dans lequel les moyens de ravitaillement sont des moyens de type perche rigide.
13. Un aéronef selon l’une quelconque des revendications 10 à 12 dans lequel le fuselage est équipé pour le transport de passagers.
14. Un aéronef selon l’une quelconque des revendications 10 à 12 dans lequel le fuselage est équipé pour le transport de fret.
15. Un procédé de gestion de la consommation de l’énergie de propulsion d’un aéronef pour un vol sans escale, le procédé comprenant :
- avant le départ, des étapes de préparation d’un plan de vol avec ravitaillement, consistant à :
- définir des points de passage entre un aéroport de départ et un aéroport de destination ;
- calculer parmi les points de passage, un nombre de points de rendez-vous pour effectuer à une altitude au-dessus du sol, un nombre correspondant de ravitaillements en vol de l’aéronef avec des stations de ravitaillement fournissant le type d’énergie de propulsion de l’aéronef, le nombre de points de rendez-vous de ravitaillement en vol étant calculé de manière à optimiser le rapport entre la charge utile de l’aéronef et une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter ;
- calculer une quantité d’énergie de propulsion initiale à emporter pour rejoindre un premier point de rendez-vous, ladite quantité initiale étant inférieure à une quantité requise pour rejoindre sans escale l’aéroport de destination ; et
- calculer une quantité d’énergie de propulsion à recevoir à chaque point de rendez- vous de ravitaillement en vol ; et
- pendant le vol, des étapes consistant à déterminer qu’un prochain point du plan de vol est un point de rendez-vous prédéfini et à activer un mode automatique de ravitaillement en vol de l’aéronef.
16. Le procédé selon la revendication 15 dans lequel l’étape de calculer un nombre de points de rendez-vous consiste à définir au moins un premier point de rendez-vous pour effectuer un premier ravitaillement en vol.
17. Le procédé selon la revendication 15 dans lequel l’étape de calculer la première quantité d’énergie de propulsion pour le premier ravitaillement en vol, consiste à calculer une quantité permettant à l’aéronef soit de rejoindre l’aéroport de destination, soit de rejoindre un second point de rendez-vous de ravitaillement en vol.
18. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code permettant d’effectuer les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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