FR2801967A1 - Indicateur de variable pour aeronef - Google Patents

Abstract

- Indicateur de variable pour aéronef. - L'indicateur (1A) selon l'invention comporte des moyens (13) pour déterminer des première et seconde valeurs de consigne respectivement d'une variable et de sa dérivée par rapport au temps, et des moyens d'affichage (5, 6, 7) qui présentent sur un écran de visualisation (7) un moyen d'indication (14) de la première valeur de consigne, qui est agencé de manière à indiquer cette première valeur de consigne sur une échelle graduée (8), et un moyen d'indication (16B) de la seconde valeur de consigne qui est associé au moins à un élément indicateur (11) indiquant ladite dérivée de sorte que, lorsque ce dernier pointe vers ledit moyen d'indication (16B), ladite variable de l'aéronef devient égale et reste égale à ladite première valeur de consigne et ladite dérivée est égale à ladite seconde valeur de consigne.

Description

La présente invention concerne un indicateur de variable pour aéronef.

Plus particulièrement, bien que non exclusivement, elle concerne

un indicateur d'altitude et de vitesse verticale (qui est la dérivée par rap-

port au temps de la variable représentant l'altitude) pour un aéronef. On sait que pour un aéronef, par exemple un hélicoptère ou un

avion, en vol de montée (ou de descente), I'acquisition d'une altitude don-

née, par exemple un niveau de vol imposé par le contrôle aérien, s'effec-

tue en général à une vitesse verticale stable.

A l'approche de l'altitude visée, le pilote de l'aéronef réduit pro-

gressivement la vitesse verticale de ce dernier de manière à intercepter ladite altitude avec une vitesse verticale suffisamment faible pour éviter

tout dépassement significatif de l'altitude visée.

Cette réduction de la vitesse verticale à l'approche de l'altitude vi-

sée peut s'effectuer au jugé ou à l'aide de règles empiriques en surveillant l'évolution (en position et en vitesse) de l'indication d'altitude [aiguille en

instrumentation classique ou index sur symbologie connue en aéronauti-

que sous l'acronyme EFIS (Electronic Flight Instruments System)].

Par exemple, une règle empirique usuelle consiste à commencer la réduction de la vitesse verticale au franchissement d'une fraction de l'écart entre l'altitude visée et l'altitude actuelle (1/10 par exemple), puis à

réitérer cette approche pour réduire progressivement la vitesse verticale.

Néanmoins, quelle que soit la stratégie utilisée (au jugé ou à l'aide d'une règle empirique), ces méthodes nécessitent, d'une part, une bonne connaissance et une bonne habitude des performances de l'aéronef et engendrent, d'autre part, une charge de travail importante dans une phase de changement de cas de vol, c'est-à-dire au moment o le pilote doit se consacrer à d'autres tâches relatives, par exemple, à la circulation aérienne ou à la navigation. Par conséquent, aucune de ces méthodes connues n'est satisfaisante, les difficultés d'organisation et de dosage étant essentiellement dues au fait que les instruments usuels ne sont pas

organisés pour présenter une synthèse évidente de la situation.

Pour tenter d'apporter une solution à ce problème, les documents EP-0 324 195 et FR-2 742 226 divulguent chacun un indicateur d'altitude et de vitesse verticale, permettant de remédier, au moins partiellement,

aux inconvénients précités. A cet effet, I'indicateur divulgué par le docu-

ment FR-2 742 226 comprend: - des premier et second capteurs d'altitude et de vitesse verticale de l'aéronef, respectivement; - des moyens de traitement des signaux fournis par lesdits premier et second capteurs; et - des moyens d'affichage des signaux traités présentant sur un écran de visualisation: des moyens d'indication d'altitude, et

des moyens d'indication de vitesse verticale agencés en regard des-

dits moyens d'indication d'altitude, lesdits moyens d'indication d'altitude et lesdits moyens d'indication de vitesse verticale étant couplés de sorte que l'indication d'altitude située en regard de l'indication de vitesse verticale représente, à tout instant, une

altitude à venir pour la vitesse verticale actuelle.

Ainsi, une fois que l'indication de vitesse verticale arrive en regard de l'indication d'altitude visée, il suffit de maintenir l'indication de vitesse

verticale calée sur l'indication d'altitude visée jusqu'à ce que cette der-

nière soit atteinte, ce qui se traduit par une diminution progressive de la

vitesse verticale jusqu'à atteindre une vitesse verticale au moins sensible-

ment nulle. Cet indicateur connu permet en conséquence de fournir au pilote de l'aéronef, sur un écran de visualisation, une indication analogique et couplée d'altitude et de vitesse verticale permettant de guider toute capture d'altitude barométrique (ou radar), sans affichage de la valeur actuelle de l'altitude de l'aéronef, sauf lorsque l'altitude visée est effecti-

vement atteinte.

De plus, dans ce document FR-2 742 226 connu, lesdits moyens

d'indication d'altitude sont constitués par une échelle graduée, rectiligne-

ment (verticalement) mobile devant un repère fixe, et lesdits moyens d'in-

dication de vitesse verticale sont constitués par une aiguille mobile en ro-

tation autour du point d'intersection du prolongement dudit repère fixe et du prolongement de ladite aiguille et pointant vers ladite échelle mobile, l'angle défini par ledit repère fixe et ladite aiguille étant représentatif de la

valeur de la vitesse verticale.

Par conséquent, cet indicateur connu permet au pilote de l'aéronef de moduler facilement la vitesse verticale pour capturer et suivre avec

précision une altitude désirée. Au moment de la capture, I'aéronef pré-

sente donc une vitesse verticale nulle, ou sensiblement nulle.

Un tel mode d'interception qui est particulièrement avantageux pour rejoindre une altitude déterminée ou capturer une trajectoire à pente

nulle, ne peut pas être appliquée à l'interception d'une trajectoire présen-

tant une pente non nulle, puisque, avec ce mode d'interception connu, l'aéronef capture la trajectoire avec une vitesse verticale nulle, alors que

cette vitesse verticale devrait être telle qu'elle permette le suivi de la tra-

jectoire (à pente non nulle) dès son interception.

Aussi, pour intercepter une trajectoire de consigne en pente, par

exemple une trajectoire d'approche, le pilote de l'aéronef effectue géné-

ralement les opérations suivantes:

- il détermine préalablement par calcul le taux de vitesse verticale per-

mettant de suivre la pente en tenant compte de la vitesse par rapport au sol de l'aéronef; - il affiche une vitesse verticale d'interception permettant de converger vers la trajectoire en pente; et - à l'approche de la trajectoire en pente, il module progressivement la

vitesse verticale, d'une part pour intercepter ladite trajectoire sans dé-

passement significatif, et, d'autre part, pour faire évoluer sa vitesse verticale de la valeur d'interception vers la valeur de suivi (également

préalablement déterminée par calcul).

Une fois l'interception réalisée, la même stratégie est appliquée chaque fois que l'aéronef présente un écart significatif, par rapport à la

trajectoire de consigne.

Cette méthode connue d'interception d'une trajectoire de consigne en pente présente ainsi les mêmes inconvénients que ceux précités relatifs

aux méthodes connues d'approche, au jugé ou à l'aide de règles empiri-

ques, d'une altitude déterminée. En particulier, elle nécessite, d'une part, une bonne connaissance et une bonne habitude des performances de l'aéronef et engendrent, d'autre part, une charge de travail importante dans une phase particulière de vol, o le pilote doit généralement se consacrer à d'autres tâches relatives, par exemple à la circulation aérienne ou à la navigation. Cette méthode connue d'interception d'une trajectoire

de consigne présentant une pente non nulle, n'est donc guère satisfai-

sante.

La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé-

nients. Elle concerne un indicateur de variable pour aéronef, fournissant à

un pilote de l'aéronef un guide visuel qui est intégré dans un environne-

ment qui lui est familier et qui lui permet d'anticiper et de doser de ma-

nière optimale le pilotage de l'aéronef pour capturer et suivre une trajec-

toire de consigne.

A cet effet, I'indicateur d'une variable et de sa dérivée pour aéro-

nef, comportant: - des premiers moyens pour déterminer la variable et sa dérivée par rap- port au temps; et - des moyens d'affichage, qui présentent sur un écran de visualisation

pour indiquer ladite variable, une échelle graduée qui porte des va-

leurs concernant ladite variable et qui est rectilignement mobile de-

vant un repère fixe, repérant la valeur de ladite variable dudit aéro-

nef; et pour indiquer ladite dérivée, un élément indicateur, est remarquable en ce qu'il comporte de plus des seconds moyens pour déterminer une première valeur de consigne concernant ladite variable et une seconde valeur de consigne concernant ladite dérivée, et en ce que

lesdits moyens d'affichage présentent de plus sur ledit écran de visualisa-

tion: - un premier moyen d'indication de la première valeur de consigne, qui est agencé de manière à indiquer ladite première valeur de consigne sur ladite échelle graduée; et - un second moyen d'indication de la seconde valeur de consigne, qui est

associé au moins audit élément indicateur de sorte que, lorsque ce der-

nier pointe vers ledit second moyen d'indication, ladite variable de l'aéronef s'approche de ladite première valeur de consigne jusqu'à être sensiblement égale à cette dernière et le cas échéant reste sensiblement égale à ladite première valeur de consigne, alors que ladite dérivée est

sensiblement égale à ladite seconde valeur de consigne.

Ainsi, grâce à l'invention, pour mettre en oeuvre le pilotage sou-

haité, c'est-à-dire obtenir que ladite variable devienne sensiblement égale

et reste égale à sa valeur de consigne (première valeur de consigne), il suf-

fit au pilote de commander simplement l'aéronef de manière à maintenir ledit élément indicateur (dérivée de la variable) pointé sur ledit second

moyen d'indication (valeur de consigne de ladite dérivée).

Par conséquent, on pilote une variable par l'intermédiaire de sa dé-

rivée par rapport au temps.

On notera que la présente invention est applicable par exemple à

un plan horizontal ou un plan vertical, ou même à un plan quelconque.

Dans un premier mode de réalisation (relatif à un pilotage dans un plan vertical), ledit indicateur est un indicateur d'altitude (variable) et de

vitesse verticale (dérivée).

Dans ce cas, ledit indicateur d'altitude et de vitesse verticale est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il comporte: - lesdits premiers moyens pour déterminer l'altitude et la vitesse verticale de Il'aéronef; lesdits moyens d'affichage, qui présentent sur l'écran de visualisation

pour indiquer l'altitude, l'échelle graduée qui porte des valeurs d'alti-

tude et qui est rectilignement mobile devant le repère fixe, repérant la valeur de l'altitude dudit aéronef; et pour indiquer la vitesse verticale, ledit élément indicateur comprenant une aiguille qui est mobile en rotation autour du point d'intersection du prolongement dudit repère fixe et du prolongement de ladite

aiguille et qui pointe vers ladite échelle graduée, I'angle défini par le-

dit repère fixe et ladite aiguille mobile étant représentatif de la vitesse verticale dudit aéronef; et - lesdits seconds moyens pour déterminer une altitude de consigne et une

vitesse verticale de consigne qui correspondent, respectivement, à l'alti-

tude d'une trajectoire de consigne et à la vitesse verticale permettant de capturer et le cas échéant de suivre ladite trajectoire de consigne, et en ce que lesdits moyens d'affichage présentent de plus sur ledit écran de visualisation: - ledit premier moyen d'indication de l'altitude de consigne, qui est agencé de manière à indiquer ladite altitude de consigne sur ladite échelle graduée portant des valeurs d'altitude; et - ledit second moyen d'indication de la vitesse verticale de consigne, qui est associé au moins à ladite aiguille mobile de sorte que, lorsque cette

dernière pointe vers ledit second moyen d'indication, ledit aéronef re-

joint et le cas échéant suit ladite trajectoire de consigne à ladite vitesse

verticale de consigne.

Ainsi, grâce à l'invention - pour réaliser la capture de la trajectoire de consigne, il suffit au pilote de commander simplement l'aéronef de manière à maintenir ladite aiguille pointée sur ledit second moyen d'indication; l'écart d'altitude entre l'altitude effective de l'aéronef et l'altitude correspondante de la trajectoire de consigne est visualisé de façon claire et précise par le positionnement relatif ou l'écart entre ledit repère fixe (indiquant l'altitude effective de l'aéronef) et ledit premier moyen d'indication (indiquant l'altitude de consigne);

- la capture de la trajectoire de consigne est donc visualisée par le posi-

tionnement en regard (écart d'altitude nul) dudit repère fixe et dudit premier moyen d'indication; et - après la capture, pour réaliser le suivi de la trajectoire de consigne, il

suffit au pilote de commander simplement l'aéronef de manière à main-

tenir ladite aiguille pointée sur ledit second moyen d'indication.

Par conséquent, I'indicateur conforme à l'invention fournit à un pilote un guide visuel lui permettant de piloter de façon optimale l'aéronef pour capturer et suivre une trajectoire de consigne quelconque (de pente

nulle ou non nulle).

De plus, les éléments prévus conformément à l'invention sont

agencés sur un indicateur connu, c'est-à-dire sont intégrés dans un envi-

ronnement qui est familier au pilote, ce qui facilite la compréhension et la

lecture des différentes informations visualisées.

En outre, de façon avantageuse - ledit premier moyen d'indication comporte un repère qui est mobile et qui est prévu sur ladite échelle graduée; et

- lesdits moyens d'affichage présentent de plus sur ledit écran de visuali-

sation une fenêtre de lecture, mettant en évidence une partie de ladite

échelle graduée, et ledit premier moyen d'indication est formé de ma-

nière à afficher la valeur numérique de ladite altitude de consigne, lors-

que ledit repère mobile arrive à l'une des extrémités de ladite fenêtre de lecture. Par ailleurs, selon l'invention, ledit second moyen d'indication est symbolisé sur ledit écran de visualisation par un premier segment de droite

qui est inclinable, I'inclinaison dudit premier segment de droite étant re-

présentative de la vitesse verticale permettant de suivre la trajectoire de consigne, et qui est agencé de sorte que sa direction soit confondue avec la direction de ladite aiguille lorsque l'aéronef est situé sur la trajectoire de

consigne et la suit.

De plus: - dans un premier mode de réalisation, ledit premier segment de droite est agencé sur ladite échelle graduée, de sorte que ledit segment de droite et ladite aiguille sont alignés au moment de la capture et lors du suivi de la trajectoire de consigne; et - dans un second mode de réalisation, ledit premier segment de droite est agencé sur une échelle de vitesse verticale définie au niveau de ladite aiguille, de sorte que ledit segment de droite et ladite aiguille sont dans

ce cas superposés au moment de la capture et lors du suivi de la trajec-

toire de consigne.

Par ailleurs, notamment pour faciliter la lecture dudit indicateur, avantageusement, lesdits moyens d'affichage présentent de plus sur ledit écran de visualisation un second segment de droite reliant ledit repère mobile (indiquant l'altitude de consigne) audit premier segment de droite

(indiquant la vitesse verticale permettant de suivre la trajectoire de consi-

gne). En outre, avantageusement, lesdits seconds moyens déterminent une trajectoire de consigne présentant au moins deux tronçons rectilignes

successifs, de pentes différentes, et lesdits moyens d'affichage présen-

tent de plus sur ledit écran de visualisation un symbole visuel avertissant

un pilote de l'aéronef d'un changement futur du tronçon actuel, vers le-

quel est guidé ledit aéronef, ce qui permet d'avertir le pilote d'un change-

ment de configuration de vol. De plus, de façon avantageuse, ledit symbole visuel, de préférence un disque clignotant, est agencé de manière à indiquer la vitesse verticale permettant de suivre le tronçon de la trajectoire de consigne, qui suit ledit

changement de tronçon actuel.

En outre, selon l'invention, lorsque ledit aéronef est muni d'un pi-

lote automatique, de façon avantageuse, ledit pilote automatique est

formé de manière à recevoir et à utiliser les informations relatives à la vi-

tesse verticale de consigne pour rejoindre et suivre automatiquement la-

dite trajectoire de consigne.

Par ailleurs, dans un second mode de réalisation (relatif à un pilo-

tage dans un plan horizontal, c'est-à-dire un plan présentant une altitude

sensiblement constante), ladite variable correspond à la vitesse de l'aéro-

nef, ladite dérivée à son accélération, ladite première valeur de consigne à

une vitesse de consigne et ladite seconde valeur de consigne à une accé-

lération de consigne, tous ces paramètres étant définis dans ledit plan

horizontal présentant une altitude sensiblement constante.

Dans ce cas, ledit élément indicateur peut comprendre - une aiguille qui est mobile en rotation autour du point d'intersection du prolongement dudit repère fixe et du prolongement de ladite aiguille et qui pointe vers ladite échelle graduée, I'angle défini par ledit repère fixe

et ladite aiguille mobile étant représentatif de l'accélération dudit aéro-

nef dans ledit plan horizontal; ou

- simplement une flèche indiquant l'accélération.

On peut de plus intégrer par analogie, dans ce second mode de

réalisation, les éléments dudit premier mode de réalisation, décrits précé-

demment. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques

désignent des éléments semblables.

Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un exemple d'un in-

dicateur conforme à l'invention destiné à indiquer simultanément l'altitude et la vitesse verticale d'un aéronef, respectivement dans des premier et

second modes de réalisation.

Les figures 3 et 4 montrent une position en butée dans une fenêtre

de lecture d'un moyen d'indication de l'altitude de consigne, respective-

ment en butée haute et en butée basse.

Les figures 5 et 6 montrent un symbole visuel d'avertissement de

changement de configuration de vol, sur un indicateur conforme respecti-

vement auxdits premier et second modes de réalisation.

Les figures 7 et 8 illustrent, sur un indicateur conforme respecti-

vement auxdits premier et second modes de réalisation, un mode d'inter-

ception ou de capture particulier.

Les figures 9A, 9B et 9C et les figures 10 OA, 10 OB et 1 OC illustrent, 1 1 pour un indicateur conforme respectivement auxdits premier et second modes de réalisation, différentes phases conduisant à la capture et au

suivi d'une trajectoire de consigne en pente.

La figure 11 est un graphique montrant la variation de l'altitude en fonction du temps, lors de la capture d'une trajectoire de consigne.

Les figures 12 et 13 montrent, sur un indicateur conforme respec-

tivement auxdits premier et second modes de réalisation, différentes va-

leurs de vitesse et d'altitude représentées sur la figure 11.

L'indicateur conforme à l'invention et représenté schématiquement selon deux modes de réalisation différents 1A et lB respectivement sur

les figures 1 et 2, est destiné notamment à indiquer des vitesses vertica-

les et des altitudes sur un aéronef, en particulier un aéronef à voilure tour-

nante, tel qu'un hélicoptère He.

De façon connue, ledit indicateur lA, 1 B comporte différents cap-

teurs, en particulier un capteur 2 relatif à des mesures d'altitude (par exemple barométrique, radar, GPS, DGPS, GLONASS, EGNOSS,...) et un capteur 3 relatif à des mesures de vitesse verticale. Ces capteurs 2, 3 fournissent leurs mesures par l'intermédiaire d'un système de références

primaires 4 et d'un calculateur 5, à un générateur de symboles 6 qui affi-

che côte à côte, sur un écran de visualisation 7, les informations traitées

d'altitude et de vitesse verticale. Bien entendu, les capteurs 2 et 3 peu-

vent être d'une toute autre nature.

Plus précisément, le système de références primaires 4 fournit, par

mesure de la pression atmosphérique, les informations d'altitude et de vi-

tesse verticale sous forme numérique. On notera que la pression atmos-

phérique est associée aux dispositifs barométriques, cette mesure pouvant toutefois concerner d'autres types de grandeurs physiques, si le dispositif

n'est plus barométrique, mais d'un autre type (GPS par exemple). Par ail-

leurs, le calculateur 5 est un calculateur numérique assurant la transforma-

tion de ces données physiques en données adaptées à l'affichage sur écran. En outre, le générateur de symboles 6, ou machine à tracer, permet de matérialiser sur l'écran de visualisation 7, à partir des informations

fournies par le calculateur de transformation 5, les caractéristiques graphi-

ques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale. De plus, sur l'écran de visualisation 7, les informations d'altitude et de vitesse verticale sont présentées comme suit: I'indication d'altitude est constituée d'une échelle graduée défilante 8

portant des valeurs d'altitude et se déplaçant rectilignement ("vertica-

lement") devant un index ou repère fixe 9, I'ensemble étant visualisé à l'intérieur d'une fenêtre de lecture 10; - I'indication de vitesse verticale est présentée par un élément indicateur

i 1, 12 de manière à être représentée, sur une échelle de vitesse verti-

cale 12, par la rotation angulaire d'un symbole en forme d'aiguille 11 (schématisée notamment par un segment de droite) autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écran 7 (angle a autour du point 0 qui est

l'intersection du prolongement du repère fixe 9 et de l'aiguille 11).

L'angle de rotation a vers le haut (vers le bas) de cette aiguille 1 1 par rapport audit repère fixe 9 est d'autant plus grand que la vitesse de montée (descente) est grande (la relation n'étant pas forcément linéaire

sur toute la plage de mesure).

On notera que l'extrémité du symbole de vitesse verticale (aiguille 1 1) pointe en direction de l'échelle défilante d'altitude 8, et les deux

échelles 8, 12 sont telles que la graduation d'altitude située dans le pro-

longement du symbole de vitesse verticale représente une altitude prédite si le pilote continue à monter (ou à descendre). L'étendue de mesure et la résolution de l'indication de vitesse verticale sont accordées à celles de l'altitude, de sorte que les symboles d'altitude et de vitesse verticale sont

couplés, ce qui facilite l'acquisition d'une altitude.

Selon l'invention, ledit indicateur 1 A, lB pour aéronef, compre-

nant:

- des premiers moyens 2, 3, 4 pour déterminer l'altitude et la vitesse ver-

ticale de l'aéronef; et - des moyens d'affichage 5, 6, 7, comporte de plus des seconds moyens 13 pour déterminer une altitude de

consigne et une vitesse verticale de consigne qui correspondent respecti-

vement à l'altitude d'une trajectoire de consigne et à la vitesse verticale permettant de capturer et le cas échéant de suivre ladite trajectoire de

consigne.

De plus, selon l'invention, lesdits moyens d'affichage 5, 6, 7 pré-

sentent également sur ledit écran de visualisation 7: - un premier moyen 14 d'indication de l'altitude de consigne, qui est réalisé sous forme d'un repère mobile agencé sur l'échelle 8 de manière à indiquer ladite altitude de consigne sur ladite échelle 8 (portant des valeurs d'altitude) ; et un second moyen 1 5A, 15B d'indication de ladite vitesse verticale de consigne, qui est associé au moins à ladite aiguille mobile 1 1 de sorte que, lorsque cette dernière pointe vers une extrémité déterminée 16A, 1 6B dudit second moyen d'indication 1 5A, 1 5B, ledit aéronef rejoint et

le cas échéant suit ladite trajectoire de consigne à ladite vitesse verti-

cale de consigne.

Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un indicateur 1A, lB d'alti-

tude et de vitesse verticale susceptible de fournir à un pilote de l'aéronef un guide visuel qui est intégré dans un environnement qui lui est familier et qui lui permet d'anticiper et de doser de manière optimale le pilotage de l'aéronef pour capturer et suivre une trajectoire de consigne présentant

une pente prédéfinie (nulle ou non nulle).

Selon l'invention, avec ledit indicateur 1A, 1 B: - pour réaliser la capture de la trajectoire de consigne, il suffit au pilote de commander simplement l'aéronef de manière à maintenir ladite aiguille 11 pointée sur ladite extrémité 16A, 16B dudit second moyen d'indication 1 5A, 1 5B; l'écart d'altitude entre l'altitude effective de l'aéronef et l'altitude correspondante de la trajectoire de consigne est visualisé de façon

claire et précise par le positionnement relatif ou l'écart 3 entre ledit re-

père fixe 9 (indiquant l'altitude de l'aéronef) et ledit repère mobile 14 (indiquant l'altitude de consigne);

- la capture de la trajectoire de consigne est donc visualisée par le posi-

tionnement en regard (écart d'altitude f3 nul) dudit repère fixe 9 et dudit repère mobile 1 4; et - après la capture, pour réaliser le suivi de la trajectoire de consigne, il

suffit au pilote de commander simplement l'aéronef de manière à main-

tenir ladite aiguille 1 1 pointée sur ladite extrémité 16A, 16B dudit se-

cond moyen d'indication 1 5A, 1 5B, comme on le verra plus en détail ci-

dessous. On notera que lesdits seconds moyens précités comportent un calculateur de navigation 13 qui entretient la position actuelle de l'aéronef, à l'aide de capteurs de navigation non représentés, et détermine à tout moment l'altitude de la trajectoire de consigne ou altitude de consigne, c'est-à-dire l'altitude qu'aurait l'aéronef s'il se trouvait sur ladite trajectoire

de consigne, ainsi que la pente de cette dernière.

De plus, connaissant la pente de la trajectoire de consigne, ainsi que la vitesse Vs de l'aéronef par rapport au sol (vitesse qui est issue d'un capteur doppler ou est déterminée à partir de l'évolution de la position de

l'aéronef), ledit calculateur de navigation 13 détermine également la vi-

tesse verticale qui permet de suivre ladite trajectoire de consigne avec la-

dite vitesse Vs de l'aéronef par rapport au sol.

Par ailleurs, selon l'invention, ledit second moyen d'indication est symbolisé sur l'écran de visualisation 7 par un segment de droite 15A, B qui est inclinable, I'inclinaison dudit segment de droite 1 5A, 15B

étant représentatif de la vitesse verticale permettant de suivre la trajec-

toire de consigne, et qui est agencé de sorte que sa direction est confondue avec la direction de ladite aiguille 1 1 lorsque l'aéronef est situé sur la

trajectoire de consigne et la suit.

Dans un premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, le-

dit segment de droite 1 5A est agencé sur l'échelle 8 de sorte que l'aiguille

1 1 et le segment de droite 1 5A sont alignés lorsque l'aéronef suit la tra-

jectoire de consigne (figure 9C).

En outre, dans un second mode de réalisation représenté sur la fi- gure 2, ledit segment de droite 15B est agencé sur l'échelle de vitesse

verticale 12 de sorte que l'aiguille 1 1 est au moins partiellement super-

1 5 posé sur le segment de droite 15B (ou inversement en variante) lorsque

l'aéronef suit la trajectoire de consigne (figure 1 OC).

Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, lesdits moyens d'af-

fichage 5, 6, 7 présentent de plus sur ledit écran de visualisation 7 un se-

cond segment de droite 17A, 17B "vertical", reliant ledit repère mobile 14 audit premier segment de droite 1 5A, 1 5B et formant avec ces derniers un

symbole 18A, 18B, ce qui facilite la compréhension et la lecture des diffé-

rentes informations qui sont ainsi présentées par un symbole 18A, 18B unitaire. On notera que les informations présentées respectivement par le

repère mobile 14 et le segment de droite 1 5A, 1 5B sont étroitement asso-

ciées. En effet, les premières permettent de vérifier l'écart f3 par rapport à l'altitude de consigne et les secondes permettent, dans un premier temps, de réduire cet écart f3 à zéro (capture de la trajectoire de consigne) et,

dans un second temps, de le maintenir nul (suivi de la trajectoire de consi-

gne). De plus, on prévoit un élément d'affichage 19 qui affiche l'altitude

* de consigne, lorsque le repère mobile 14 vient en butée contre une extré-

mité de la fenêtre de lecture 10 associée à l'échelle défilante d'altitude 8, comme représenté: - pour une butée haute sur la figure 3, l'élément 19 affichant une altitude de 6032 pieds (environ 1838 mètres); et - pour une butée basse sur la figure 4, l'élément 19 affichant une altitude

de 4060 pieds (environ 1237 mètres).

Par ailleurs, dans le cas o la trajectoire de consigne comporte une

pluralité de tronçons rectilignes successifs, de pentes différentes, I'indica-

teur 1A, l B comporte de plus un symbole visuel 20 avertissant le pilote d'un changement de tronçon actuel, c'est-à-dire de tronçon par rapport

auquel est guidé l'aéronef.

Ce symbole visuel 20 qui est de préférence réalisé sous forme

d'un disque clignotant et qui est prévu sur les figures 5 et 6 respective-

ment sur les indicateurs 1 A et 1 B, permet notamment au pilote d'anticiper un changement de configuration de vol.

Selon l'invention, ce symbole 20 relatif au tronçon qui suit le tron-

çon actuel peut être visualisé pour la première fois à différents moments, notamment: - dès que l'aéronef est piloté en direction du tronçon actuel; ou - dès que l'aéronef se trouve à une distance prédéterminée avant le point de changement de tronçon actuel; ou

- à une durée prédéterminée, avant ledit changement de tronçon actuel.

De plus, ledit symbole 20 est prévu sur l'échelle de vitesse verti-

cale 12 à un emplacement variable qui correspond à la vitesse verticale permettant de suivre ledit tronçon qui suit le changement de tronçon

actuel de la trajectoire de consigne.

Comme indiqué précédemment et explicité ci-dessous en référence aux figures 9B et 10OB, le mode de capture préféré selon l'invention consiste à piloter l'aéronef de manière à pointer l'aiguille 11 vers l'extré- mité 16A, 16B du second moyen d'indication 15A, 15B. Toutefois, dans

le cadre de la présente invention, notamment en fonction des besoins opé-

rationnels, le pilote peut également réaliser la capture plus rapidement ou plus lentement, en pointant l'aiguille 11 de vitesse verticale, selon le cas, au-dessus ou au-dessous de la consigne de vitesse verticale (extrémité

16A, 16B du moyen d'indication 15A, 15B), aussi bien pour une trajec-

toire de consigne de montée, que de descente.

A titre d'exemple, on a représenté sur les figures 7 et 8 des captu-

res ou interceptions plus rapides d'une trajectoire de consigne de montée, i 5 respectivement pour les indicateurs 1 A et 1 B.

On a de plus représenté sur ces figures 7 et 8 des signaux de réfé-

rence 21 usuels, permettant de mettre en évidence un agencement possi-

ble de l'écran de visualisation 7 sur un écran de planche de bord usuel

d'un aéronef.

Selon l'invention, la capture ou l'interception d'une trajectoire de consigne TC, selon une trajectoire de capture T1 théorique réactualisée en continu en tenant compte de la position effective de l'aéronef He, se fait en trois étapes El, E2, E3 précisées ci-dessous, comme représenté: - pour l'indicateur 1A respectivement sur les figures 9A, 9B et 9C; et

- pour l'indicateur 1 B respectivement sur les figures 1 OA, 1 OB et 1 OC.

Sur ces figures, la partie de droite illustre à chaque fois la position de l'aéronef He, en l'occurrence un hélicoptère, par rapport à la trajectoire de consigne TC, et la partie de gauche montre l'écran 7 correspondant à

une telle position.

Pendant l'étape El, le pilote commande l'aéronef He avec une vi-

tesse verticale illustrée sur les figures 9A et 10A et permettant une mon-

tée vers la trajectoire de consigne TC à pente positive. Le repère mobile 14 est en butée haute dans la fenêtre de lecture 10 de sorte que l'élément d'affichage 19 affiche l'altitude de la trajectoire de consigne TC, en l'oc-

currence 5514 pieds (environ 1680 mètres).

Pendant l'étape E2 suivante, illustrée sur les figures 9B et 10B, le segment de droite 15A, 15B étant à présent visible dans la fenêtre 10 suite à l'approche de la trajectoire de consigne TC, le pilote commande I'aéronef avec une vitesse verticale telle que l'aiguille 1 1 est pointée vers

l'extrémité 16A, 16B du segment de droite 1 5A, 15B. Puis, il règle la vi-

tesse verticale de manière à maintenir ce pointage. Simultanément l'écart d'altitude 3 se réduit, le repère mobile 14 s'approchant ainsi du repère fixe 9. Ce mode d'interception conduit à amener, de façon progressive et

amortie, la vitesse verticale de l'aéronef He à la vitesse verticale de consi-

gne, de sorte qu'au moment de l'interception ou de la capture, I'aiguille 1 1 est: - alignée avec le segment de droite 1 5A; et - superposée sur le segment de droite 1 5B, et simultanément le repère mobile 14 arrive en regard du repère fixe 9

(écart d'altitude nul).

L'aéronef He - est alors sur la trajectoire de consigne TC; et

- présente une vitesse verticale lui permettant de s'y maintenir.

Finalement, dans l'étape E3 de poursuite de la trajectoire de consi-

gne TC capturée, il suffit de piloter l'aéronef pour maintenir l'aiguille 11 alignée (ou superposée) avec le segment de droite 1 5A (ou 1 5B), pour maintenir l'aéronef He sur la trajectoire de consigne TC avec une vitesse

verticale appropriée.

Bien entendu, d'éventuels écarts de trajectoire (par rapport à la

trajectoire de consigne TC) vers le haut ou vers le bas se corrigent de fa-

çon identique, en pointant l'aiguille 11 de vitesse verticale sur l'extrémité

1 6A, 1 6B du segment de droite 1 5A, 1 5B. Ceci assure une nouvelle cap-

ture et la poursuite de la trajectoire de consigne TC.

On notera que, selon l'invention, le pilote peut ajuster la vitesse verticale de différentes manières: soit de façon continue, soit sous forme

de corrections successives (par exemple lorsque l'écart de trajectoire dé-

passe une valeur prédéfinie), dont le nombre et la fréquence peuvent être modifiés.

Ainsi, puisqu'il a la possibilité de contrôler en permanence direc-

tement et visuellement (donc analogiquement) la trajectoire T1 de l'aéro-

1 5 nef He par rapport à la trajectoire de consigne TC "idéale", le pilote peut

sans difficulté maîtriser une accélération ou un ralentissement du proces-

sus de capture.

On notera de plus que, dans le cas o l'aéronef He comporte un

pilote automatique, la modulation de la vitesse d'interception ou de cap-

ture peut également être appliquée audit pilotage automatique (concept de

modulation des automatismes). Pour cela, la valeur initiale de vitesse ver-

ticale affichée par le pilote doit être mémorisée en valeur relative par rap-

port à l'écart courant de vitesse verticale et être appliquée jusqu'à l'inter-

ception de la trajectoire de consigne TC.

Pour préciser davantage le pilotage mis en oeuvre à l'aide de la présente invention, on a représenté, à titre d'exemple, sur la figure 11 qui montre un graphique illustrant la variation d'altitude en fonction du temps,

à la fois de la trajectoire de consigne TC et de la trajectoire T1 de l'aéro-

nef He, différentes phases de pilotage successives, à savoir: - une première phase P1 d'approche de la trajectoire de consigne TC, sans mise en ceuvre de la présente invention;

- une seconde phase P2 de capture conforme à l'invention de ladite tra-

jectoire de consigne TC, qui débute à un temps tO o l'altitude et la vi-

tesse de l'aéronef He sont respectivement Z(tO) et V(tO) et l'altitude de

consigne est Zref(tO). On notera qu'à un temps t quelconque, ces diffé-

rentes valeurs s'écrivent respectivement Z(t), V(t) et Zref(t); - une troisième phase P3 de stabilisation de la trajectoire T1 de l'aéronef He sur la trajectoire de consigne TC; et

- une quatrième et dernière phase P4 de suivi de la trajectoire de consi-

gne TC.

On notera que, lors de la capture (phase P2), si l'aiguille 11 (indi-

cateur de vitesse verticale) est pointée (figures 12 et 13) sur l'extrémité

16A, 16B du segment de droite 1 5A, 15B (indicateur de la vitesse verti-

cale de consigne), on a, au temps t, la relation (I) suivante Vz(t) = k(Zref(t) - Z(t)) + Vzref(t) (I) dans laquelle: - Vz est la vitesse verticale de l'aéronef He (composante verticale de la vitesse V);

- Vzref est la vitesse verticale associée au suivi de la trajectoire de consi-

gne TC (la vitesse Vzref est mise en évidence par l'inclinaison du seg-

ment de droite 1 5A, 1 5B); - Zref est l'altitude de consigne; et - k est une constante, qui est fonction du rapport d'affichage entre

l'échelle 12 de vitesse verticale et l'échelle 8 d'altitude.

De plus, par définition: dZ(t) Vz(t) et dZref(t) _-= Vz(t) et - = Vzref(t) dt dt La relation (I) peut donc s'écrire d(Z(t) - Zref(t)) _____ _= k(Z(t) - Zref(t)) dt soit également d(Z(t) - Zref(t)) = - k dt (Z(t) Zref(t)) En intégrant la relation précédente, on obtient In (Z(t) Zref(t)" = - k t + constante En prenant en compte les conditions initiales au temps tO, on obtient la relation: Z(t) = Zref(t) + (Z(tO) - Zref(tO))ek(t-tO)

Cette relation traduit la convergence de l'aéronef He vers la trajec-

toire de consigne TC (pendant la phase P2 précitée), en fonction de l'écart

initial par rapport à cette trajectoire (Z(tO) - Zref(tO) et de la constante k.

L'indicateur 1A, lB d'altitude et de vitesse verticale décrit ci-des-

sus ne représente qu'un mode de réalisation particulier de l'indicateur conforme à l'invention d'une variable et de sa dérivée par rapport au

temps.

Plus précisément, I'indicateur conforme à l'invention comporte, de façon générale - des premiers moyens 2, 3, 4 pour déterminer la variable et sa dérivée par rapport au temps; et

- des moyens d'affichage 5, 6, 7, qui présentent sur un écran de visuali-

sation 7:

pour indiquer ladite variable, une échelle graduée 8 qui porte des va-

leurs concernant ladite variable et qui est rectilignement mobile de-

vant un repère fixe 9, repérant la valeur de ladite variable dudit aéro-

nef He; et pour indiquer ladite dérivée, un élément indicateur 1 1, 12; et

- des seconds moyens 13 pour déterminer une première valeur de consi-

gne concernant ladite variable et une seconde valeur de consigne

concernant ladite dérivée.

De plus, selon l'invention, lesdits moyens d'affichage 5, 6, 7 pré-

sentent également sur ledit écran de visualisation 7:

- un premier moyen d'indication 14, 19 de la première valeur de consi-

gne, qui est agencé de manière à indiquer ladite première valeur de consigne sur ladite échelle graduée 8; et

- un second moyen d'indication 16A, 16B de la seconde valeur de consi-

gne, qui est associé au moins audit élément indicateur 11 de sorte que, lorsque ce dernier pointe vers ledit second moyen d'indication 16A, 1 6B, ladite variable de l'aéronef He s'approche de ladite première valeur de consigne jusqu'à être sensiblement égale à cette dernière et le cas échéant reste sensiblement égale à ladite première valeur de consigne, alors que ladite dérivée est et reste sensiblement égale à ladite seconde

valeur de consigne.

Ainsi, grâce à l'invention, pour mettre en oeuvre le pilotage sou-

haité, c'est-à-dire obtenir que ladite variable devienne sensiblement égale

et reste égale à sa valeur de consigne (première valeur de consigne), il suf-

fit au pilote de commander simplement l'aéronef de manière à maintenir ledit élément indicateur (dérivée de la variable) pointé sur ledit second

moyen d'indication (valeur de consigne de ladite dérivée).

Dans un autre mode de réalisation non représenté, I'indicateur conforme à l'invention peut être destiné à indiquer la vitesse horizontale et

I'accélération horizontale de l'aéronef.

Dans ce cas, ladite variable correspond à la vitesse horizontale de

l'aéronef, ladite dérivée à son accélération horizontale, ladite première va-

leur de consigne à une vitesse horizontale de consigne et ladite seconde valeur de consigne à une accélération horizontale de consigne, tous ces

éléments étant définis dans un plan horizontal présentant une altitude sen-

siblement constante.

Ce dernier mode de réalisation peut comporter les éléments parti-

culiers précités dudit indicateur 1A, 1 B en adaptant ces derniers par ana-

logie. Ainsi, grâce à ce dernier mode de réalisation, on pilote la vitesse horizontale de l'aéronef (croissante ou décroissante) par l'intermédiaire de

l'accélération horizontale. Bien entendu, on entend par accélération la dé-

rivée de la vitesse, c'est-à-dire à la fois une accélération proprement dite

(croissante) et une décélération (décroissante), selon la situation ren-

contrée.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Indicateur d'une variable et de sa dérivée pour un aéronef, comportant: - des premiers moyens (2, 3, 4) pour déterminer la variable et sa dérivée par rapport au temps; et

- des moyens d'affichage (5, 6, 7), qui présentent sur un écran de vi-

sualisation (7): pour indiquer ladite variable, une échelle graduée (8) qui porte des

valeurs concernant ladite variable et qui est rectilignement mobile de-

vant un repère fixe (9), repérant la valeur de ladite variable dudit aéronef (He); et pour indiquer ladite dérivée, un élément indicateur (11, 12), caractérisé en ce qu'il comporte de plus des seconds moyens (13) pour déterminer une première valeur de consigne concernant ladite variable et une seconde valeur de consigne concernant ladite dérivée, et en ce que lesdits moyens d'affichage (5, 6, 7) présentent de plus sur ledit écran de visualisation (7):

- un premier moyen d'indication (14, 19) de la première valeur de consi-

gne, qui est agencé de manière à indiquer ladite première valeur de consigne sur ladite échelle graduée (8); et - un second moyen d'indication (16A, 16B) de la seconde valeur de consigne, qui est associé au moins audit élément indicateur (1 1) de

sorte que, lorsque ce dernier pointe vers ledit second moyen d'indica-

tion (16A, 16B), ladite variable de l'aéronef (He) s'approche de ladite première valeur de consigne jusqu'à être sensiblement égale à cette dernière et le cas échéant reste sensiblement égale à ladite première

valeur de consigne, alors que ladite dérivée est sensiblement égale à la-

dite seconde valeur de consigne.

2. Indicateur selon la revendication 1 pour indiquer l'altitude et la vitesse verticale d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte - lesdits premiers moyens (2, 3, 4) pour déterminer l'altitude et la vitesse verticale de l'aéronef (He);

- lesdits moyens d'affichage (5, 6, 7), qui présentent sur l'écran de vi-

sualisation (7): pour indiquer l'altitude, l'échelle graduée (8) qui porte des valeurs d'altitude et qui est rectilignement mobile devant le repère fixe (9), O10 repérant la valeur de l'altitude dudit aéronef (He); et pour indiquer la vitesse verticale, ledit élément indicateur ( 1, 12) comprenant une aiguille (1 1) qui est mobile en rotation autour du point (0) d'intersection du prolongement dudit repère fixe (9) et du prolongement de ladite aiguille (11) et qui pointe vers ladite échelle graduée (8), I'angle (cc) défini par ledit repère fixe (9) et ladite aiguille mobile (1 1) étant représentatif de la vitesse verticale dudit aéronef (He); et - lesdits seconds moyens (1 3) pour déterminer une altitude de consigne et une vitesse verticale de consigne qui correspondent, respectivement, à l'altitude d'une trajectoire de consigne (TC) et à la vitesse verticale permettant de capturer et le cas échéant de suivre ladite trajectoire de consigne (TC), et en ce que lesdits moyens d'affichage (5, 6, 7) présentent de plus sur ledit écran de visualisation (7): - ledit premier moyen d'indication (14, 19) de l'altitude de consigne, qui est agencé de manière à indiquer ladite altitude de consigne sur ladite échelle graduée (8) portant des valeurs d'altitude; et - ledit second moyen d'indication (16A, 16B) de la vitesse verticale de consigne, qui est associé au moins à ladite aiguille mobile (11) de sorte que, lorsque cette dernière pointe vers ledit second moyen d'indication

(1 6A, 1 6B), ledit aéronef (He) rejoint et le cas échéant suit ladite trajec-

toire de consigne (TC) à ladite vitesse verticale de consigne.

3. Indicateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier moyen d'indication comporte un repère

mobile (14) qui est prévu sur ladite échelle graduée (8).

4. Indicateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'affichage (5, 6, 7) présentent de

plus sur ledit écran de visualisation (7) une fenêtre de lecture (10), met-

tant en évidence une partie de ladite échelle graduée (8), et en ce que le-

dit premier moyen d'indication (19) est formé de manière à afficher la va-

leur numérique de ladite altitude de consigne, lorsque ledit repère mobile

(14) arrive à l'une des extrémités de ladite fenêtre de lecture (10).

5. Indicateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4,

caractérisé en ce que ledit second moyen d'indication est symbolisé sur ledit écran de visualisation (7) par un premier segment de droite (15A, 1 5B) qui est inclinable, I'inclinaison dudit premier segment de droite (1 5A, 1 5B) étant représentative de la vitesse verticale permettant de suivre la trajectoire de consigne (TC), et qui est agencé de sorte que sa direction soit confondue avec la direction de ladite aiguille (1 1) lorsque l'aéronef

(He) est situé sur la trajectoire de consigne (TC) et la suit.

6. Indicateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier segment de droite (1 5A) est agencé sur

ladite échelle graduée (8).

7. Indicateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier segment de droite (1 5B) est agencé sur une échelle de vitesse verticale (12) définie au niveau de ladite aiguille (11).

8. Indicateur selon les revendications 3 et 5,

caractérisé en ce que lesdits moyens d'affichage (5, 6, 7) présentent de plus sur ledit écran de visualisation (7) un second segment de droite (1 7A, 17B) reliant ledit repère mobile (14) audit premier segment de droite (15A,

15B).

9. Indicateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8,

caractérisé en ce que lesdits seconds moyens (13) déterminent une trajec-

toire de consigne (TC) présentant au moins deux tronçons rectilignes suc-

cessifs, de pentes différentes, et en ce que lesdits moyens d'affichage (5, 6, 7) présentent de plus sur ledit écran de visualisation (7) un symbole visuel (20) avertissant un pilote de l'aéronef (He) d'un changement futur

du tronçon actuel, vers lequel est guidé ledit aéronef (He).

10. Indicateur selon la revendication 9,

caractérisé en ce que ledit symbole visuel (20) comprend un disque cligno-

tant.

1 1. Indicateur selon l'une des revendications 9 et 10,

caractérisé en ce que ledit symbole visuel (20) est agencé de manière à

indiquer la vitesse verticale permettant de suivre le tronçon de la trajec-

toire de consigne, qui suit ledit changement de tronçon actuel.

12. Indicateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 11,

appliqué à un aéronef comportant un pilote automatique,

caractérisé en ce que ledit pilote automatique est formé de manière à re-

cevoir et à utiliser les informations relatives à la vitesse verticale de consi-

gne pour rejoindre et suivre automatiquement ladite trajectoire de consi-

gne (TC>.

13. Indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite variable correspond à la vitesse de l'aéronef, ladite dérivée à son accélération, ladite première valeur de consigne à une

vitesse de consigne et ladite seconde valeur de consigne à une accéléra-

tion de consigne, dans un plan horizontal présentant une altitude sensi-

blement constante.

14. Indicateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit élément indicateur comprend une aiguille qui est mobile en rotation autour du point d'intersection du prolongement du-

dit repère fixe et du prolongement de ladite aiguille et qui pointe vers la-

dite échelle graduée, I'angle défini par ledit repère fixe et ladite aiguille mobile étant représentatif de l'accélération dudit aéronef dans ledit plan horizontal. 15. Indicateur selon la revendication 13,

caractérisé en ce que ledit élément indicateur comprend une flèche indi-

quant l'accélération dudit aéronef dans ledit plan horizontal.

1 6. Indicateur selon la revendication 1 3, caractérisé en ce que ledit premier moyen d'indication comporte un repère

mobile qui est prévu sur ladite échelle graduée.

17. Indicateur selon la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits moyens d'affichage présentent de plus sur ledit écran de visualisation une fenêtre de lecture, mettant en évidence une partie de ladite échelle graduée, et en ce que ledit premier moyen d'indication est formé de manière à afficher la valeur numérique de ladite

vitesse de consigne, lorsque ledit repère mobile arrive à l'une des extrémi-

tés de ladite fenêtre de lecture.