FR2903964A1 - Procede et dispositif pour detecter une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aeronef. - Google Patents

Abstract

- Procédé et dispositif pour détecter une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aéronef.- Le dispositif (1) comporte des moyens (10) pour déterminer une hauteur théorique correspondant à la différence entre une hauteur extrapolée d'une trajectoire isentropique et la hauteur courante de l'aéronef, et des moyens (16) pour comparer cette hauteur théorique à un seuil de hauteur indiquant un risque de turbulence.

Description

1 La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour détecter

une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. Plus particulièrement, bien que non exclusivement, la présente in- vention a pour objet de détecter et prédire à court terme des turbulences telles que des turbulences par ciel clair de type CAT ("Clear Air Turbulence" en anglais) ou des ondes orographiques notamment. On sait que des cisaillements de vent ("wind shear" en anglais), c'est-à-dire des variations brusques de la force et/ou de la direction du 1 o vent, se déclenchent parfois sans manifestation visible (généralement au-dessus de 15 000 pieds, environ 4500 mètres) et sont, de ce fait, appelés turbulences par ciel clair (ou turbulences en air clair). De telles turbulences qui sont non convectives apparaissent généralement dans un environne-ment d'air hydrostatiquement stable, c'est-à-dire dans une région où la 15 température potentielle (qui est fonction de la température statique et de la pression statique) va croître avec l'altitude. Les turbulences par ciel clair apparaissent le plus souvent près de la tropopause, plutôt au-dessus des montages et plutôt en hiver, et en particulier au voisinage de courants jets. 20 Ces turbulences ne peuvent généralement pas être détectées au préalable par l'intermédiaire de radars météo usuels embarqués. De plus, de telles turbulences par ciel clair peuvent durer plusieurs minutes et engendrer, en particulier, les effets suivants : ù des variations d'accélération verticale qui, lorsqu'elles sont négatives, 25 sont susceptibles de blesser des passagers ; 2903964 2 û des changements du niveau de vol (altitude), ce qui augmente le risque de collision avec le terrain survolé ou avec d'autres aéronefs ; et û une contribution à la fatigue de la voilure. De telles turbulences présentent donc un caractère imprévisible qui 5 peut surprendre l'équipage et les systèmes embarqués. Les turbulences par ciel clair présentent un risque naturel pour un aéronef en vol. Un aéronef en équilibre peut donc être perturbé en traversant une telle zone de turbulences. De plus, des turbulences de ce type engendrent une consommation supplémentaire de fuel (en particulier en raison de l'obliga- tion d'éviter une telle zone de turbulences) et contribuent à la fatigue de l'aéronef et des pilotes (stress). On sait que les radars météos permettent aujourd'hui à l'aéronef de distinguer des zones de précipitation à éviter, généralement dans un rayon de 100 mille marin (environ 180 kilomètres). On prévoit le plus souvent un affichage sur une page de navigation qui permet au pilote de juger de la route la plus sûre à suivre. Des phénomènes tels que des turbulences convectives peuvent être affichées dans un rayon de 40 mille marin (environ 75 kilomètres), et des phénomènes de cisaillement d'air dans un rayon de 10 mille marin (environ 18 kilomètres). Toutefois, les radars météo sont limités à la détection de turbulences convectives présentant suffisamment d'humidité, puisque ces radars réalisent une détection par effet Doppler du mouvement relatif des masses d'air humide. Ils ne sont donc pas opérationnels au-dessous d'un niveau modéré de réflectivité.

Pour remédier à cet inconvénient, on prévoit actuellement des capteurs spécifiques qui sont destinés à réaliser des mesures de température et de vent plusieurs kilomètres en amont de l'aéronef. Ces solutions usuelles prennent le plus souvent en compte l'hypothèse selon laquelle une turbulence par ciel clair est liée à la force d'un gradient horizontal de 2903964 3 température. Toutefois, les différentes solutions proposées présentent de nombreux inconvénients. En particulier, elles sont coûteuses et volumi- neuses, et donc difficiles à installer sur un aéronef. De plus, elles nécessi- tent le plus souvent des opérations de maintenance difficiles à réaliser.

5 A titre d'illustration, on peut citer les solutions usuelles suivantes : une méthode et un appareil pour mesurer la vitesse et la turbulence des courants atmosphériques, décrits dans le document US-6 480 142. Cette méthode et cet appareil utilisent, pour mesurer les paramètres d'un courant turbulent atmosphérique, des fréquences décalées Doppler 10 d'un signal reçu par un radar. Ce signal est issu du son engendré aérodynamiquement par des courants atmosphériques turbulents. La largeur de bande Doppler du signal reçu est utilisée pour estimer la turbulence du courant atmosphérique et la fréquence moyenne dans cette bande est traitée pour estimer la vitesse radiale. La vitesse totale du courant 15 et son angle par rapport à la ligne de visée peuvent être estimés en dé-terminant les vitesses pour deux radiales et en les traitant ; et un système passif de mesure de la température atmosphérique, décrit dans le document US-6 237 405, qui utilise un détecteur directionnel passif pour détecter l'énergie d'une bande de longueur d'onde émise 20 par un volume de gaz. Le signal résultant peut être associé à une température effective. La température effective peut être associée à une portée effective. Le système engendre une carte de température qui permet de déterminer, à des intervalles de temps donnés, les températures atmosphériques dans un plan d'azimut associé à une portée de- 25 puis le détecteur. La carte de température peut alors être utilisée pour calculer des gradients de température qui peuvent à leur tour être utilisés pour calculer un nombre de Richardson moyen pour une couche atmosphérique. Ce calcul permet de prédire la présence de turbulences par ciel clair.

2903964 4 La présente invention concerne un procédé pour détecter une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aéronef, qui permet de remédier aux inconvénient précités. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce 5 que l'on réalise au cours d'un vol de l'aéronef, de façon automatique et itérative, la suite d'étapes successives suivante : A/ à un instant ti quelconque : a) on mesure à bord de l'aéronef les valeurs courantes audit instant ti de la température statique et de la pression statique, ainsi que les 10 valeurs courantes de paramètres auxiliaires liés au vol de l'aéronef ; b) on calcule, à partir desdites valeurs courantes de la température sta- tique et de la pression statique, une température potentielle Oi ; c) on détermine des caractéristiques du vent ; d) à partir desdites caractéristiques du vent et de ladite température po- 15 tentielle Oi, on détermine une hauteur extrapolée hiE correspondant à la hauteur atteinte par une trajectoire isentropique de température potentielle Oi, à un instant ti + 1 ultérieur tel que ti + 1 = ti + At, At étant un intervalle de temps prédéterminé ; et B/ à l'instant ti+1 : 20 e) on détermine la hauteur courante hi + 1 de l'aéronef à cet instant ti + 1 ; f) on calcule une hauteur théorique 8i + 1 correspondant à la différence entre ladite hauteur extrapolée hiE et ladite hauteur courante hi + 1 ; g) on compare cette hauteur théorique à un seuil de hauteur ; et 25 h) si ladite hauteur théorique est inférieure audit seuil de hauteur, on émet un signal d'alerte signalant la détection d'une turbulence. Ainsi, grâce à l'invention, on détermine en temps réel la stabilité d'une couche d'air, ce qui permet de détecter et prédire l'apparition d'une turbulence, en particulier d'une turbulence par ciel clair. Comme précisé ci- 2903964 5 dessous, le procédé conforme à l'invention permet de détecter, de quelques secondes à quelques dizaines de secondes avant son apparition, un pic d'accélération verticale provoqué par une rafale de vent verticale, dont la source serait une turbulence, en particulier une turbulence par ciel clair.

5 Ainsi, l'équipage de l'aéronef peut prendre à temps les mesures nécessaires permettant d'éviter les conséquences négatives précitées (blessés parmi les passagers, fatigue de l'aéronef, ...) d'une telle turbulence. Le procédé conforme à l'invention utilise des mesures de température de l'air, ainsi que des composantes calculées du vent, pour déterminer une hauteur théorique entre des trajectoires isentropiques, afin d'en déduire la stabilité dynamique des masses d'air, ce qui permet de détecter et prédire l'apparition d'une turbulence. Plus précisément, le procédé repose sur le calcul théorique de l'écart entre deux trajectoires isentropiques de températures potentielles données.

15 Dans le cadre de la présente invention, une trajectoire isentropique illustre un profil adiabatique (sans échange de chaleur) correspondant à un courant de parcelles d'air. Une trajectoire isentropique est déterminée par un niveau de température potentielle. De façon usuelle, l'adjectif isentropique qualifie une transformation se produisant à entropie constante (l'en- 20 tropie étant une grandeur thermodynamique qui, dans une transformation, est égale à la somme des quantités de chaleur infinitésimales reçues du milieu extérieur, rapportées à la température absolue du fluide pour chacun des états d'équilibre intermédiaires entre un état initial et un état final).

25 La présente invention permet donc de détecter et prédire à court terme des turbulences, telles que des turbulences par ciel clair, des ondes orographiques ou d'autres types de turbulences. De plus, comme précisé ci-dessous, la mise en oeuvre de la pré-sente invention est réalisée à partir de capteurs usuels qui existent géné- 2903964 6 ralement déjà sur l'aéronef, à la différence des solutions connues précitées. Ceci permet bien entendu de réduire le coût et le volume des moyens utilisés dans le cadre de la présente invention. Dans un mode de réalisation particulier, à l'étape A/b), on calcule 5 la température potentielle 0i, à l'aide des expressions suivantes : -0i = Ti (pO / pi) D = R/Cp dans lesquelles : pO est une valeur prédéterminée ; R est la constante universelle des gaz parfaits ; 1 o Cp est une constante de chaleur spécifique de l'air à pression cons-tante Ti est la valeur courante de la température statique à l'instant ti ; et pi est la valeur courante de la pression statique à l'instant ti. En outre, avantageusement, à l'étape A/c), pour calculer les carac- 15 téristiques du vent : on calcule trois composantes du vent dans un repère lié à l'aéronef, à partir des valeurs courantes des paramètres auxiliaires suivants : la vitesse sol, la vitesse air, le dérapage et l'incidence de l'aéronef, lesdites trois composantes étant relatives respectivement aux axes de roulis, 20 tangage et lacet de l'aéronef ; et on transforme ces trois composantes dans un repère terrestre de manière à obtenir lesdites caractéristiques du vent. Par ailleurs, de façon avantageuse, à l'étape A/d), on réalise les opérations suivantes : 25 ù à l'aide de la hauteur courante hi de l'aéronef à l'instant ti, et de la pente locale du vent, obtenue à partir desdites caractéristiques du vent 2903964 7 déterminées à l'étape A/c), on extrapole un profil théorique que suit une trajectoire isentropique de température potentielle Oi ; et - la hauteur extrapolée hiE correspond à la hauteur atteinte par ce profil théorique à l'instant ultérieur ti + 1.

5 Dans un mode de réalisation préféré, à l'étape B/g), on calcule préalablement ledit seuil de hauteur Zseuil, à l'aide de l'expression sui-vante : Zseuil = (A.O.AVZ) / (g.AO) dans laquelle : 10 ù A est une constante prédéterminée ; ù O est la température potentielle à l'instant ti + 1 ; ù OV représente un cisaillement vertical du vent horizontal ; ù g est l'accélération de la pesanteur ; et ù DO est un gradient vertical de température potentielle.

15 On notera que si un signal d'alerte est émis à l'étape B/h), on peut, en particulier, prévenir les passagers de l'aéronef de la détection d'une turbulence et/ou tenir compte de cette détection dans le pilotage de l'aéronef, par exemple en modifiant les gains des lois de commande de vol ou en mettant en oeuvre une manoeuvre d'évitement de la zone de turbulen-20 ces. Afin de pouvoir se faire une idée précise de l'importance de la turbulence (c'est-à-dire du niveau de la turbulence), de façon avantageuse, lors de la détection d'une turbulence, on réalise de plus, de façon automatique, la suite d'étapes successives suivante : 25 on détermine la composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef à la position courante ; on filtre cette composante verticale par rapport à des fréquences prédéterminées ; 2903964 8 on calcule la moyenne quadratique sur une fenêtre temporelle prédéterminée de cette composante verticale filtrée ; et on déduit de cette moyenne quadratique et d'une fréquence prédéterminée, un taux de dissipation fournissant une indication sur le niveau de la 5 turbulence. La présente invention concerne également un dispositif pour détecter une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. Selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte : ù des moyens pour mesurer à bord de l'aéronef les valeurs courantes de la température statique et de la pression statique, ainsi que les valeurs courantes de paramètres auxiliaires liés au vol de l'aéronef ; ù des moyens pour calculer, à partir des valeurs courantes à un instant ti 15 quelconque de la température statique et de la pression statique, une température potentielle Oi relative à cet instant ti ; ù des moyens pour déterminer des caractéristiques du vent ; ù des moyens pour déterminer, à partir desdites caractéristiques du vent et de ladite température potentielle Oi, une hauteur extrapolée hiE 20 correspondant à la hauteur atteinte par une trajectoire isentropique de température potentielle Oi, à un instant ti + 1 ultérieur tel que ti + 1 =fi + At, At étant un intervalle de temps prédéterminé ; ù des moyens pour déterminer la hauteur courante de l'aéronef ; ù des moyens pour calculer une hauteur théorique Si + 1 correspondant à 25 la différence entre ladite hauteur extrapolée hiE et la hauteur courante hi + 1 à l'instant ti + 1 ; ù des moyens pour comparer cette hauteur théorique à un seuil de hauteur ; 2903964 9 - des moyens pour émettre un signal d'alerte signalant la détection d'une turbulence, si ladite hauteur théorique est inférieure audit seuil de hauteur ; et de préférence ù des moyens pour déterminer ledit seuil de hauteur.

5 Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention.

10 La figure 2 est un graphique montrant un avion en vol et permet- tant d'illustrer une caractéristique essentielle de la présente invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure 1 est destiné à détecter une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aéronef A, en particulier d'un avion de transport.

15 Plus particulièrement, bien que non exclusivement, la présente invention a pour objet de détecter et prédire à court terme des turbulences telles que des turbulences par ciel clair de type CAT ("Clear Air Turbulence" en anglais) ou des ondes orographiques notamment. Selon l'invention, ledit dispositif 1 qui est embarqué comporte les 20 moyens automatiques suivants : un ensemble 2 de sources d'informations qui comporte une pluralité de sources d'informations différentes. Cet ensemble 2 comporte, notamment, des moyens usuels pour mesurer à bord de l'aéronef A les va-leurs courantes de la température statique T et de la pression statique 25 p, ainsi que les valeurs courantes de paramètres auxiliaires précisés ci-dessous, qui sont liés au vol de l'aéronef A (c'est-à-dire directement à des paramètres particuliers de l'aéronef A ou à des évènements extérieurs audit aéronef A) ; 2903964 10 des moyens 3 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 4 audit ensemble 2 et qui sont formés de manière à calculer, à partir des va-leurs courantes (reçues dudit ensemble 2 et mesurées à un instant ti quelconque) de la température statique Ti et de la pression statique pi, 5 une température potentielle 0i précisée ci-dessous, qui est donc relative à cet instant ti ; des moyens 5 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 6 audit ensemble 2 et qui sont formés de manière à déterminer des caractéristiques du vent existant à l'extérieur de l'aéronef A ; 10 des moyens 7 qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 8 et 9 respectivement auxdits moyens 3 et 5 et qui sont formés de manière à déterminer, à partir des caractéristiques du vent reçues desdits moyens 5 et de la température potentielle 0i reçue desdits moyens 3, une hauteur extrapolée hiE correspondant à la hauteur atteinte par une trajec-15 toire isentropique de température potentielle Oi à un instant ti + 1 ulté- rieur. Cet instant ti + 1 est tel que ti + 1 = ti + Ot, At étant un intervalle de temps prédéterminé, par exemple quelques secondes ; des moyens (non représentés spécifiquement) qui font partie dudit en-semble 2 et qui sont destinés à déterminer, de façon usuelle, la hauteur 20 courante h de l'aéronef A ; des moyens 1 0 qui sont reliés respectivement par l'intermédiaire de liai-sons 1 1 et 12 respectivement auxdits moyens 7 et audit ensemble 2 et qui sont formés de manière à calculer une hauteur théorique Si + 1 (relative à l'instant ti + 1) correspondant à la différence entre la hauteur ex- 25 trapolée hiE reçue desdits moyens 7 et la hauteur courante hi + 1 à l'instant ti + 1, mesurée par les moyens appropriés précités dudit ensemble 2; 2903964 11 des moyens 13 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 14 audit ensemble 2 et qui sont formés de manière à déterminer un seuil de hauteur Zseuil particulier ; des moyens 16 qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 17 et 18 5 respectivement auxdits moyens 10 et 13 et qui sont destinés à comparer la hauteur théorique Si + 1 déterminée par lesdits moyens 10 au seuil de hauteur Zseuil déterminé par lesdits moyens 13 ; et des moyens 20 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 21 aux-dits moyens 16 et qui sont formés de manière à émettre un signal 10 d'alerte signalant la détection de turbulences, si la comparaison réalisée par lesdits moyens 16 révèle que la hauteur théorique Si + 1 est inférieure au seuil de hauteur Zseuil. Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention détermine de façon automatique, en temps réel, la stabilité d'une couche d'air, ce qui permet de 15 détecter et prédire l'apparition d'une turbulence, en particulier d'une turbulence par ciel clair. Ledit dispositif 1 permet de détecter, de quelques secondes à quelques dizaines de secondes avant son apparition, un pic d'accélération verticale provoqué par une rafale de vent verticale, dont la source serait une turbulence, en particulier une turbulence par ciel clair.

20 Ainsi, l'équipage de l'aéronef A peut prendre à temps les mesures nécessaires permettant d'éviter les effets négatifs (blessés parmi les passagers, fatigue de l'aéronef A, ...) susceptibles d'être produits par une telle turbulence. Comme indiqué précédemment, le dispositif 1 conforme à l'inven- 25 tion utilise des mesures de température de l'air, ainsi que des composantes calculées du vent, pour déterminer une hauteur théorique Si + 1 entre des trajectoires isentropiques, afin d'en déduire la stabilité dynamique des masses d'air, ce qui permet de détecter et prédire l'apparition d'une turbulence. Plus précisément, ledit dispositif 1 repose sur le calcul théorique 2903964 12 de l'écart entre deux trajectoires isentropiques Ti et T2 de températures potentielles 0i et Oi + 1 données, représentées sur la figure 2. De façon usuelle, une trajectoire Ti, T2 d'égale température potentielle illustre un courant de parcelles d'air sec. Dans le cadre de la pré- 5 sente invention, une trajectoire isentropique représente donc un profil adiabatique (sans échange de chaleur) correspondant à un courant de par-celles d'air. Une trajectoire isentropique est ainsi déterminée par un niveau de température potentielle. Le dispositif 1 conforme à la présente invention permet donc de 1 o détecter et prédire à court terme des turbulences, telles que des turbulences par ciel clair, des ondes orographiques ou même d'autres types de turbulences. De plus, ledit dispositif 1 utilise des capteurs usuels (faisant partie de l'ensemble 2) tels que notamment des sondes anémométriques et des 15 centrales inertielles (accéléromètres et gyromètres), qui existent déjà sur l'aéronef A. Ceci permet bien entendu de réduire le coût et le volume dudit dispositif 1. Une température potentielle O est la température qu'une parcelle d'air de température T aurait si elle était portée isentropiquement (dépla- 20 cement adiabatique) à une pression de référence de 1000 mb. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens 3 calculent la température potentielle Oi à un instant ti, à l'aide des expressions suivantes : {Oi = Ti (pO / pi) D =R/Cp dans lesquelles : 25 û pO est une valeur prédéterminée. De préférence, pO = 1000 mb ; R est la constante universelle des gaz parfaits ; 2903964 13 Cp est une constante de chaleur spécifique de l'air à pression cons-tante, avec R/Cp =0,286 ; Ti est la valeur courante de la température statique T à l'instant ti ; et pi est la valeur courante de la pression statique p à l'instant ti.

5 Une surface d'égale température potentielle illustre donc le courant de parcelles d'air sec. Quand une surface est inclinée par rapport à l'horizontale, une rotation du fluide est induite pour amener la surface à l'horizontale. Incliner une surface d'air stable revient à déstabiliser les surfaces, à diminuer le nombre de Richardson précisé ci-dessous, ce qui augmente 10 le risque de turbulences. Ce mécanisme peut provenir d'obstacles tels que des montagnes, la montée de nuages, des courants jets ou des fronts. L'atmosphère se comporte donc comme un fluide, et toute perturbation déclenche des ondes. Les ondes de gravité, dont la source est la gravité, représentent l'onde à petite échelle la plus importante quand on s'inté- 15 resse aux ondes de relief. Une propagation verticale et la rupture d'ondes de gravité sont des mécanismes générateurs de turbulences par ciel clair. C'est pourquoi on détermine, dans le cadre de la présente invention, les températures potentielles à partir de la température statique et de la pression statique.

20 De préférence, la pression statique et la température statique sont mesurées par des sondes anémométriques et sont traitées par un système de données air, qui existent généralement sur un aéronef A et qui font partie dudit ensemble 2. Par ailleurs, lesdits moyens 5 qui déterminent les caractéristiques 25 du vent utilisent les grandeurs suivantes : ù l'accélération de l'aéronef A selon les trois axes (roulis, tangage, lacet), la vitesse sol, des angles d'attitude et des vitesses d'angle, qui sont fournis par des centrales inertielles de l'aéronef A ; - la vitesse air qui est fournie par un système de données air ; et 2903964 14 l'incidence qui est calculée et les dérapages qui sont estimés par des moyens appropriés. Ces moyens appropriés, ces centrales inertielles et ce système de données air font partie dudit ensemble 2. Lesdits moyens 5 calculent, de 5 façon usuelle, les trois composantes du vent dans un repère lié à l'aéronef A, à partir de la vitesse sol, de la vitesse air, de l'incidence et du dérapage. Les composantes du vent sont ensuite transformées dudit repère lié à l'aéronef A à un repère terrestre. On retrouve donc deux composantes horizontales (nord, est) et une composante verticale. 1 o Par conséquent, pour calculer les caractéristiques du vent, les moyens 5 réalisent les opérations suivantes : ù ils calculent le vent horizontal à l'extérieur de l'aéronef A à la position courante dudit aéronef A ; ù ils déterminent la composante verticale du vent existant à l'extérieur de 15 l'aéronef A à la position courante de ce dernier ; et ils ramènent les composantes du vent dans un repère terrestre (nord, est, vers le bas). Par ailleurs pour déterminer la hauteur extrapolée hiE, les moyens 7 prennent en compte la hauteur courante hi de l'aéronef A à l'instant ti.

20 A cette hauteur hi, lorsque l'aéronef A se trouve à la position P1 représentée sur la figure 2, il est situé sur une trajectoire isentropique Ti de température potentielle Oi. En tenant compte de la pente locale du vent reçue desdits moyens 5, lesdits moyens 7 extrapolent un profil théorique que suit cette trajectoire isentropique Ti de température potentielle Oi. Sur la 25 figure 2, cette trajectoire isentropique Ti est représentée en trait continu épais. La hauteur extrapolée hiE correspond alors à la hauteur atteinte par ce profil théorique Ti à un instant ultérieur ti + 1. Sur la figure 2, on a 2903964 15 mis en évidence le point PO atteint par ce profil théorique Ti audit instant ti + 1. Pour déterminer la hauteur théorique Si + 1 relative à l'instant ti + 1, les moyens 10 font la différence entre cette hauteur extrapolée hiE (obte- 5 nue comme indiqué précédemment, qui représente la hauteur supposée atteinte à l'instant ti + 1 par la trajectoire isentropique Ti sur laquelle se trouve l'aéronef A à l'instant ti) et la hauteur courante hi+ 1 de l'aéronef A à cet instant ti + 1. Audit instant ti + 1, l'aéronef A se trouve à une position P2 et est situé sur une trajectoire isentropique T2 de température po- 10 tentielle Oi + 1. Sur la figure 2, on a mis en évidence une pluralité de trajectoires isentropiques Ti, T2, T3. On a également représenté en traits interrompus un exemple de trajectoire de vol TV de l'aéronef A, comportant des paliers, ainsi que des montées et descentes à pentes constantes. Comme 15 cela est bien mis en évidence sur la figure 2, cette trajectoire de vol TV de l'aéronef A coupe de nombreuses trajectoires isentropiques (Ti, T2 et T3 notamment). Dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens 13 calculent ledit seuil de hauteur Zseuil, à l'aide de l'expression suivante : 20 Zseuil = (A.O.OV2) / (g.A0) dans laquelle : A est une constante prédéterminée, de préférence 0,25 ; ù 0 est la température potentielle à l'instant ti +1 ; ù AV représente un cisaillement vertical du vent horizontal; 25 g est l'accélération de la pesanteur ; et 00 est un gradient vertical de température potentielle. L'expression précédente est obtenue à partir du nombre de Richardson Ri. Ce nombre de Richardson est une mesure de probabilité de la turbulence par ciel clair et il indique l'apparition d'une turbulence lorsque 2903964 16 sa valeur est inférieure à une valeur critique de 0,25. Ce nombre de Richardson Ri vérifie, de façon usuelle, la relation suivante : Ri = (g/0).(00/AV2). On notera que si un signal d'alerte est émis par les moyens 20, le 5 dispositif 1 peut, en particulier à l'aide de moyens appropriés non représentés, prévenir les passagers de l'aéronef A de la détection d'une turbulence et leur demander d'attacher leur ceinture et/ou tenir compte de cette détection dans le pilotage de l'aéronef A, par exemple en modifiant les gains de lois de commande de vol dudit aéronef A ou en mettant en ceu- 10 vre une manoeuvre d'évitement usuelle de la zone de turbulences. Bien entendu, le dispositif 1 conforme à l'invention réalise de façon itérative et automatique les opérations précitées. Afin de pouvoir se faire une idée précise de l'importance d'une turbulence détectée, le dispositif 1 comporte, de plus, des moyens 22 qui 15 sont, par exemple, reliés par l'intermédiaire d'une liaison 23 audit ensemble 2 et qui comprennent les moyens automatiques suivants, non représentés spécifiquement : des moyens pour déterminer lacomposante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef A à la position courante ; 20 des moyens pour filtrer cette composante verticale par rapport à des fréquences prédéterminées, à savoir les fréquences correspondant au domaine subinertiel. II est également possible de réaliser un filtrage de l'accélération verticale de l'aéronef A ; des moyens pour calculer la moyenne quadratique sur une fenêtre 25 temporelle prédéterminée de cette composante verticale filtrée ; et des moyens pour déduire de cette moyenne quadratique et d'une fréquence prédéterminée, en se référant aux hypothèses de Kolmogorov, un taux de dissipation (de type "eddy dissipation rate") fournissant une indication sur le niveau de la turbulence. 30

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour détecter une turbulence de l'air dans l'environne-ment d'un aéronef (A), caractérisé en ce que l'on réalise au cours d'un vol de l'aéronef (A), de 5 façon automatique et itérative, la suite d'étapes successives suivante : A/ à un instant ti quelconque : a) on mesure à bord de l'aéronef (A) les valeurs courantes audit instant ti de la température statique et de la pression statique, ainsi que les valeurs courantes de paramètres auxiliaires liés au vol de l'aéronef 10 (A); b) on calcule, à partir desdites valeurs courantes de la température statique et de la pression statique, une température potentielle 0i ; c) on détermine des caractéristiques du vent ; d) à partir desdites caractéristiques du vent et de ladite température po- 15 tentielle Oi, on détermine une hauteur extrapolée hiE correspondant à la hauteur atteinte par une trajectoire isentropique (Ti) de température potentielle Oi, à un instant ti + 1 ultérieur tel que ti + 1 =ti + At, At étant un intervalle de temps prédéterminé ; et B/ à l'instant ti + 1 : 20 e) on détermine la hauteur courante hi + 1 de l'aéronef (A) à cet instant ti+1 ; f) on calcule une hauteur théorique 8i+ 1 correspondant à la différence entre ladite hauteur extrapolée hiE et ladite hauteur courante hi + 1 ; g) on compare cette hauteur théorique à un seuil de hauteur ; et 25 h) si ladite hauteur théorique est inférieure audit seuil de hauteur, on émet un signal d'alerte signalant la détection d'une turbulence.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape A/b), on calcule la température potentielle Oi, à l'aide des expressions suivantes : 2903964 Oi = Ti(pO/pi) D = R/Cp dans lesquelles : ù pO est une valeur prédéterminée ; R est la constante universelle des gaz parfaits ; Cp est une constante de chaleur spécifique de l'air à pression cons-tante Ti est la valeur courante de la température statique à l'instant ti ; et pi est la valeur courante de la pression statique à l'instant ti.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape A/c), pour calculer les caractéristiques du vent : on calcule trois composantes du vent dans un repère lié à l'aéronef (A), à partir des valeurs courantes des paramètres auxiliaires suivants : la vitesse sol, la vitesse air, le dérapage et l'incidence de l'aéronef (A), les- dites trois composantes étant relatives respectivement aux axes de rou- lis, tangage et lacet de l'aéronef (A) ; et on transforme ces trois composantes dans un repère terrestre de manière à obtenir lesdites caractéristiques du vent.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape A/d), on réalise les opérations suivantes : ù à l'aide de la hauteur courante hi de l'aéronef à l'instant ti, et de la pente locale du vent, obtenue à partir desdites caractéristiques du vent déterminées à l'étape A/c), on extrapole un profil théorique que suit une trajectoire isentropique (Ti) de température potentielle Oi ; et ù la hauteur extrapolée hiE correspond à la hauteur atteinte par ce profil théorique à l'instant ultérieur ti + 1 . 18 2903964 19

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape B/g), on calcule préalablement ledit seuil de hauteur Zseuil, à l'aide de l'expression suivante : Zseuil = (A.O.AVZ) / (g.AO) 5 dans laquelle : û A est une constante prédéterminée ; û O est la température potentielle à l'instant ti + 1 ; û AV représente un cisaillement vertical du vent horizontal; ù g est l'accélération de la pesanteur ; et 10 ù AO est un gradient vertical de température potentielle.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape B/h), si un signal d'alerte est émis, on pré-vient les passagers de l'aéronef (A) de la détection d'une turbulence.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce qu'à l'étape B/h), si un signal d'alerte est émis, on tient compte de la détection d'une turbulence dans le pilotage de l'aéronef (A).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de la détection d'une turbulence, on réalise, de plus, de façon automatique, la suite d'étapes successives suivante : 20 on détermine la composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef (A) à la position courante ; on filtre cette composante verticale par rapport à des fréquences prédéterminées ; on calcule la moyenne quadratique sur une fenêtre temporelle 25 prédéterminée de cette composante verticale filtrée ; et on déduit de cette moyenne quadratique et d'une fréquence prédéterminée, un taux de dissipation fournissant une indication sur le niveau de la turbulence. 2903964 20

9. Dispositif pour détecter une turbulence de l'air dans l'environnement d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens (2) pour mesurer à bord de l'aéronef les valeurs courantes 5 de la température statique et de la pression statique, ainsi que les va-leurs courantes de paramètres auxiliaires liés au vol de l'aéronef (A) ; des moyens (3) pour calculer, à partir des valeurs courantes à un instant ti quelconque de la température statique et de la pression statique, une température potentielle Oi relative à cet instant ti ; 10 des moyens (5) pour déterminer des caractéristiques du vent ; des moyens (7) pour déterminer, à partir desdites caractéristiques du vent et de ladite température potentielle Oi, une hauteur extrapolée hiE correspondant à la hauteur atteinte par une trajectoire isentropique (Ti) de température potentielle 6i, à un instant ti + 1 ultérieur tel que 15 ti + 1 =fi + At, At étant un intervalle de temps prédéterminé ; des moyens (2) pour déterminer la hauteur courante de l'aéronef (A) ; des moyens (10) pour calculer une hauteur théorique 8l+ 1 correspondant à la différence entre ladite hauteur extrapolée hiE et la hauteur courante hi + 1 à l'instant ti + 1 ; 20 des moyens (16) pour comparer cette hauteur théorique à un seuil de hauteur ; et des moyens (20) pour émettre un signal d'alerte signalant la détection d'une turbulence, si ladite hauteur théorique est inférieure audit seuil de hauteur. 25

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens (13) pour déterminer ledit seuil de hauteur. 2903964 21 1 1. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) susceptible de mettre en oeuvre le procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 8. 12. Aéronef, 5 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) tel que celui spécifié sous l'une des revendications 9 et 10.