FR2923032A1 - Procede et dispositif d'aide au pilotage d'un aeronef en vue d'une phase de descente. - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé d'aide au pilotage d'un aéronef en vue de respecter une contrainte d'heure de passage (RTA) en un point de passage (WPT) lors d'une phase de descente, selon lequel :a) on détermine un instant de passage (Ti) de l'aéronef en un point de passage intermédiaire (TD') correspondant à une phase de croisière précédant cette phase de descente, de façon à ce qu'une heure estimée de passage maximale (ETAmax@WPT(TD')) à ce point de passage (WPT), correspondant à un profil de vitesse minimale, soit supérieure d'une première marge prédéterminée à la contrainte d'heure de passage (RTA) ;b) on détermine un premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire (TD') pour rejoindre ce point de passage intermédiaire à l'instant (Ti) calculé à l'étape a) ;c) on détermine un second profil de vitesse pour rejoindre le point de passage (WPT) à ladite contrainte d'heure de passage (RTA) en partant du point de passage intermédiaire (TD') à l'instant (Ti) calculé à l'étape a) ; etd) on pilote l'aéronef selon lesdits premier puis second profils de vitesse déterminés aux étapes b) et c).L'invention concerne aussi un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé.
Description
Procédé et dispositif d'aide au pilotage d'un aéronef en vue d'une phase de descente.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'aide au pilotage d'un aéronef, qui sont destinés à aider au respect d'une contrainte d'heure de passage en un point de passage pendant une phase de descente de l'aéronef. Le pilotage des aéronefs, en particulier des avions de transport civils modernes, est généralement réalisé le long d'un plan de vol comportant un ensemble de points de passage ( waypoints en anglais) définis dans l'espace tridimensionnel. L'aéronef doit être guidé le long du plan de vol en respectant une marge maximale d'erreur de position par rapport à des segments reliant les différents points de passage. De plus en plus souvent, notamment dans les zones à forte densité de trafic, au moins certains des points de passage du plan de vol comportent une contrainte d'heure de passage généralement appelée RTA ( Required Time of Arrivai en anglais) imposée par le contrôleur aérien afin de garantir une séparation satisfaisante des différents aéronefs. Dans un tel cas, l'aéronef doit être guidé le long du plan de vol en respectant en outre une marge maximale d'erreur temporelle par rapport aux contraintes RTA des différents points de passage comportant une telle contrainte. Du fait de la convergence de différents aéronefs, les zones d'approche des aéroports, dans lesquelles les aéronefs sont en phase de descente, correspondent souvent à des zones à forte densité de trafic où le contrôleur aérien est susceptible d'imposer des contraintes RTA. Par conséquent, les aéronefs doivent être capables de respecter une contrainte d'heure de passage RTA en un point de passage d'un plan de vol correspondant à une phase de descente. Dans les aéronefs actuels, les pilotes peuvent entrer dans un plan de vol des contraintes RTA d'heure de passage, associées à des points de passage, dans un système de gestion du vol de type FMS ( Flight Management System en anglais). Le FMS élabore un profil de vitesse associé à une trajectoire de référence, tenant compte de chaque contrainte RTA. Pour cela, il prend en compte les conditions de vol connues lors de l'élaboration dudit profil de vitesse, en particulier les prévisions de vent, de température... le long de ladite trajectoire. Le document US5.121.325 décrit un système permettant de déterminer une plage d'heures d'arrivée estimées d'un aéronef en un point particulier. Ces heures d'arrivée estimées sont généralement appelées ETA ( Estimated Time of Arrivai en anglais). L'heure d'arrivée minimale ETAmin et l'heure d'arrivée maximale ETAmax correspondent aux cas où l'avion vole la trajectoire prévue respectivement avec une vitesse maximale et avec une vitesse minimale possibles sur cette trajectoire. Les heures d'arrivée estimées sont calculées en fonction des conditions de vol, en particulier de vent, connues du FMS. Dans les aéronefs actuels, lors de l'insertion d'une contrainte RTA dans un plan de vol, le FMS détermine un profil de vitesse pour la trajectoire prévue, tel qu'une heure estimée d'arrivée ETA calculée pour ce profil de vitesse corresponde à la contrainte RTA au point de passage considéré. Toutefois, il est fréquent que les conditions de vol réelles lorsque l'aéronef vole la trajectoire diffèrent sensiblement des conditions de vol connues du FMS. En particulier, l'intensité et/ou la direction du vent peuvent avoir varié par rapport aux prévisions. En conséquence, le profil de vitesse calculé ne permet pas de respecter la contrainte RTA. Par exemple, un vent contraire d'intensité supérieure à celle prévue ralentit la progression prévue de l'aéronef : l'heure de passage de l'aéronef au point de passage considéré serait supérieure à la contrainte RTA si l'on continuait à voler selon ce profil de vitesse. En vue de respecter la contrainte RTA, lorsque l'écart entre l'heure estimée d'arrivée ETA correspondant au profil de vitesse courant et la contrainte RTA est supérieur à un seuil prédéterminé, les systèmes de pilotage de l'aéronef calculent un nouveau profil de vitesse de l'aéronef de façon à ce que l'heure estimée d'arrivée ETA corresponde à la contrainte RTA. Dans l'exemple précité, ils augmentent la vitesse de l'aéronef.
Toutefois, cela à parfois pour conséquence d'amener le profil de vitesse jusqu'à la vitesse maximale ou minimale possible sur la trajectoire : la contrainte RTA peut alors se retrouver à l'extérieur de la plage d'heures d'arrivée possibles [ETAmin, ETAmax], c'est à dire qu'il n'est plus possible de respecter cette contrainte d'heure d'arrivée.35 La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités. Elle concerne un procédé d'aide au pilotage d'un aéronef, qui est destiné à aider au pilotage de l'aéronef en vue de respecter une contrainte d'heure de passage en un point de passage lors d'une phase de descente.
Ce procédé est remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on détermine un instant de passage de l'aéronef en un point de passage intermédiaire correspondant à une phase de croisière de l'aéronef précédant ladite phase de descente, de façon à ce qu'une heure estimée de passage minimale à ce point de passage, correspondant à un profil de vitesse maximale entre le point de passage intermédiaire et le point de passage, soit inférieure d'une première marge prédéterminée à la contrainte d'heure de passage ; b) on détermine un premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire pour rejoindre ce point de passage intermédiaire à l'instant calculé à l'étape a) ; c) on détermine un second profil de vitesse pour rejoindre le point de passage à ladite contrainte d'heure de passage en partant du point de passage intermédiaire à l'instant calculé à l'étape a) ; et d) on pilote l'aéronef selon lesdits premier puis second profils de vitesse déterminés aux étapes b) et c). Ainsi, on garantit que l'aéronef passera à ce point de passage intermédiaire à un instant pour lequel ledit second profil de vitesse présente une marge par rapport au profil de vitesse maximale. Cette marge permet de réduire fortement le risque de ne pas respecter la contrainte d'heure de passage au point de passage dans les cas pour lesquels les conditions de vol réelles de l'aéronef sont moins favorables à l'avance de l'aéronef que les conditions de vol prévues, en particulier en cas de vent contraire plus important que prévu qui aurait pour effet de réduire la vitesse maximale de l'aéronef par rapport au sol. L'invention permet donc de réagir de façon anticipée aux effets d'une évolution des conditions de vol en constituant ladite marge dès le point de passage intermédiaire. De plus, étant donné que ce point de passage intermédiaire correspond à une phase de croisière, il est plus facile pour l'aéronef de respecter ledit instant de passage à ce point de passage intermédiaire que de respecter un instant de passage à un point correspondant à une phase de descente : en effet, les conditions de vol sont davantage prévisibles en phase de croisière (altitude sensiblement constante) qu'en phase de descente et de plus le guidage de l'aéronef est plus précis en phase de croisière qu'en phase de descente.
De préférence, à l'étape a) on détermine l'instant de passage de l'aéronef au point de passage intermédiaire de façon à ce que, en outre, une heure estimée de passage maximale à ce point de passage, correspondant à un profil de vitesse minimale entre le point de passage intermédiaire et le point de passage, soit supérieure d'une seconde marge prédéterminée à la contrainte d'heure de passage. Cela permet de garantir que l'aéronef passera à ce point de passage intermédiaire à un instant pour lequel ledit second profil de vitesse présente une marge par rapport au profil de vitesse minimale. Cette marge permet de réduire fortement le risque de ne pas respecter la contrainte d'heure de passage au point de passage dans les cas pour lesquels les conditions de vol réelles de l'aéronef sont plus favorables à l'avance de l'aéronef que les conditions de vol prévues, en particulier en cas de vent arrière plus important que prévu qui aurait pour effet d'augmenter la vitesse minimale de l'aéronef par rapport au sol. De façon avantageuse la première marge et la seconde marge prédéterminées sont définies par un coefficient K, tel que : = RTA -ETAmin@WPT(TD' ) K ETAmax@WPT(TD') - ETAmin@WPT(TD' ) et K > Kmin ; où Kmin > 0 K < Kmax ; où Kmax < 1. où : RTA est la contrainte d'heure de passage au point de passage ; ETAmin@WPT(TD') est l'heure estimée minimale de passage au point de passage, déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire audit instant de passage ; ETAmax@WPT(TD') est l'heure estimée maximale de passage au point de passage, déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire audit instant de passage. Le choix d'un coefficient K approprié permet de définir des marges suffisantes entre la contrainte d'heure de passage au point de passage et d'une part l'heure estimée maximale et d'autre part l'heure estimée minimale de passage au point de passage, de façon à réduire fortement le risque de ne pas respecter ladite contrainte d'heure de passage. Dans un mode de réalisation de l'invention, le point de passage intermédiaire est situé à une distance prédéterminée avant le point de début de descente correspondant au profil de vitesse de l'aéronef au moment de la saisie de la contrainte RTA. Cette distance prédéterminée est choisie de façon à ce que ledit point de passage intermédiaire corresponde à la phase de croisière de l'aéronef, quel que soit le second profil de vitesse situé entre le profil de vitesse maximale et le profil de vitesse minimale. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, lors du vol de l'aéronef avant le point de passage intermédiaire, on recalcule périodiquement l'heure estimée de passage au point de passage, déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire à l'instant calculé à l'étape a) en tenant compte des conditions de vol connues à l'instant courant. Si l'écart entre cette heure estimée de passage et la contrainte d'heure de passage au point de passage est supérieur à un premier seuil prédéterminé, on recommence les étapes a), b), c) et d) du procédé selon l'invention. Cela permet de respecter la contrainte d'heure de passage au point de passage, ainsi que lesdites marges par rapport à cette contrainte. De façon avantageuse, lors du vol de l'aéronef avant le point de passage intermédiaire, on calcule périodiquement une heure estimée de passage au point de passage intermédiaire (calculée en considérant l'aéronef à sa position courante) et si l'écart entre cette heure estimée de passage au point de passage intermédiaire et l'instant calculé à l'étape a) est supérieur à un second seuil prédéterminé, on calcule un nouveau premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire permettant d'atteindre ce point de passage intermédiaire à l'instant calculé à l'étape a), puis on pilote l'aéronef selon ce nouveau premier profil de vitesse. On garantit ainsi sensiblement le respect dudit instant de passage au point de passage intermédiaire et par conséquent le respect, jusqu'à ce point de passage intermédiaire, des dites marges prédéfinies. De façon avantageuse encore, lors du vol de l'aéronef entre le point 35 de passage intermédiaire et le point de passage, on recalcule périodiquement l'heure estimée de passage au point de passage, et on régule si nécessaire la vitesse de l'aéronef de façon à respecter la contrainte d'heure de passage à ce point de passage. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire et le point de passage est déterminé en termes de vitesse de l'aéronef par rapport au sol, calculée selon la formule : Vgd = Vgdmax 1+ K Vgdmax 1 Vgdmin dans laquelle : Vgd est la vitesse de l'aéronef par rapport au sol ; Vgdmax est la vitesse maximale possible de l'aéronef par rapport au sol , Vgdmin est la vitesse minimale possible de l'aéronef par rapport au sol.
Ce mode de calcul du second profil de vitesse présente l'avantage de permettre le maintien des marges pendant le vol de l'aéronef entre le point de passage intermédiaire et le point de passage. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire et le point de passage est déterminé en termes d'indice de coût. Ce mode de réalisation ne permet pas le maintien des marges pendant le vol de l'aéronef entre le point de passage intermédiaire et le point de passage, mais il présente l'avantage d'être facile à implémenter par les systèmes de guidage des aéronefs actuels. Avantageusement, le premier profil de vitesse est aussi déterminé en termes d'indice de coût.
L'invention est également relative à un dispositif d'aide au pilotage d'un aéronef en vue de respecter une contrainte d'heure de passage en un point de passage lors d'une phase de descente, comportant un système de 30 gestion de vol qui comprend : - des moyens d'estimation d'un temps de parcours entre deux points d'une trajectoire prévisionnelle de l'aéronef, en fonction d'un profil de vitesse entre ces deux points ; - des moyens de calcul d'un instant de passage à un point de passage intermédiaire, en fonction : . de ladite contrainte d'heure de passage au point de passage ; . d'un temps de parcours maximal et d'un temps de parcours minimal entre ce point de passage intermédiaire et le point de passage, estimés par lesdits moyens d'estimation, correspondant respectivement à un profil de vitesse minimale et à un profil de vitesse maximale entre le point de passage intermédiaire et le point de passage ; et . d'un coefficient K représentatif d'une première marge prédéterminée entre ladite contrainte d'heure de passage au point de passage et une heure estimée de passage minimale à ce point de passage, correspondant au temps de parcours minimal, ainsi que d'une seconde marge prédéterminée entre une heure estimée de passage maximale à ce point de passage, correspondant au temps de parcours maximal, et ladite contrainte d'heure de passage au point de passage ; des moyens de détermination d'un premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire pour rejoindre ce point de passage intermédiaire à l'instant calculé par lesdits moyens de calcul ; et - des moyens de détermination d'un second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire à l'instant calculé par lesdits moyens de calcul et le point de passage à ladite contrainte d'heure de passage. L'invention concerne aussi un aéronef comportant un tel dispositif d'aide au pilotage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit 30 et à l'examen des figures annexées. La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif d'aide au pilotage d'un aéronef, conforme à l'invention ; La figure 2 représente une vue en coupe verticale d'une trajectoire d'un aéronef conforme à un plan de vol comportant une phase de descente ; La figure 3 représente la position de l'aéronef en fonction du temps, entre deux points situés sur le plan de vol, pour différentes valeurs de vitesse de l'aéronef.
Le dispositif 1 représenté schématiquement sur la figure 1 est conforme à un mode préféré de réalisation de l'invention. Il est embarqué à bord d'un aéronef 3, en particulier un avion de transport civil ou un avion de transport militaire, en vue d'aider cet aéronef à voler une phase de descente, notamment lors d'une approche d'une piste d'atterrissage, en respectant une contrainte d'heure de passage RTA en un point de passage WPT lors de ladite descente. La figure 2 représente la trajectoire souhaitée 2 de l'aéronef 3 en fonction du temps t : après une phase de croisière CRZ jusqu'à un point TD de début de descente, l'aéronef vole une phase de descente DES au cours de laquelle il doit passer au point WPT à ladite heure de passage RTA.
Ce dispositif 1 comporte de façon usuelle : - des moyens usuels 26, par exemple un clavier d'une unité d'interface avec les pilotes de type MCDU ( Multifunction Control and Display Unit en anglais), permettant à un pilote d'entrer au moins une contrainte d'heure de passage RTA associée à au moins un point de passage du plan de vol de l'aéronef ; - un ensemble 28 de sources d'informations qui sont susceptibles de déterminer des valeurs de paramètres relatifs au vol de l'aéronef, tels que le vent, la température, la position et la vitesse de l'aéronef ; - un système 10 de gestion du vol de l'aéronef, en particulier de type FMS, qui est relié par l'intermédiaire de liaisons 27 et 29 respectivement aux moyens 26 et à l'ensemble de sources d'informations 28 qui lui transmettent des informations par ces liaisons. Ce système de gestion du vol détermine une trajectoire de référence de l'aéronef et un profil de vitesse le long de ladite trajectoire, en fonction notamment desdites informations ; - un calculateur de vol 20 de type FG ( Flight Guidance en anglais), qui est relié au système 10 de gestion du vol par une liaison 11 et qui reçoit des informations de celui-ci, en particulier ladite trajectoire de référence et ledit profil de vitesse. Ce calculateur de vol détermine des consignes de guidage de l'aéronef à partir desdites informations ; - un ensemble de moyens d'actionnement 22a usuels d'organes de commandes 24 de l'aéronef susceptibles d'agir sur le vol de l'aéronef, par exemple des gouvernes de l'aéronef. Les moyens d'actionnement reçoivent les consignes élaborées par le calculateur de vol 20, par un ensemble de liaisons 21a et actionnent en conséquence les organes de commande 24 comme représenté par l'ensemble de liaisons 23a sur la figure 1 ; et - des moyens de contrôle automatique 22b de la poussée des moteurs 25 de l'aéronef qui reçoivent les consignes élaborées par le calculateur de vol 20, par une liaison 21b et commandent en conséquence la poussée des moteurs 25 comme représenté par la liaison 23b sur la figure 1. Ces moyens de contrôle automatique de la poussée peuvent par exemple être de type auto-manette ou auto-poussée ( Auto-Thrust en anglais). Selon l'invention, le système 10 de gestion de vol comprend : - des moyens 12 d'estimation d'un temps de parcours entre deux points d'une trajectoire prévisionnelle de l'aéronef, en fonction d'un profil de vitesse entre ces deux points ; - des moyens 14 de calcul d'un instant Ti de passage à un point de passage intermédiaire TD', en fonction : . de la contrainte d'heure de passage RTA au point de passage WPT ; . d'un temps de parcours maximal Tmax et d'un temps de parcours minimal Tmin entre ce point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT, estimés par lesdits moyens 12 d'estimation (et transmis par une liaison 13 entre les moyens 12 d'estimation et les moyens 14 de calcul), correspondant respectivement à un profil de vitesse minimale et à un profil de vitesse maximale entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT ; et . d'un coefficient K représentatif d'une première marge prédéterminée entre la contrainte d'heure de passage RTA au point de passage WPT et une heure estimée de passage minimale ETAmin@WPT(TD') à ce point de passage (estimée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti), correspondant au temps de parcours minimal Tmin, ainsi que d'une seconde marge prédéterminée entre une heure estimée de passage maximale ETAmax@WPT(TD') à ce point de passage (estimée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti), correspondant au temps de parcours maximal Tmax, et ladite contrainte d'heure de passage RTA au point de passage WPT ; des moyens 16 de détermination d'un premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire TD' pour rejoindre ce point de passage intermédiaire à l'instant Ti calculé par les moyens de calcul 14 (les moyens 16 recevant la valeur de Ti par une liaison 15 entre les moyens de calcul 14 et les moyens 16) ; et - des moyens 18 de détermination d'un second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti et le point de passage WPT à la contrainte d'heure de passage RTA (les moyens 18 recevant la valeur de Ti par une liaison 17 entre les moyens de calcul 14 et les moyens 18). Lesdits moyens 12, 14, 16 et 18 sont de préférence mis en oeuvre sous la forme de fonctionnalités logicielles du système 10 de gestion du vol.
Le système 10 de gestion du vol envoie au calculateur de vol 20, par la liaison 11, des informations de consignes correspondant à la trajectoire de l'aéronef ainsi qu'aux premier et second profils de vitesse et le calculateur de vol 20 pilote automatiquement l'aéronef en conséquence. Le point de passage intermédiaire TD' est situé à une distance prédéterminée avant le point de début de descente TD correspondant au profil de vitesse de l'aéronef au moment de la saisie de la contrainte RTA. Cette distance prédéterminée est choisie de façon à ce que ledit point de passage intermédiaire corresponde à la phase de croisière de l'aéronef, quel que soit le second profil de vitesse situé entre le profil de vitesse maximale et le profil de vitesse minimale. A titre d'exemple, cette distance prédéterminée peut être choisie dans un intervalle de 40 à 50 Miles nautiques (74 à 93 kilomètres). Ainsi, on anticipe avant même le début de descente, le respect de marges temporelles entre la contrainte RTA et des heures minimales et maximales de passage au point WPT.
Les moyens 12 d'estimation d'un temps de parcours sont des moyens usuels que l'on utilise pour estimer un temps de parcours maximal Tmax et un temps de parcours minimal Tmin entre le point de passage intermédiaire TD' et ledit point de passage WPT, correspondant respectivement à un profil de vitesse minimale et à un profil de vitesse maximale entre ces deux points. La différence Tmax û Tmin est égale à l'intervalle de temps entre une heure estimée minimale de passage ETAmin@WPT(TD') au point WPT, correspondant à ce temps de parcours minimal Tmin, et une heure estimée maximale de passage ETAmax@WPT(TD') au point WPT, correspondant à ce temps de parcours maximal Tmax, ces heures de passage ETAmin@WPT(TD') et ETAmax@WPT(TD') étant estimées en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire TD' à l'intant Ti. On a donc la relation : ETAmax@WPT(TD') ù ETAmin@WPT(TD') = Tmax ù Tmin (1) Le coefficient K représentatif d'une part de la première marge prédéterminée entre la contrainte RTA et l'heure estimée minimale de passage ETAmin@WPT(TD'), et d'autre part de la seconde marge prédéterminée entre la contrainte RTA et l'heure estimée maximale de passage ETAmax@WPT(TD') est de préférence choisi égal à : K _ RTA -ETAmin@WPT(TD') (2) ETAmax@WPT(TD')-ETAmin@WPT(TD' ) Ce coefficient K est choisi dans un intervalle [Kmin ; Kmax] tel que Kmin > 0 et Kmax < 1. L'utilisation dudit coefficient K permet de définir la première marge de temps RTA -ETAmin@WPT(TD') par un ratio de l'intervalle de temps [ETAmin@WPT(TD') ; ETAmax@WPT(TD')]. La seconde marge de temps ETAmax@WPT(TD') -RTA correspond au complément de la première marge de temps dans l'intervalle de temps [ETAmin@WPT(TD') ; ETAmax@WPT(TD')]. Afin que lesdites première et seconde marges de temps soient suffisantes pour permettre le respect de la contrainte RTA, il convient de choisir des valeurs Kmin suffisamment > 0 et Kmax suffisamment < 1. Par exemple, lorsque le risque de non respect de la contrainte RTA est équilibré entre un risque de retard et un risque d'avance au point de passage WPT, on peut choisir K dans un intervalle [Kmin ; Kmax] correspondant sensiblement à l'intervalle [0,3 ; 0,7], en particulier K voisin de 0,5. Lorsque le risque de non respect de la contrainte RTA est essentiellement un risque de retard au point de passage WPT, on privilégie la première marge de temps par rapport à la seconde marge de temps. Pour cela, on peut par exemple choisir K dans un intervalle [Kmin ; Kmax] correspondant sensiblement à l'intervalle [0,4 ; 0,85], en particulier K voisin de 0,7. Lorsque le risque de non respect de la contrainte RTA est essentiellement un risque d'avance au point de passage WPT, on privilégie la seconde marge de temps par rapport à la première marge de temps. Pour cela, on peut par exemple choisir K dans un intervalle [Kmin ; Kmax] correspondant sensiblement à l'intervalle [0,15 ; 0,6], en particulier K voisin de 0,3. Les temps de parcours minimal Tmin et maximal Tmax entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT sont tels que : ETAmin@WPT(TD') = Ti + Tmin (3) ETAmax@WPT(TD') = Ti + Tmax (4) Par conséquent, il résulte des relations (2), (3) et (4) que l'instant Ti de passage au point de passage intermédiaire TD' peut être calculé à partir de la relation suivante :
Ti = RTA ù Tmin ù K (Tmax ù Tmin) (6)
Les moyens 16 déterminent un premier profil de vitesse de l'aéronef permettant de rejoindre le point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti, à partir de la position courante de l'aéronef lors de la détermination dudit premier profil. Ce premier profil de vitesse peut par exemple être exprimé sous la forme d'une vitesse de l'aéronef par rapport au sol Vgd constante entre ladite position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire TD'. Cette vitesse Vgd est déterminée par la relation : Vgd = D (7) Ti - TO
dans laquelle :
- D est la distance, le long de la trajectoire prévue, entre la position
courante X de l'aéronef et le point de passage intermédiaire TD' ; - TO est l'instant courant correspondant à la position courante X de
l'aéronef.
Ce premier profil de vitesse peut aussi être exprimé sous la forme d'une vitesse air de l'aéronef. En l'absence de vent, cette vitesse air correspond à la vitesse Vgd de l'aéronef par rapport au sol. Toutefois, de préférence, les moyens 16 tiennent compte des conditions de vol prévues, en particulier du vent, sur la trajectoire prévue entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire TD'. La vitesse air de l'aéronef est alors déterminée en corrigeant la relation (7) pour tenir compte de l'effet du vent.
De façon alternative, le premier profil de vitesse peut aussi être exprimé sous la forme d'un indice de coût. Les moyens 18 déterminent un second profil de vitesse Vp2 de l'aéronef permettant de rejoindre le point de passage WPT à la contrainte d'heure de passage RTA, en partant du point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti. Pour cela, les moyens 18 procèdent par itérations successives : ils sélectionnent un profil de vitesse qu'ils soumettent aux moyens 12 qui estiment un temps de parcours Tp entre le point de passage intermédiaire TD' et ledit point de passage WPT pour ce profil de vitesse. Les moyens 12 renvoient la valeur de Tp aux moyens 18 par une liaison 19. Les moyens 18 calculent alors une heure estimée de passage ETA@WPT(TD') au point de passage WPT (estimée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti), pour ce profil de vitesse, par la relation : ETA@WPT(TD') = Ti + Tp (8) Tant que cette valeur ETA@WPT(TD') est sensiblement différente de la contrainte d'heure de passage RTA, les moyens 18 sélectionnent un nouveau profil de vitesse pour lequel ils déterminent de façon similaire une nouvelle heure estimée de passage ETA@WPT(TD') au point de passage WPT. Les profils de vitesse sélectionnés successivement sont déterminés de façon à ce que les valeurs ETA@WPT(TD') estimées se rapprochent de la contrainte RTA au fur et à mesure des itérations. Pour cela, les valeurs de vitesse correspondant à un nouveau profil de vitesse sélectionné sont choisies supérieures aux valeurs de vitesse correspondant à un profil de vitesse préalablement sélectionné, pour lequel l'heure estimée de passage ETA@WPT(TD') était supérieure à la contrainte RTA. De plus, les valeurs de vitesse correspondant à un nouveau profil de vitesse sélectionné sont choisies inférieures aux valeurs de vitesse correspondant à un profil de vitesse préalablement sélectionné, pour lequel l'heure estimée de passage ETA@WPT(TD') était inférieure à la contrainte RTA. Lorsqu'un profil de vitesse sélectionné est tel que la valeur absolue de la différence entre l'heure estimée de passage ETA@WPT(TD') au point de passage WPT et la contrainte d'heure de passage RTA est inférieure à un seuil prédéterminé, on choisit ce profil de vitesse sélectionné comme second profil de vitesse Vp2. La figure 3 illustre l'évolution de la position P de l'aéronef en fonction du temps t, entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT, pour un profil de vitesse maximale Vmax, pour ledit second profil de vitesse Vp2 et pour un profil de vitesse minimale Vmin, pour lesquels l'heure estimée de passage au point de passage WPT correspond respectivement à ETAmin@WPT(TD'), RTA et ETAmax@WPT(TD'). Bien que l'évolution de la position de l'aéronef entre les points TD' et WPT soit représentée par des courbes linéaires sur la figure 3, elle peut aussi correspondre à des courbes de forme différente, en fonction des profils de vitesse. Le second profil de vitesse peut être exprimé sous la forme d'une vitesse Vgd de l'aéronef par rapport au sol. Il résulte de la relation (2) que la vitesse Vgd(P) de l'aéronef par rapport au sol en un point P de la trajectoire entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT peut être déterminée par la relation : Vgdmax(P) (9) Vgd(P) 1+K (Vgdmax(P) -1) Vgdmin(P) dans laquelle : - Vgdmax(P) est la vitesse maximale possible de l'aéronef par rapport au sol au point P ; -Vgdmin(P) est la vitesse minimale possible de l'aéronef par rapport au sol au point P. Ce mode de calcul du second profil de vitesse présente l'avantage de permettre la conservation desdites marges pendant tout le vol de l'aéronef entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT. De façon alternative, ce second profil de vitesse peut être exprimé sous la forme d'un indice de coût. Un tel indice de coût est généralement croissant en fonction de la vitesse de l'aéronef. De façon connue, il peut notamment être exprimé sous la forme d'un couple CAS/MACH où CAS désigne une vitesse air calibrée de l'aéronef ( Calibrated Air Speed en anglais) et MACH désigne le Mach de l'aéronef. Un tel couple CAS/MACH correspond à un segment de vol à Mach constant suivi d'un segment de vol à vitesse air calibrée constante. Un tel profil de vitesse ne permet pas la conservation desdites marges entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT, mais il présente l'avantage d'être facile à implémenter dans les systèmes FMS de gestion de vol et dans les calculateurs de vol FG actuels des aéronefs qui utilisent déjà des indices de coût pour la définition des profils de vitesse. Le fait d'amener l'aéronef à un point de passage intermédiaire TD' à un instant Ti déterminé conformément à l'invention est avantageux car à partir de cet instant Ti, l'aéronef dispose de marges entre la contrainte RTA d'heure de passage au point de passage WPT et des heures de passage estimées minimales ETAmin@WPT(TD') et maximales ETAmax@WPT(TD') à ce point de passage. Un choix approprié desdites marges, exprimées par le coefficient K, comme indiqué supra, permet de réduire très fortement le risque de ne pas respecter ladite contrainte RTA. Lors du vol de l'aéronef avant le point de passage intermédiaire TD', on recalcule périodiquement (par exemple avec une périodicité comprise entre lmn et 5mn) l'heure estimée de passage ETA@WPT(TD') au point de passage WPT, déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire TD' à l'instant Ti en tenant compte des conditions de vol connues à l'instant courant. Si l'écart entre cette heure estimée de passage et la contrainte d'heure de passage RTA au point de passage WPT est supérieur à un premier seuil prédéterminé, par exemple compris entre 5s et 30s, on recommence les étapes a), b), c) et d) du procédé selon l'invention.
Cela permet de respecter la contrainte RTA d'heure de passage au point de passage, ainsi que lesdites marges (définies par le coefficient K) par rapport à cette contrainte. De plus, lors du vol de l'aéronef avant le point de passage intermédiaire TD', on calcule périodiquement (par exemple avec une périodicité comprise entre 1 mn et 5mn) une heure estimée de passage ETA@TD'(X) au point de passage intermédiaire (TD'), déterminée en considérant l'aéronef à sa position courante X, et si l'écart entre cette heure estimée d'arrivée à ce point de passage intermédiaire (calculée à l'instant courant) et l'instant Ti est supérieur à un second seuil prédéterminé, par exemple compris entre 15s et 30s, on calcule un nouveau premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire permettant d'atteindre ce point de passage intermédiaire à l'instant calculé à l'étape a), puis on pilote l'aéronef selon ce nouveau premier profil de vitesse. On garantit ainsi sensiblement le respect dudit instant de passage au point de passage intermédiaire et par conséquent le respect, jusqu'à ce point de passage intermédiaire, des dites marges prédéfinies. Ensuite, lors du vol de l'aéronef entre le point de passage intermédiaire TD' et le point de passage WPT, on recalcule périodiquement l'heure estimée de passage au point de passage, et le calculateur de vol 20 régule si nécessaire la vitesse de l'aéronef de façon à respecter la contrainte d'heure de passage RTA à ce point de passage.
Claims (10)
1- Procédé d'aide au pilotage d'un aéronef (3) en vue de respecter 5 une contrainte d'heure de passage (RTA) en un point de passage (WPT) lors d'une phase de descente, caractérisé en ce que : a) on détermine un instant de passage (Ti) de l'aéronef en un point de passage intermédiaire (TD') correspondant à une phase de croisière de l'aéronef précédant ladite phase de descente, de façon à ce qu'une heure 10 estimée de passage minimale (ETAmin@WPT(TD')) à ce point de passage (WPT), correspondant à un profil de vitesse maximale entre le point de passage intermédiaire (TD') et le point de passage (WPT), soit inférieure d'une première marge prédéterminée à la contrainte d'heure de passage (RTA) ; 15 b) on détermine un premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire (TD') pour rejoindre ce point de passage intermédiaire à l'instant (Ti) calculé à l'étape a) ; c) on détermine un second profil de vitesse (Vp2) pour rejoindre le point de passage (WPT) à ladite contrainte d'heure de passage (RTA) en partant 20 du point de passage intermédiaire (TD') à l'instant (Ti) calculé à l'étape a) ; et d) on pilote l'aéronef selon lesdits premier puis second profils de vitesse déterminés aux étapes b) et c). 25
2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'à l'étape a) on détermine l'instant (Ti) de passage de l'aéronef au point de passage intermédiaire (TD') de façon à ce que, en outre, une heure estimée de passage maximale (ETAmax@WPT(TD')) à ce point de passage (WPT), correspondant à un profil de vitesse minimale entre le point de passage 30 intermédiaire (TD') et le point de passage (WPT), soit supérieure d'une seconde marge prédéterminée à la contrainte d'heure de passage (RTA).
3- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la première marge et la seconde marge prédéterminées sont définies par un coefficient 35 K, tel que :K= RTA - ETAmin@WPT(TD' ) ETAmax@WPT(TD') - ETAmin@WPT(TD' ) et K > Kmin ; où Kmin > 0 K < Kmax ; où Kmax < 1 où : RTA est la contrainte d'heure de passage au point de passage ; ETAmin@WPT(TD') est l'heure estimée minimale de passage au point de passage, déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire audit instant de passage ; ETAmax@WPT(TD') est l'heure estimée maximale de passage au point de passage, déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire audit instant de passage.
4- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le point de passage intermédiaire (TD') est situé à une distance prédéterminée avant le point de début de descente (TD) correspondant au profil de vitesse de l'aéronef au moment de la saisie de la contrainte d'heure de passage (RTA) au point de passage (WPT).
5- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, lors du vol de l'aéronef avant le point de passage intermédiaire (TD'), on recalcule périodiquement l'heure estimée de passage au point de passage (WPT), déterminée en considérant l'aéronef au point de passage intermédiaire à l'instant (Ti) calculé à l'étape a), en tenant compte des conditions de vol connues à l'instant courant, et si l'écart entre cette heure estimée de passage et la contrainte d'heure de passage (RTA) au point de passage (WPT) est supérieur à un premier seuil prédéterminé, on recommence les étapes a), b), c) et d) du procédé selon l'invention.
6- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, lors du vol de l'aéronef avant le point de passage intermédiaire (TD'), on calcule périodiquement une heure estimée de passage au point de passage intermédiaire (TD'), déterminée en considérant l'aéronef à sa position courante, et si l'écart entre cette heure estimée depassage au point de passage intermédiaire et l'instant calculé à l'étape a) est supérieur à un second seuil prédéterminé, on calcule un nouveau premier profil de vitesse entre la position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire permettant d'atteindre ce point de passage intermédiaire à l'instant (Ti) calculé à l'étape a), puis on pilote l'aéronef selon ce nouveau premier profil de vitesse.
7- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que le second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire (TD') et le point de passage (WPT) est déterminé en termes de vitesse de l'avion par rapport au sol, calculée selon la formule : dans laquelle : Vgd(P) est la vitesse de l'aéronef par rapport au sol en un point P de sa trajectoire ; Vgdmax(P) est la vitesse maximale possible de l'aéronef par rapport au sol au point P ; Vgdmin(P) est la vitesse minimale possible de l'aéronef par rapport au 20 sol au point P.
8- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire (TD') et le point de passage (WPT) est déterminé en termes 25 d'indice de coût.
9- Dispositif (1) d'aide au pilotage d'un aéronef (3) en vue de respecter une contrainte d'heure de passage (RTA) en un point de passage (WPT) lors d'une phase de descente, caractérisé en ce qu'il comporte un 30 système (10) de gestion de vol qui comprend : - des moyens (12) d'estimation d'un temps de parcours entre deux points d'une trajectoire prévisionnelle de l'aéronef, en fonction d'un profil de vitesse entre ces deux points ; Vgd(P) = Vgdmax(P) 1+K (Vgdmax(P) -1) Vgdmin(P) . 2923032 - des moyens (14) de calcul d'un instant de passage (Ti) à un point de passage intermédiaire (TD'), en fonction : . de ladite contrainte d'heure de passage (RTA) au point de passage (WPT) ; 5 . d'un temps de parcours maximal (Tmax) et d'un temps de parcours minimal (Tmin) entre ce point de passage intermédiaire (TD') et le point de passage (WPT), estimés par lesdits moyens d'estimation, correspondant respectivement à un profil de vitesse minimale et à un profil de vitesse maximale entre le point de passage intermédiaire (TD') 10 et le point de passage (WPT) ; et . d'un coefficient K représentatif d'une première marge prédéterminée entre ladite contrainte d'heure de passage (RTA) au point de passage (WPT) et une heure estimée de passage minimale (ETAmin@WPT(TD')) à ce point de passage, correspondant au temps de parcours minimal 15 (Tmin), ainsi que d'une seconde marge prédéterminée entre une heure estimée de passage maximale (ETAmax@WPT(TD')) à ce point de passage, correspondant au temps de parcours maximal (Tmax), et ladite contrainte d'heure de passage (RTA) au point de passage (WPT) ; des moyens (16) de détermination d'un premier profil de vitesse entre la 20 position courante de l'aéronef et le point de passage intermédiaire (TD') pour rejoindre ce point de passage intermédiaire à l'instant (Ti) calculé par lesdits moyens de calcul ; et des moyens (18) de détermination d'un second profil de vitesse entre le point de passage intermédiaire (TD') à l'instant (Ti) calculé par lesdits moyens de calcul et le point de passage (WPT) à ladite contrainte d'heure de passage (RTA).
10- Aéronef comportant un dispositif (1) d'aide au pilotage selon la revendication 9.30
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