FR2923623A1 - Systeme de securisation d'un plan de vol pour aeronef - Google Patents

Abstract

Le système de sécurisation d'un plan de vol pour aéronef comprend :. un système de gestion de vol délivrant : un plan de vol et des points comportant des consignes de passages en vitesse et en altitude et en temps ;. un calculateur avionique;. au moins une ressource de stockage de données environnementales comportant un danger pour l'aéronef;. un modèle de performance de l'aéronef définissant des conditions de vol aux limites selon les capacités propres audit aéronef ;. au moins une ressource de traitement des trajectoires d'évitement de l'aéronef.Il permet, à partir d'un échantillonnage de points du plan de vol, de calculer un ensemble de trajectoires d'évitement et de les corréler aux données environnementales afin de détecter les points d'engagement nécessitant une manoeuvre corrective.

Description

SYSTEME DE SECURISATION D'UN PLAN DE VOL POUR AERONEF

La présente invention concerne un système de prédiction de zones d'alertes de situations dangereuses pour aéronef, une zone d'alerte étant une zone pour laquelle un passage de l'aéronef à sa proximité génère une alerte à l'équipage lui indiquant la proximité d'un danger. Le système s'applique plus particulièrement à l'identification de zones d'alertes, avant ou pendant un vol, par corrélation d'une part des profils de vol vertical et latéral d'évitement et des profils de vitesse et d'altitude dans un plan de vol prédéterminé et d'autre part aux modèles numériques de terrain, d'obstacles et météorologiques connus à proximité du plan de vol.

Actuellement, les aéronefs sont généralement équipés de dispositifs de surveillance et de prévention de zones à risques. Les risques peuvent être météorologiques ou de collision avec des obstacles ou avec le terrain. Concernant la détection de zones d'obstacles ou de terrain, le système TAWS, dont l'acronyme est Terrain Awareness & Warning System en tant que calculateur autonome ou intégré avec une fonction TCAS, acronyme anglo-saxon de l'expression Terrain Collision Avoidance System , remplit une fonction de surveillance d'anticollision avec le terrain pendant toute la durée d'un vol.

Concernant la détection de zones potentiellement dangereuses et de la prédiction de leur évolution dans le temps, un exemple de système d'analyse de données environnementales existant est le système WXR, nom commercial donné au produit développé et commercialisé par Rockwell Collins, qui signifie, en français, Système de Radar Météorologique . Cet équipement est utilisé dans de nombreux aéronefs. Il est constitué d'une antenne radar, qui balaie en permanence un secteur angulaire situé devant le porteur sur une distance paramétrable. Cet équipement analyse l'atmosphère pour récupérer des données météorologiques et les fournir au pilote.

Par ailleurs, il existe des modèles de données numériques météorologiques, les informations sont collectées auprès d'un certain nombre de radars embarqués ou situés au sol en temps réel par une station sol. Ces modèles numériques peuvent être embarqués à bord d'un aéronef dans une base de données et peuvent évoluer dans le temps en fonction de prédictions. De la même manière des modèles de données numériques des obstacles et de terrain sont embarqués dans les aéronefs.

Un but de ces systèmes est de prévenir l'équipage en émettant des messages sonores ou visuels lors d'une approche exceptionnelle du relief ou d'un obstacle ou encore en présence de vents violents ou de conditions météorologiques constituant un risque pour la sécurité de l'aéronef.

Généralement, ces systèmes d'évitement de zones dangereuses comparent, en temps réel, une trajectoire théorique d'évitement latéral et/ou vertical obtenue à partir des capacités de l'aéronef et les données des zones potentiellement dangereuses.

La trajectoire calculée est une extrapolation pendant une certaine durée de la course de l'aéronef dans des conditions aux limites dépendantes des performances de l'aéronef. Un inconvénient de ces systèmes réside en ce que d'une part la prévention de zones dangereuses ne s'applique que dans un futur proche de quelques minutes tout au plus et d'autre part qu'il n'est pas possible de déterminer à l'avance des zones potentiellement dangereuses à proximité de la trajectoire de l'aéronef, notamment avant un vol.

Par ailleurs, lors de la préparation d'un vol, au sol, l'équipage définit un plan de vol dans le calculateur de l'aéronef, celui-ci lui est généralement proposé par le contrôle aérien. Le plan de vol comprend généralement une suite de points, appelés dans la terminologie aéronautique waypoints , reliant un point de départ à un point d'arrivée. Deux waypoints successifs forment généralement un LEG qui est un segment ou un arc dans l'espace. Les waypoints sont définis par une position dans l'espace et 3 comprennent des informations utiles à l'aéronef telles que l'altitude et la vitesse de passage recommandées lors d'un passage à proximité d'un waypoint ou encore le temps de passage prévu.

Il arrive que les plans de vols puissent comporter des waypoints à proximité de zones dangereuses ou comportant un risque pour la sécurité de l'aéronef. II peut s'agir notamment de montagnes par exemple lorsque celle-ci sont situées à proximité d'un aéroport. Par ailleurs, les conditions météorologiques étant aléatoires et pas toujours prévisibles, les plans de vol élaborés par le contrôle aérien ne prennent pas en considération toutes les aléas météorologiques ainsi que leur évolution basée sur des prédictions, les mises à jour de la base de données météorologiques dans l'aéronef n'étant pas systématiquement réalisées.

Les brevets américains US 6421603 et US 6816780 proposent une amélioration lors de l'élaboration d'un plan de vol en prenant en compte la trajectoire à suivre par l'aéronef issue du plan de vol. La solution des ces deux brevets propose de corréler la trajectoire élaborée à partir du plan de vol d'un aéronef et des volumes de dangers interceptant la trajectoire.

Cette corrélation permet de repérer les points de la trajectoire comportant un danger certain, mais elle ne permet pas de prévenir d'un danger proche de la trajectoire et notamment des alertes susceptibles d'être émises lors du passage prévu à proximité des zones de dangers.

Dans ces conditions, un inconvénient de ces systèmes réside en ce que seuls les points présentant un conflit avéré avec le terrain ou les phénomènes météorologiques sont pris en compte, c'est à dire lorsque l'aéronef aurait déjà atteint le point de danger.

Dans ces conditions, l'aéronef parcourt un plan de vol prédéfini et l'équipage est amené à effectuer, les cas se présentant, des manoeuvres correctives en temps réel en fonction des alertes émises au passage à proximité de zones dangereuses non identifiées car n'interceptant pas strictement la trajectoire pré-élaborée, mais ne respectant pas cependant les marges de sécurité requises. En plus du danger de la proximité d'une zone à 4 risques, certaines de ces alertes peuvent constituer également un désagrément compte tenu de leur nombre, celles-ci provenant de passages à proximité de zones dangereuses qui ne sont pas prises en compte dans l'élaboration du plan de vol initial.

Un but de l'invention est de remédier notamment à cet inconvénient, en proposant de simuler à l'avance les trajectoires extrapolées latérales et verticales correspondant aux manoeuvres évasives à réaliser lors de l'apparition d'une alerte, à partir de points échantillonnés du plan de vol et de corréler ces trajectoires extrapolées avec la présence de zones dangereuses. Cette simulation repose sur l'établissement d'une trajectoire dite 5D généré à partir du plan de vol comportant la trajectoire à suivre, le pas d'échantillonnage et des consignes de passages aux points échantillonnés. Ces consignes sont notamment : la vitesse de passage, la position des points et le temps de passage aux points du plan de vol. Avantageusement, la simulation permet de détecter les points auxquels apparaitraient les alertes à court terme générées par les systèmes de type TAWS ou WXR et ainsi préciser à l'équipage le point à partir duquel il doit envisager une modification de sa route pour rester hors de toute situation dangereuse. Avantageusement la simulation de ces trajectoires et leur corrélation avec des zones dangereuses peut s'effectuer avant le vol, dès lors que le plan de vol est connu, un échantillonnage du plan de vol étant choisi par l'équipage ou étant imposé par le système.

Avantageusement, le système de sécurisation d'un plan de vol pour aéronef comprend : • un système de gestion de vol délivrant, à partir de consignes d'entrées, une trajectoire planifiée définissant un chemin à suivre par l'aéronef pour relier un point de départ à un point d'arrivée, la trajectoire planifiée comprenant un ensemble de points repérés dans l'espace par au moins une longitude et une latitude, chacun des points comportant des consignes de passages à ces points en vitesse, en altitude et en temps ; • un calculateur avionique disposant de ressources allouées aux 35 différentes fonctions de l'aéronef ; Avantageusement, le calculateur échantillonne un ensemble de points de la trajectoire planifiée, le pas d'échantillonnage étant prédéterminé, chacun des points comprenant une position, le cap à suivre, le profil de vitesse au passage de la position et le temps de passage, cet ensemble de 5 points étant appelé trajectoire 5D .

Avantageusement, le système comprend au moins une ressource de stockage d'un premier ensemble de données de terrain et un second ensemble de données météorologiques dépendantes du temps, les données des deux ensembles comportant des zones de l'espace constituant une menace potentielle pour l'aéronef et en ce que le calculateur pour chaque point échantillonné de la trajectoire 5D évalue si le point appartient à l'une des zones constituant une menace. Avantageusement, le système comprend un modèle de 15 description de l'évolution des vents dans une zone de navigation déterminée.

Avantageusement, la trajectoire planifiée est une ligne droite générée à partir de la pente instantanée de l'aéronef. Avantageusement, le système comprend : 20 • un modèle de performance de l'aéronef définissant des conditions de vol aux limites selon les capacités propres audit aéronef ; • au moins une ressource de traitement permettant de calculer des trajectoires d'évitement à chacun des points échantillonnés de la trajectoire 5D en fonction des conditions de passages aux points 25 échantillonnés et d'au moins un profil d'évitement établi à partir du modèle de performance de l'aéronef pendant une durée limitée.

Avantageusement, le profil d'évitement est une trajectoire latérale. Avantageusement, le profil d'évitement est une trajectoire 30 verticale. Avantageusement, le calculateur collecte les points de l'espace, appelés points d'interférence , correspondant aux interférences entre les points des trajectoires d'évitement générées à partir de chaque point échantillonné de la trajectoire 5D et des zones issues de la base de données 35 constituant une menace. 6 Avantageusement, le calculateur collecte l'ensemble des origines des trajectoires d'évitement ayant au moins un point d'interférence, une telle origine est appelée point critique . Avantageusement, les trajectoires d'évitement verticales sont des trajectoires extrapolées d'évitement de terrain et d'obstacles comprenant un premier segment correspondant au temps de réaction, une courbe correspondant au changement de cap de l'aéronef, et un second segment correspondant au à la montée de l'aéronef. Avantageusement, les trajectoires d'évitement latérales sont des 10 trajectoires latérales extrapolées d'évitement de zones météorologiques comprenant une menace pour l'aéronef. Avantageusement, les trajectoires latérales extrapolées d'évitement de zones météorologiques forment sensiblement un arc de cercle. 15 Avantageusement, le pas d'échantillonnage de la trajectoire 5D est sensiblement égale à la longueur d'une trajectoire verticale d'évitement. Avantageusement, le pas de échantillonnage de la trajectoire 5D est sensiblement égale au rayon moyen du cercle comprenant une trajectoire latérale d'évitement. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une trajectoire d'évitement d'obstacle ou de relief d'un aéronef ; - la figure 2 représente une trajectoire d'évitement de zones de perturbations météorologiques ; - la figure 3A représente un échantillonnage de points d'une trajectoire d'un plan de vol et une zone dangereuse évoluant dans le temps ; - la figure 3B représente un calcul de trajectoires extrapolées d'évitement d'obstacles selon un échantillonnage de points du plan de vol ; 25 30 7 - la figure 4 représente un calcul de trajectoires extrapolées d'évitement de zones météorologiques à risques selon un échantillonnage de points du plan de vol. - la figure 5 représente une trajectoire 5D générée à partir de la pente instantanée d'un aéronef et des conditions de vol.

Dans la suite de la description on appelle la trajectoire planifiée d'un aéronef la trajectoire à suivre qui est générée par le FMS à partir du plan de vol et des waypoints.

La figure 1 présente une trajectoire verticale 2 extrapolée dans le cadre de fonctions existantes d'évitement de terrain 8. Cette trajectoire extrapolée 2 est calculée dans les systèmes à partir d'une position réelle 3 d'un aéronef 1. Dans la présente invention le profil de cette trajectoire extrapolée 2 est utilisé pour sécuriser la totalité de la trajectoire planifiée, cette dernière n'étant pas représentée sur la figure 1. Pour un ensemble de points échantillonnés de la trajectoire planifiée à partir desquels les trajectoires extrapolées sont calculées, l'invention permet de définir une zone de sécurité autour de la trajectoire planifiée. L'invention permet de prévenir de la proximité du terrain 8 en prenant en compte une marge de sécurité 9 sur l'ensemble de la trajectoire planifiée et de calculée les zones dangereuses 7 pour lesquelles les trajectoires extrapolées interceptent soit la marge de sécurité 9 soit le terrain 8. Un exemple de trajectoire calculée est décomposée en trois parties dont deux segments et une courbe. Un premier segment, formé par une première position 3 représentant le nez de l'aéronef et une seconde position 4, représente la trajectoire de l'aéronef selon son cap et sa vitesse au sol instantanés, cette portion de la trajectoire étant calculée sur une durée fixe. Cette première durée est notée DREAC, elle peut être de 20 secondes par exemple. Une deuxième partie de la trajectoire représente la courbe de la trajectoire permettant de faire évoluer l'aéronef de la seconde position 4 vers une troisième position 5. Cette trajectoire correspond au trajet parcouru pendant une durée déterminée fixe, noté DPuLLuP, nécessaire à l'aéronef pour se trouver dans une situation de montée. Le troisième segment représente à cap constant, l'évolution de l'aéronef en montée pendant une 8 durée fixée, notée DCLIMB, en considérant la vitesse instantanée de l'aéronef. Ce segment commence de la position 5 de début de montée jusqu'à la dernière position 6 calculée de la trajectoire. Les durées DREAC, DPULL-UP, DCLIMB, sont généralement fixées quelle que soit la topologie du terrain survolé ou des conditions extérieures à l'aéronef, la somme de ces durées est appelée durée d'extrapolation.

Cette trajectoire est établie actuellement dans certains aéronefs pour connaître la situation et le positionnement de l'aéronef dans un temps 10 proche afin d'avertir l'équipage d'un danger imminent. Cette trajectoire est calculée en fonction des conditions initiales à la position 3, telles que l'altitude et la vitesse, et des informations de performances de l'aéronef dont les capacités de manoeuvre verticale. Le système selon l'invention permet d'utiliser le profil de cette 15 trajectoire verticale en considérant non pas un point correspondant à une position réelle de l'aéronef mais à un ensemble de points de la trajectoire planifiée dont on connaît les conditions de passage, en altitude, en vitesse et en position.

20 Concernant les systèmes de détection de dangers météorologiques, un profil de vol latéral est généralement utilisé en condition de vol pour identifier les dangers imminents. La figure 2 représente une trajectoire latérale 11, 11' d'évitement calculée en fonction de conditions initiales de navigation à la position 3 d'un 25 aéronef 1 et d'une capacité d'évitement latéral théorique de l'aéronef. La trajectoire latérale ainsi calculée est corrélée avec un modèle de données numériques météorologiques. Dans l'exemple de la figure 2, la zone 12 comprend une zone de turbulences. En cas d'interception entre la trajectoire 11, 11' calculée et la zone 12, une alarme est générée à l'équipage afin que 30 des mesures correctives soient engagées sur la trajectoire de l'aéronef. De la même manière le système selon l'invention permet d'utiliser ce profil de trajectoire latérale d'évitement en considérant non pas un point correspondant à une position réelle de l'aéronef mais à un ensemble de points de la trajectoire planifiée dont on connaît les conditions de passage en 35 vitesse et en position. 9 Le système selon l'invention propose de calculer des trajectoires extrapolées d'évitement d'obstacles ou de zones météorologiques comprenant un danger potentiel selon un ensemble de points échantillonnés de la trajectoire planifiée, le plan de vol permettant de générer la trajectoire planifiée pouvant être élaboré soit avant un décollage d'un aéronef, soit pendant le vol lors d'une procédure de rejointe d'un plan de vol par exemple.

Le système selon l'invention permet de traiter indifféremment les 1 o données terrains, d'obstacles et météorologiques en dissociant les trajectoires latérales et verticales de leur vocation d'origine. Ainsi une trajectoire latérale d'évitement peut être corrélée avec une base de données terrain et réciproquement une trajectoire verticale d'évitement peut être corrélée avec une base de données météorologiques. 15 Dans un premier mode de réalisation, le système selon l'invention permet de générer un ensemble de trajectoires extrapolées verticales et latérales et de les corréler avec des données issues de bases de données terrain ou d'obstacles. Dans un second mode de réalisation, le système selon l'invention 20 permet de générer un ensemble de trajectoires extrapolées verticales et latérales et de les corréler avec des données météorologiques issues de bases de données météorologiques. Un mode privilégié de réalisation peut combiner les deux précédents modes. 25 Dans un premier temps le système selon l'invention élabore une trajectoire dite 5D comprenant un ensemble de points échantillonnés selon un pas prédéterminé de la trajectoire planifiée issue du plan de vol.

30 Le système selon l'invention comprend un système de gestion de vol, celui-ci délivre un plan de vol généralement avant un décollage de l'aéronef. Le plan de vol comprend généralement un ensemble de waypoints auxquels des consignes de passage sont recommandées à l'équipage, notamment les vitesses de passage aux différents waypoints, les positions 10 en altitude des waypoints, les latitude et longitude et les temps de passages prévus pour chaque waypoint. Par ailleurs, la trajectoire planifiée de l'aéronef générée à partir du plan de vol est construite par le FMS. Le calculateur de vol permet de définir 5 la trajectoire planifiée par un ensemble de points de passage et des consignes de vol associées en extrapolant les conditions de passage des waypoints du plan de vol. On appellera par la suite les points de passage , respectivement les conditions de passage , les points et les conditions 10 issus de la génération par le FMS de la trajectoire planifiée à partir des waypoint et des consignes du plan de vol. Les points de passage de la trajectoire planifiée sont généralement différents des waypoints du plan de vol. Les conditions de passage d'un ensemble de points de la 15 trajectoire planifiée de l'aéronef sont définis à partir des consignes de passages en position, en altitude, en vitesse et en date de passage des waypoints. L'extrapolation des points de passages et des conditions de passage de la trajectoire planifiée de l'aéronef à partir des waypoints du plan 20 de vol est réalisée dès qu'un changement de profil de vitesse, de profil vertical ou horizontal est détecté à partir du plan de vol.

Dans une autre étape, le système selon l'invention permet au calculateur de bord d'effectuer un échantillonnage de la trajectoire planifiée. 25 Les points échantillonnés peuvent être identiques aux points de passage générés par le FMS mais peuvent être différents. Dans ce dernier cas une seconde extrapolation à partir de la trajectoire planifiée, effectuée par le calculateur de bord, permet d'obtenir les conditions de passages des points d'échantillonnés de la trajectoire planifiée. 30 Dans un mode réalisation, le pas d'échantillonnage peut être sélectionné par l'équipage. Dans un autre cas de réalisation le pas d'échantillonnage de la trajectoire planifiée peut être prédéfini.

L'ensemble formé de la trajectoire planifiée et des conditions de 35 passage aux points d'échantillonnage permet de définir une trajectoire, dite 11 trajectoire 5D dans la suite de la description, la notation 5D représentant l'altitude, la latitude, la longitude d'un point de la trajectoire planifiée et la vitesse de passage et le temps de passage à ce point.

Dans un mode d'utilisation, une trajectoire 5D est établie au sol à partir du plan de vol et des consignes de passage du contrôle aérien. Dans un autre mode, par exemple lors de la rejointe d'un plan de vol, la trajectoire de rejointe peut générer une trajectoire 5D à partir d'un plan de vol de rejointe. Dans ce dernier cas il s'agit de portion de trajectoire 5D établie en vol.

Le système selon l'invention permet de corréler les positions des points de la trajectoire 5D avec une/des base(s) de données comprise dans le système selon l'invention. Ces dernières données comprennent la description de zones de l'espace, celles-ci définissant des obstacles ou le profil vertical du terrain ou encore des zones météorologiques. On appelle par la suite l'ensemble des modèles de données et les bases de données de description de la topologie, d'obstacles ou météorologiques la base de données environnementales . Les données de cette base comprennent notamment une information de menace potentielle graduée par exemple selon l'altitude des obstacles, la topologie du relief, la densité de précipitations de certaines zones ou encore l'intensité de certains orages localisés. Une indication de danger est définie comme la corrélation d'une 25 position réelle ou extrapolée de l'aéronef avec l'information de menace.

Certaines données de la base de données environnementales dépendent du temps. Notamment les données météorologiques, provenant du modèle numérique météorologique, représentent des points de zones 30 potentiellement dangereuses et les données de prédiction de leurs évolutions dans le temps. Le système selon l'invention est alors capable par construction de la trajectoire 5D et de la prédiction de l'évolution de certaines données dans le temps d'établir pour chacun des points de la trajectoire 5D une évaluation 35 de l'indication de danger. 12 Cette évaluation peut être réalisée au sol dès lors que le plan de vol est défini dans le système de gestion de vol ou en vol lors de l'établissement d'une trajectoire à suivre.

La figure 3A représente un plan de vol 31 comprenant un ensemble de points échantillonnés 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 de la trajectoire 5D. Connaissant le plan de vol, les consignes des temps de passages à chacun des points de la trajectoire et les prédictions de l'évolution des points d'une zone 210 comportant une menace potentielle pour l'aéronef, le système selon l'invention est capable d'établir un sous ensemble de points 204, 205 de la trajectoire 5D dont la position comprendra une indication de danger qui correspond à la présence d'une zone dangereuse interceptant la trajectoire 5D.

Par ailleurs le système selon l'invention permet à partir des profils de trajectoires d'évitement latérale et/ou verticale, décrites dans les figures 1 et 2, d'élaborer les trajectoires d'extrapolations à partir de l'ensemble des points échantillonnées de la trajectoire 5D. Pour chacun des points échantillonnés de la trajectoire 5D, la trajectoire extrapolée est calculée à partir des conditions de passages à chaque point et des performances de l'aéronef. La figure 3B représente une trajectoire 5D dans le plan vertical générée par le système de gestion de vol et une succession de trajectoires extrapolées 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, et 308 telles que décrites en figure 1. Ces trajectoires sont obtenues à partir d'une ressource de traitement de l'aéronef. Le terrain 32 est représenté, ainsi que des obstacles 33, 33', le terrain 32 et les obstacles 33, 33' définissant une enveloppe 34, correspondant à une marge de sécurité, en dessous de laquelle l'indication de danger est maximale, celui-ci correspondant à une collision.

Chacune des trajectoires extrapolées est comparée à la base de données environnementales qui est dans cet exemple la base de données d'obstacles et de terrain. L'enveloppe 34 définie une marge de sécurité qui permet à un 35 aéronef d'entreprendre une manoeuvre corrective d'évitement pendant un 13 temps déterminé. La prédiction des franchissements éventuels de l'enveloppe 34 par l'aéronef consiste à collecter les points des trajectoires extrapolées à partir desquels l'enveloppe 34 est franchie.

Les extrapolations de la trajectoire d'évitement de l'aéronef dépendent des conditions de performances propres à l'aéronef, ces données étant issues d'un modèle de performance du système selon l'invention. En général, les trajectoires d'évitement sont calculées sur une courte durée (par exemple le TAWS calcule les trajectoires extrapolées sur une durée de 2 minutes) à partir de la consigne de temps de passage au point. Le système selon l'invention permet de collecter les points de la trajectoire 5D à partir desquels des alertes seront générées si l'aéronef respecte le plan de vol initial. Le système selon l'invention comprend donc un modèle de performance de l'aéronef, une ou des base(s) de données comprenant les informations topologiques, d'obstacles et météorologiques, le système de gestion de vol délivrant notamment le plan de vol, un calculateur générant la trajectoire 5D à partir du plan de vol et d'un pas d'échantillonnage.

Le système selon l'invention permet d'effectuer, à partir du calculateur de bord un échantillonnage du plan de vol dont le pas peut être ajustable par I 'équipage ou prédéterminé. Un ensemble de trajectoires d'évitement peut être défini dont les origines de chacune des trajectoires sont les points issus de l'échantillonnage de la trajectoire.

Chacune des trajectoires extrapolées est alors calculée à partir de : la position (latitude, longitude et altitude) du point issu de l'échantillonnage de la trajectoire 5D ; - la consigne de vitesse au point issu de l'échantillonnage la 30 trajectoire 5D ; - le temps de passage au point issu de l'échantillonnage la trajectoire 5D ; - le modèle de performances de l'aéronef.

Le système permet ainsi de connaître les positions, c'est à dire les points d'origine des trajectoires extrapolées, auxquelles une alerte sera générée si l'aéronef parcourt la trajectoire 5D.

Dans un cas de réalisation, les points de la trajectoire sélectionnés peuvent être espacés d'une distance correspondant sensiblement à la longueur de la trajectoire extrapolée, c'est à dire la distance parcourue à la vitesse de l'aéronef pendant une durée prédéterminée, par exemple deux minutes pour la trajectoire d'évitement d'obstacles par exemple.

Dans un mode de réalisation, le pas d'échantillonnage de la trajectoire 5D est configurable par l'équipage et peut être défini par une unité de distance ou par une unité de temps.

Le système selon l'invention permet de collecter pour un ensemble de points de la trajectoire 5D, l'ensemble des origines des trajectoires extrapolées pour lesquelles au moins un point se situe en dessous d'une enveloppe 34. II s'agit des trajectoires pour lesquels une alerte serait générée si l'aéronef se situait au point initial d'une trajectoire extrapolée en vol aux conditions de passages prévues.

La connaissance des conditions de passages par l'élaboration de la trajectoire 5D, permet à l'équipage, avant le décollage par exemple, de connaître les points de la trajectoire 5D auxquels une manoeuvre corrective sera nécessaire pour éviter un passage à proximité d'une zone dangereuse. On appelle ces points les points d'engagement d'une manoeuvre corrective.

Dans l'exemple de la figure 3B, les trajectoires extrapolées 303, 304, 305 et 306 comportent des points en dessous de l'enveloppe 34 définissant la marge sécurité. Les points de passage 303, 304, 305, 306 de la trajectoire 5D compris dans la zone 35 sont des points auxquels une alarme sera transmise à l'équipage si le plan de vol est parcouru sans modification. La zone 35 est donc une zone comportant un danger pour la sécurité de l'aéronef, l'origine de la trajectoire verticale extrapolée 303 étant un point d'engagement où l'équipage devra entamer une manoeuvre corrective. 15 Le système selon l'invention permet de collecter l'ensemble des points d'origine issus de l'échantillonnage des trajectoires extrapolées dépassant l'enveloppe 34.

Dans ces conditions, l'équipage peut modifier le plan de vol de manière à anticiper les passages à proximité des zones comportant un danger. Cet avantage permet notamment de ne pas à avoir à effectuer de manoeuvres correctives en vol.

w Dans un mode de réalisation, le système selon l'invention permet de générer des trajectoires latérales d'extrapolation, telles que définies dans la figure 2, de la même manière que les trajectoires verticales, définies dans la figure 1, et de les corréler avec la base de données terrain et obstacles. Dans un autre mode de réalisation, le système selon l'invention 15 est capable de générer des trajectoires latérales et verticales et de les corréler avec la base de données terrain et obstacles.

La figure 4 représente une trajectoire 5D 31, vue de dessus, issue d'un plan de vol prédéfini. Un ensemble de trajectoires latérales extrapolées 20 forment chacune sensiblement un arc de cercle tel que définies dans la figure 2. Ces trajectoires latérales d'évitement extrapolées permettent d'anticiper une manoeuvre corrective afin d'éviter des passages à proximité de zones météorologiques dangereuses. Les trajectoires latérales extrapolées sont calculées à partir de 25 points échantillonnés de la trajectoire 5D. Les zones météorologiques dangereuses sont issues d'une base d'un modèle numérique météorologique embarquées dans l'aéronef. Ce modèle comprend des données météorologiques formant des zones comportant un niveau de menace et elle comprend également des 30 informations relatives à la prédiction de leurs évolutions dans le temps. Des données de description de l'évolution des vents dans la zone de navigation prévue pour l'aéronef sont également stockées dans une base de données de l'aéronef. Ces données sont disponibles au travers de mesures effectuées généralement par au moins un radar ou réceptionnées par des liaisons de 35 communication de données avec le sol, comme les WIMS par exemple. 16 La position d'un aéronef corrélée avec un niveau de menace et la position d'une zone météorologique permet d'établir une indication de danger. Certaines trajectoires 40, 40' ne comportent pas de points situés dans une zone météorologique constituant une menace pour l'aéronef. En revanche, d'autres trajectoires 44, 44', 44" et 42 sont situées dans une zone constituant une menace pour l'aéronef. L'interception d'une trajectoire latérale extrapolée avec une zone constituant une menace définie alors une zone comportant une indication de w danger élevée. Chacune des trajectoires est alors calculée à partir de : - d'une position (latitude, longitude et altitude) d'un point issu de l'échantillonnage de la trajectoire 31. - La consigne de vitesse au point échantillonné ; 15 - Le modèle de performances de l'aéronef ; - Le temps de passage au point issu de l'échantillonnage du plan de vol intégrant l'évolution des données météorologiques dans le temps.

20 Le système selon l'invention permet de collecter les trajectoires extrapolées 44, 44', 44" et 42, de manière à repérer les zones dangereuses pour l'aéronef. Une nouvelle trajectoire 5D peut alors être recalculée à partir d'une modification d'une portion du plan de vol. Cette dernière est calculée 25 de manière à ne pas passer à proximité de zones constituant une menace. Ainsi les alarmes, qui auraient été générées si le plan de vol n'avait pas été modifié, peuvent être évitées lors de la redéfinition d'un nouveau plan de vol.

30 Avantageusement, le pas de l'échantillonnage des points du plan de vol à partir desquels sont calculées les trajectoire latérales extrapolées peut être défini de manière à ce que les trajectoires latérales extrapolées, d'un même coté du plan de vol (coté latéral droit ou coté latéral gauche), soient espacées sensiblement de la distance formée par le diamètre moyen 35 46 de la trajectoire extrapolée 40. 17 L'échantillonnage de la trajectoire 5D comprend un premier ensemble de points à partir desquels sont calculées les trajectoires latérales générées d'un coté du plan de vol et un second ensemble de points à partir desquels sont calculées les trajectoires latérales générées de l'autre coté du plan de vol. Les deux ensembles de points peuvent être disjoints ou peuvent comprendre les mêmes points. Ces deux ensembles de points constituent l'ensemble des origines d'où sont calculées les trajectoires latérales extrapolées d'évitement.

Dans un mode analogue de réalisation, le système selon l'invention permet de générer des trajectoires verticales extrapolées de la même manière que les trajectoires latérales extrapolées et de les corréler avec la base de données météorologiques. Dans un autre mode de réalisation, le système selon l'invention est capable de générer des trajectoires latérales et verticales et de les corréler avec la base de données météorologiques.

20 Le système selon l'invention permet de détecter les points auxquels apparaitraient une alerte permettant à l'équipage de réaliser une manoeuvre corrective engagée au plus tard pour garantir la mise en sécurité de l'aéronef. Par ailleurs, le système selon l'invention permet de détecter 25 l'ensemble des alertes d'anticollision générées sur un plan de vol prédéterminé et leur niveau de danger associé. De même, selon le modèle météorologique, le système permet de détecter l'ensemble des alertes générées sur un plan de vol donné dues aux conditions météorologiques ne permettant pas de satisfaire une sécurité 30 suffisante pour garantir le vol de l'aéronef et leur niveau de danger associé.

Dans ces conditions, avant un vol, lors de l'élaboration, de la réception ou de la vérification du plan de vol par l'équipage, un nouveau plan de vol peut être généré intégrant de nouveaux passages à des points ne se 35 situant pas à proximité de zones dangereuses.15 De la même manière pendant un vol, lors d'une procédure de rejointe d'un plan de vol, le système selon l'invention est capable d'établir de la trajectoire 5D de rejointe et de collecter les points comportant un danger. Le système permet de calculer les positions d'un ensemble de points de la trajectoire 5D et de calculer, pour chacun d'eux, les trajectoires latérales et verticales extrapolées d'évitement de zones dangereuses.

Un avantage du système, tel que décrit dans l'invention, réside dans la capacité à prévenir notamment avant un décollage, dans le cas où ~o l'équipage se prépare à suivre un plan de vol prédéterminé, des points de passages à proximité de zones dangereuses et les points auxquels des alertes seront générées. Un tel système permet de détecter les zones dangereuses très tôt, c'est à dire dès la réception du plan de vol par le contrôle aérien par 15 l'équipage. De ce fait, le système permet d'obtenir un gain de sécurité pour assurer le vol de l'aéronef. Un avantage du système, tel que décrit dans l'invention, réside dans la capacité à garantir, qu'en cas d'absence de détection de point dangereux, le vol se déroulera sans déclenchement d'alerte, la détection des 20 points dangereux étant basée sur la prise en compte des marges et des délais d'anticipation intégrés aux dispositifs de surveillance de type TAWS ou WXR. 25 Dans un autre mode de réalisation pour un fonctionnement du système selon l'invention lorsque l'aéronef est en vol, le système à partir d'une position de l'aéronef est capable de générer la trajectoire issue de la pente instantanée de l'aéronef. La trajectoire linéaire ainsi générée peut être échantillonnée afin de définir une trajectoire 5D, les conditions de passage 30 aux points d'échantillonnage pouvant être calculées à partir de la position d'origine. Dans ce dernier mode de réalisation, des trajectoires latérales extrapolées peuvent être définies à partir des points d'échantillonnage de la trajectoire 5D. La détermination des zones dangereuses par corrélation des 35 trajectoires latérales extrapolées et de la base de données 19 environnementales permet de définir un ensemble de point de la trajectoire linéaire pour lesquels une manoeuvre corrective sera nécessaire. Dans ces conditions, l'équipage peut agir en conséquence pour rétablir un nouveau cap et ré-examiner une nouvelle trajectoire linéaire obtenue à partir d'une nouvelle pente instantanée.

La figure 5 représente la position d'un aéronef 50 et la trajectoire 51 générée à partir de sa pente instantanée à un instant donné. Un premier ensemble de trajectoires latérales extrapolées 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 d'un premier coté sont générées et un second ensemble de trajectoires latérales extrapolées 51', 52', 53', 54', 55', 56', 57', 58' d'un second coté sont générées en fonction d'un pas d'échantillonnage prédéfini. Dans cet exemple, une première trajectoire latérale extrapolée 56' intercepte le relief 32 et une seconde trajectoire latérale extrapolée 58 intercepte également le relief 32, situation correspondant à un passage dans un col par exemple. Le système selon l'invention est alors en mesure de prévenir l'équipage à partir de la corrélation des trajectoires latérales extrapolées et de la base de données du terrain de collecter les points comportant un danger pour l'aéronef si le cap est maintenu. Un avantage d'un tel système dans ce dernier mode de réalisation est de pouvoir prévenir l'équipage pendant un vol, indifféremment d'un suivi de plan de vol, des zones constituant une menace à cap fixé à partir de la construction d'une trajectoire 5D.25

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Système de sécurisation d'un plan de vol pour aéronef comprenant : • un système de gestion de vol délivrant, à partir de consignes d'entrées, une trajectoire planifiée définissant un chemin à suivre par l'aéronef pour relier un point de départ à un point d'arrivée, la trajectoire planifiée comprenant un ensemble de points repérés dans l'espace par au moins une longitude et une latitude, chacun des points comportant des consignes de passages à ces points en vitesse, en altitude et en temps ; • un calculateur avionique disposant de ressources allouées aux différentes fonctions de l'aéronef ; caractérisé en ce que le calculateur échantillonne un ensemble de points de la trajectoire planifiée, le pas d'échantillonnage étant prédéterminé, chacun des points comprenant une position, le cap à suivre, le profil de vitesse au passage de la position et le temps de passage, cet ensemble de points étant appelé trajectoire 5D .

2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ressource de stockage d'un premier ensemble de données de terrain et un second ensemble de données météorologiques dépendantes du temps, les données des deux ensembles comportant des zones de l'espacé constituant une menace potentielle pour l'aéronef et en ce que le calculateur pour chaque point échantillonné de la trajectoire 5D évalue si le point appartient à l'une des zones constituant une menace.

3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un modèle de description de l'évolution des vents dans une zone de navigation déterminée.

4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trajectoire planifiée est une ligne droite générée à partir de la pente instantanée de l'aéronef.30

5. Système selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend : • un modèle de performance de l'aéronef définissant des conditions de vol aux limites selon les capacités propres audit aéronef ; • au moins une ressource de traitement permettant de calculer des trajectoires d'évitement à chacun des points échantillonnés de la trajectoire 5D en fonction des conditions de passages aux points échantillonnés et d'au moins un profil d'évitement établi à partir du modèle de performance de l'aéronef pendant une durée limitée.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profil d'évitement est une trajectoire latérale.

7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profil 15 d'évitement est une trajectoire verticale.

8. Système selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le calculateur collecte les points de l'espace, appelés points d'interférence , correspondant aux interférences entre les points des 20 trajectoires d'évitement générées à partir de chaque point échantillonné de la trajectoire 5D et des zones issues de la base de données constituant une menace.

9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le calculateur 25 collecte l'ensemble des origines des trajectoires d'évitement ayant au moins un point d'interférence, une telle origine est appelée point critique .

10. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les 30 trajectoires d'évitement verticales sont des trajectoires extrapolées d'évitement de terrain et d'obstacles comprenant un premier segment correspondant au temps de réaction, une courbe correspondant au changement de cap de l'aéronef, et un second segment correspondant au à la montée de l'aéronef. 35

11. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les trajectoires d'évitement latérales sont des trajectoires latérales extrapolées d'évitement de zones météorologiques comprenant une menace pour l'aéronef.

12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que les trajectoires latérales extrapolées d'évitement de zones météorologiques forment sensiblement un arc de cercle. 10

13. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le pas d'échantillonnage de la trajectoire 5D est sensiblement égale à la longueur d'une trajectoire verticale d'évitement.

14. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pas de 15 échantillonnage de la trajectoire 5D est sensiblement égale au rayon moyen du cercle comprenant une trajectoire latérale d'évitement.5