FR2924240A1 - Dispositif et procede de pilote automatique avec accrochage instinctif de cible - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne les dispositifs de pilote automatique (28) à bord des aéronefs, et plus particulièrement les aéronefs de type avion de patrouille maritime ou avion de surveillance.L'invention est un dispositif (25) pouvant s'enclencher de manière instinctive, calculant au moins deux modes de trajectoire de vol, le premier étant une trajectoire horizontale circulaire autour d'un point de localisation et le deuxième étant le survol d'un point de localisation selon un cap choisi sur un axe horizontal, et permettant de diriger automatiquement l'aéronef selon ces deux trajectoires.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE DE PILOTE AUTOMATIQUE AVEC ACCROCHAGE INSTINCTIF DE CIBLE Le domaine de l'invention concerne les systèmes de pilote automatique d'aéronef et en particulier, ceux utilisés pour des manoeuvres de missions de sauvetage ou de surveillance. L'invention s'applique particulièrement aux avions de surveillance ou aux patrouilleurs maritimes.
Dans le cadre de missions de surveillance ou de sauvetage, les avions doivent souvent réaliser des trajectoires spécifiques à leur mission. Par exemple, lors d'une mission de sauvetage, l'avion peut avoir à exécuter des survols d'une embarcation de secours dérivant en pleine mer afin de larguer des équipes au plus près de l'embarcation et, lors d'une mission de surveillance, il doit exécuter notamment des trajectoires circulaires afin d'observer la zone. Pour ces deux types de manoeuvre, le pilote a pour mission de piloter l'avion en effectuant des passages au plus près de la cible, que ce soit en altitude de survol et en distance par rapport à la cible. De plus, le pilote doit maintenir une trajectoire régulière tout en observant la zone pour déployer ensuite le plan d'action adapté. Les aéronefs disposent de plusieurs systèmes électroniques d'assistance de vol pour piloter l'avion selon des trajectoires prédéfinies et pour assister le pilote durant le vol. Ils comportent un système de gestion de vol, désigné généralement par FMS selon la dénomination anglo-saxonne Flight Management System , et un dispositif de pilote automatique. Les FMS actuels utilisés dans le cadre de missions SAR ( Search And Rescue selon la terminologie anglo-saxone) par exemple disposent d'interfaces avec les systèmes de pilotage automatique pour définir des trajectoires circulaires mais le pilote doit, pour les utiliser, prédéfinir et programmer les points à survoler. Cette procédure est particulièrement gênante pour le pilote car elle lui ajoute une charge de travail et l'empêche de se concentrer pleinement à la tâche d'observation de la zone. 2
Il existe aussi dans l'art antérieur une demande de brevet WO2007058643A1 décrivant un système destiné aux aéronefs, notamment aux drones de surveillance, et permettant de les contrôler pour qu'ils effectuent automatiquement des trajectoires circulaires selon des paramètres à définir par le pilote. Ce système calcule une trajectoire automatiquement mais requière encore que la personne contrôlant l'aéronef prédéfinisse au moins une position et un rayon de trajectoire. Ce système présente des désavantages. Premièrement, dans le cadre de mission d'observation, les pilotes ne connaissent généralement pas la position exacte de la cible et doivent arriver sur place pour définir la position. II faut donc récupérer les coordonnées de localisation précise et l'enregistrer ensuite dans le système, ce qui nécessite une tâche supplémentaire de la part du pilote. Deuxièmement, les pilotes ont besoin de définir une trajectoire la plus proche de la cible pour se positionner dans les meilleures conditions d'observation.
Or ce rayon dépend de l'enveloppe de vol de l'aéronef, c'est-à-dire les régimes et attitudes de sécurité de l'avion, et de sa vitesse. Selon ces paramètres de vol, le pilote est confronté à des limitations pour définir la valeur du rayon de la trajectoire circulaire. Il ne peut pas en effet entrer dans le système un rayon en dessous d'un certain seuil et cette limitation nécessite de sa part de déterminer une valeur de rayon adaptée à la situation de vol. Malgré le calcul automatique de la trajectoire circulaire, la manoeuvre requière toujours une pré-programmation de la part du pilote, le gênant ainsi dans sa tâche d'observation.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de pilote automatique comportant un premier calculateur de trajectoire de vol, au moins un dispositif de désignation de localisation et une interface d'activation de pilote automatique caractérisé en ce que le calculateur de trajectoire dispose au moins de deux modes de trajectoire de vol, le premier étant une trajectoire circulaire autour d'un point de localisation et le deuxième étant le survol d'un point de localisation, et lorsqu'un des modes est activé, le 3
dispositif de désignation de localisation fournit au calculateur de trajectoire de vol un point de localisation lui permettant de programmer automatiquement dans le dispositif de pilote automatique une trajectoire de vol optimale du mode sélectionné.
Avantageusement, la trajectoire de vol du premier mode est telle que le rayon de la trajectoire reste continuellement minimal en fonction des variations de vitesse de l'aéronef tout en respectant l'enveloppe de vol de l'aéronef. Le pilote est ainsi au plus proche de la zone d'observation sans avoir à prédéfinir un paramètre de la trajectoire. 1 o Avantageusement, la trajectoire de vol du deuxième mode est telle que la fréquence de survol du point est maximale tout en respectant l'enveloppe de vol de l'aéronef. L'avion effectue en continu des survols de la cible en minimisant le temps entre chaque survol. Les points à survoler de ces deux modes de trajectoire sont 15 automatiquement calculés par le dispositif en fonction de l'enveloppe de vol de l'aéronef, et du point prélevé simplement par l'activation du pilote automatique. Ainsi le pilote n'a pas besoin de préparation préalable de trajectoire. L'invention concerne également un procédé de pilote automatique 20 d'un aéronef comportant un système de pilote automatique disposant au moins de deux modes de trajectoire de vol prédéfinie selon un point de localisation, un calculateur de trajectoire de vol et au moins un dispositif de désignation de localisation caractérisé en que lorsque le système de pilote automatique est activé dans un des modes de trajectoire de vol : 25 • Le dispositif de pilote automatique commande l'aéronef afin qu'il effectue une manoeuvre pour rejoindre de façon optimale la trajectoire de vol calculée, le point de localisation étant la position de l'aéronef à l'instant d'activation dudit système de pilote automatique ; • Si le premier mode est sélectionné et tant que le dispositif de pilote 30 automatique est activé, le dispositif de pilote automatique commande l'aéronef afin qu'il suive une trajectoire circulaire autour du point de localisation selon un rayon de cercle calculé par le calculateur de trajectoire cle vol ; • Si le deuxième mode est sélectionné et tant que le dispositif de pilote automatique est activé, le dispositif de pilote automatique commande l'aéronef afin qu'il survole le point de localisation selon un cap et avec une fréquence de survol calculée par le calculateur de trajectoire de vol. L'invention est avantageuse particulièrement pour les avions de surveillance ou pour les patrouilleurs maritimes. Pour enclencher les manoeuvres de survol ou de cerclage d'une cible, le pilote a seulement besoin d'activer le dispositif de pilote automatique selon le mode de trajectoire désiré au moment de son passage au dessus de la cible. Dans un exemple d'interface, le système s'enclenche avec un simple bouton poussoir et le calculateur de trajectoire détermine par la suite la trajectoire à suivre. Il s'agit d'un dispositif permettant de déployer différents modes de trajectoire de vol et de les enclencher de manière instinctive sans aucunes préparations préalables. Par exemple, dans le contexte d'une mission de recherche de naufragés échoués en pleine mer, l'avion est dans une première phase de recherche des personnes. Le pilote n'a généralement aucune indication sur la position exacte des naufragés. Il ne peut donc pas définir préalablement la position autour de laquelle l'avion doit effectuer ses trajectoires de survol ou de cerclage. L'invention est avantageuse car une fois que la cible est à portée visuelle, il suffit au pilote de survoler une première fois la cible, d'enclencher le système de pilote automatique dans un mode au moment où l'avion est au dessus de la cible et celui-ci dirige ensuite automatiquement l'avion selon la trajectoire optimale. Pour la trajectoire circulaire, le rayon est déterminé automatiquement pour être le plus faible et pour la trajectoire en mode de survol, l'avion est dirigé de façon que le temps entre chaque survol soit minimal. Ces caractéristiques dépendent de paramètres de vol comme par exemple l'enveloppe de vol de l'avion, la vitesse de vol et l'altitude de vol.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente le synoptique fonctionnel du dispositif selon 5 l'invention. La figure 2 représente un exemple d'interface d'enclenchement des modes de pilote automatique La figure 3 représente un premier mode de pilote automatique décrivant une trajectoire circulaire autour d'une cible. 1 o La figure 4 représente un deuxième mode de pilote automatique décrivant une trajectoire de survol de cible.
L'invention s'applique aux aéronefs comportant le dispositif selon l'invention réalisant le procédé selon l'invention. Elle est destinée 15 particulièrement aux avions de patrouille ou de surveillance. En effet au cours de leurs missions, ces avions ont souvent à exécuter des trajectoires circulaires autour d'une cible ou des survols de la cible. Généralement ces interventions se cléroulent en conditions météorologiques difficiles : vents forts, mer agitée. En même temps que l'exécution de ces manoeuvres, 20 l'équipage doit observer la zone afin d'évaluer comment intervenir sur la zone. L'invention est un dispositif permettant au pilote de déclencher très rapidement le pilote automatique afin qu'il réalise automatiquement les trajectoires adaptées à la situation. Le dispositif de pilote automatique 28 selon la figure 1 comporte plusieurs calculateurs de trajectoire 25, 26 et 25 envoie des consignes aux systèmes de commande de vol représentés par le bloc 27. Ces calculateurs définissent des trajectoires de vol selon des signaux de commande provenant de l'interface de contrôle 20 et selon des paramètres de vol provenant du système de gestion de vol 29 et de capteurs 22, 23, 24 qui sont respectivement la centrale anémornétrique, le contrôle 30 inertiel et le contrôle altitude. Les signaux de commande provenant de l'interface de contrôle 20 sont le signal d'enclenchement du pilote automatique, le signal du mode sélectionné et le signal du cap choisi pour le mode de trajectoire de survol. La figure 2 représente à titre non limitatif un exemple d'interface de contrôle 30 de l'invention. Le dispositif de pilote automatique 28 est activé au moyen de l'interface de contrôle 30 comportant au rnoins un interrupteur 31 de mode de pilote automatique et un sélecteur de mode de trajectoire. Cette interface 30 est reliée directement au calculateur cle trajectoire 25 si ce calculateur est externe au dispositif de pilote automatique ou est relié au dispositif de pilote automatique 28 si la fonction de calcul est intégrée au 1 o dispositif de pilote automatique. Le bouton poussoir 31 permet d'enclencher le mode de pilote automatique et en même temps de sélectionner le mode. Dans notre exemple, il s'agit d'un bouton poussoir rotatif deux positions permettant de choisir entre le mode de survol de la cible, mode Overfly , et le mode de trajectoire circulaire autour de la cible, mode Circle . Le 15 bouton 33 est un sélecteur de cap en mode Overfly et l'écran 32 est un afficheur du cap de survol en mode Overfly . Cet exemple d'interface simple permet au pilote d'enclencher le pilote automatique d'un simple appui sur le bouton 31 et en même temps en le tournant pour choisir le mode. Dans le mode Overfly , il a juste à sélectionner en plus le cap de survol. 20 Ainsi le pilote est capable d'activer les trajectoires de vol de manière instinctive et peut se consacrer à l'observation de la zone. Une fois le mode enclenché, le dispositif récupérera la localisation du point: grâce à une source de désignation 21. Cette source de désignation 21 peut être un système inertiel et/ou GPS fournissant les coordonnées du point de localisation de 25 l'avion au moment du survol de la cible. Elle peut aussi être un radar donnant la position d'une cible mouvante à faible vitesse et permettant à l'avion d'adapter sa trajectoire en fonction du déplacement de cette cible. Avantageusement, le dispositif de pilote automatique 28 comporte également au moins un deuxième calculateur de trajectoire définissant un 30 troisième mode de trajectoire de vol pouvant être couplé avec les deux premiers modes de trajectoire de vol. Le calculateur 25 calcule les 7
trajectoires des deux modes selon l'invention. Le calculateur 26 réalise un troisième mode de trajectoire. Les calculateurs 25, 26 peuvent être couplés afin de réaliser des combinaisons de trajectoires. Par exemple, ce troisième mode peut être une trajectoire verticale optimale en fonction d'une altitude sélectionnée ou bien un mode de découplage en roulis. Ce troisième mode de trajectoire est défini par le calculateur 26. Plus généralement, l'invention peut se coupler à plusieurs calculateurs de vol afin de bénéficier de modes de trajectoire déjà existants. A titre d'exemple selon la figure 1, ces calculateurs 25 et 26 sont localisés dans le dispositif de pilote automatique 28 mais selon l'architecture matérielle peuvent être localisés dans un bloc électronique séparé ou dans le système de gestion de vol 29. Dans le cas où ces calculateurs 25 et 26 sont situés dans des blocs électroniques séparés ou dans le système de gestion de vol, ils envoient des signaux de commande au dispositif de pilote automatique.
Avantageusement, le dispositif de pilote automatique 28 comporte également un système de resserrement des sécurités de vol. Ce système permet un abaissement significatif de l'altitude de survol en réduisant notamment les limites des commandes de roulis de l'appareil. De cette manière, la plage de manoeuvre de vol est réduite et ainsi diminue le temps de réponse de l'appareil aux consignes du pilote pour rectifier un comportement de l'appareil s'approchant d'une attitude dangereuse. Ce système est utile car, pour des missions de surveillance ou sauvetage, il est intéressant de pouvoir descendre l'appareil à une altitude la plus basse possible.
Le bloc 25 est dédié au calcul des trajectoires selon l'invention. La figure 3 représente un premier mode de trajectoire circulaire 3 d'un avion 1 autour d'un point de localisation 2. Ce mode de trajectoire est utilisé lors d'une mission de surveillance par exemple, l'avion devant alors effectuer une trajectoire circulaire autour du point de localisation afin que l'équipage soit en position d'observer la zone. Dans ce type de situation, l'avion arrive sur la zone, le pilote repère ensuite la cible plus précisément et effectue alors un 8
premier passage au dessus de la cible. A ce moment, le pilote enclenche le dispositif de pilote automatique dans le mode de trajectoire circulaire en appuyant sur l'interrupteur 31. Le calculateur de trajectoire 25 définit ensuite le rayon de la trajectoire en fonction de la position relevée par le système de désignation 21, de la vitesse de vol et de paramètres avion. Le rayon est calculé tel que l'avion effectue un cerclage au plus près de la cible afin que l'équipage puisse observer la zone dans les meilleures conditions. Juste après l'enclenchement du pilotage automatique, l'avion rejoint la trajectoire circulaire 3 et la suit tant que le dispositif de pilote automatique est maintenu activé. Le rayon de trajectoire est continuellement optimisé en fonction des variations de vitesse de l'aéronef. Pour la désactiver, il suffit au pilote d'agir sur l'interrupteur 31. II est possible par exemple de coupler ce mode de trajectoire avec un mode de trajectoire verticale déjà existant dans le dispositif de pilote automatique.
La figure 4 représente le deuxième mode de trajectoire 4 réalisant le survol de la cible selon un cap de 45°. Dans ce mode de trajectoire, le pilote automatique prend en compte le vent de manière à optimiser le survol du point 2. Dans le cas d'une cible dérivant en mer, généralement elle se déplace dans le sens du vent. Le pilote automatique choisi le cap par défaut selon la direction du vent afin que la cible reste aligné sur le cap avion lors de la rejointe. Le cap peut aussi être choisi par le pilote au moyen du bouton 33. L'interface est conçue de manière que la manipulation à réaliser par le pilote soit peu gênante. L'invention peut aussi s'appliquer à des aéronefs de type drone comportant le dispositif selon l'invention et réalisant le procédé selon l'invention. Pour l'appliquer au drone, l'invention doit être connectée à un système de communication permettant l'activation du dispositif de pilote automatique à distance.
Claims (10)
1. Dispositif de pilote automatique (28) comportant un premier calculateur de trajectoire de vol (25), au moins un dispositif de désignation de localisation (21) et une interface d'activation de pilote automatique (30), caractérisé en ce que le calculateur de trajectoire (25) dispose au moins de deux modes de trajectoire de vol (3-4), le premier (3) étant une trajectoire circulaire autour d'un point de localisation (2) et le deuxième (4) étant le survol d'un point de localisation (2), et lorsqu'un des modes est activé, le dispositif de désignation de localisation (21) fournit au calculateur de trajectoire de vol (25) le point de localisation (2) lui permettant de programmer automatiquement dans le dispositif de pilote automatique (28) une trajectoire de vol optimale du mode sélectionné.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trajectoire de vol (3) du premier mode est telle que le rayon de la trajectoire reste continuellement minimal en fonction des variations de vitesse de l'aéronef tout en respectant l'enveloppe de vol de l'aéronef.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trajectoire de vol (4) du deuxième mode est telle que la fréquence de survol du point est maximale tout en respectant l'enveloppe de vol de l'aéronef. 25
4. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de pilote automatique (28) comporte également au moins un deuxième calculateur de trajectoire (26) définissant un troisième mode de trajectoire de vol pouvant être couplé avec les deux premiers 30 modes de trajectoire de vol.20 10
5. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de pilote automatique (28) comporte également un système de resserrement des sécurités de vol.
6. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interface d'activation de pilote automatique (30) comporte au moins un interrupteur de mode de pilote automatique (31) et un sélecteur de mode de trajectoire (31).
7. Procédé de pilote automatique d'un aéronef comportant un dispositif de pilote automatique (28) disposant au moins de deux modes de trajectoire de vol prédéfinie (3-4) selon un point de localisation (2), un calculateur de trajectoire de vol (25) et au moins un dispositif de désignation de localisation (21) caractérisé en que lorsque le système de pilote automatique (28) est activé dans un des modes de trajectoire de vol : • Le dispositif de pilote automatique (28) commande l'aéronef afin qu'il effectue une manoeuvre pour rejoindre de façon optimale la trajectoire de vol calculée, le point de localisation (2) étant la position de l'aéronef à l'instant d'activation dudit système de pilote automatique ; • Si le premier mode (3) est sélectionné et tant que le dispositif de pilote automatique (28) est activé, le dispositif de pilote automatique (28) commande l'aéronef afin qu'il suive une trajectoire circulaire autour du point de localisation (2) selon un rayon de cercle calculé par le calculateur de trajectoire de vol (25) ; • Si le deuxième mode (4) est sélectionné et tant que le dispositif de pilote automatique (28) est activé, le dispositif de pilote automatique (28) commande l'aéronef afin qu'il survole le point de localisation (2) selon un cap et avec une fréquence de survol calculée par le calculateur de trajectoire de vol ;
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de pilote automatique est activé au moyen de l'interface de contrôle (30) selon la revendication 6.
9. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de pilote automatique (28) selon les revendications 1 à 6 réalisant le procédé selon les revendications 7 à 8.
10. Aéronef sans pilote à bord, caractérisé en ce qu'il comporte un i o dispositif de pilote automatique (28) selon les revendications 1 à 6, dont l'interface d'activation du pilote automatique (30) comporte un moyen de communication à distance, réalisant le procédé selon les revendications 7 à 8.
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