FR2939505A1 - Systeme de gestion de vol a optimisation du plan de vol lateral - Google Patents
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Abstract
Système de gestion de vol (100) pour aéronef (200) comprenant des moyens de calcul (106) aptes à déterminer un gain ou une perte en terme de temps de vol restant jusqu'à un point d'arrivée, et de consommation en carburant, consécutivement à la saisie par un opérateur d'une modification d'un plan de vol initial (201) utilisant la fonction Direct To. Les moyens de calcul (106) sont aptes à suggérer à l'opérateur une modification de plan de vol latéral procurant un gain optimal. Le système de gestion de vol (100) comprend en outre une interface d'affichage (502) apte à présenter à l'opérateur l'information du gain ou de la perte en temps et/ou consommation, et à proposer à l'opérateur à valider ou refuser la modification.
Description
SYSTEME DE GESTION DE VOL A OPTIMISATION DU PLAN DE VOL LATERAL La présente invention concerne un système de gestion de vol à optimisation du plan de vol latéral. Elle s'applique au domaine de l'avionique. La plupart des aéronefs actuels possèdent un système de gestion de 10 vol, par exemple du type FMS, selon l'acronyme du terme anglo-saxon "Flight Management System". Ces systèmes permettent une aide à la navigation, par l'affichage d'informations utiles aux pilotes, ou bien par la communication de paramètres de vol à un système de pilotage automatique. Notamment, un système de type FMS permet à un pilote ou à une autre 15 personne qualifiée, de saisir, en pré-vol, un plan de vol défini par un point de départ, un point d'arrivée, et une série de points de cheminement ou waypoints, habituellement désignés par l'abréviation WPT. Tous ces points peuvent être choisis parmi des points prédéfinis dans une base de données de navigation, et qui correspondent à des aéroports, des balises de 20 radionavigation, etc.. Les points peuvent aussi être définis par leurs coordonnées géographiques et leur altitude. La saisie des points de cheminement peut se faire par une interface dédiée, par exemple un clavier ou un écran tactile, ou bien par transfert de données depuis un dispositif externe. D'autres données peuvent être entrées dans le système de gestion 25 de vol, notamment des données relatives au plan de charge de l'aéronef et à la quantité de carburant embarquée. Lorsque l'aéronef est en vol, le système de gestion de vol évalue précisément la position de l'aéronef et l'incertitude de cette donnée, en centralisant les données en provenance des différents dispositifs de positionnement, tels que le récepteur de géo-positionnement 30 par satellite, les dispositifs de radionavigation : par exemple DME, NDB et VOR, la centrale inertielle, etc. Un écran permet aux pilotes de visualiser la position actuelle de l'aéronef, ainsi que la route suivie par celui-ci, et les points de cheminement les plus proches, le tout sur un fond de carte permettant d'afficher simultanément d'autres paramètres de vol et points 35 remarquables. Les informations visualisées permettent notamment aux pilotes d'ajuster des paramètres de vol, tels que le cap, la poussée, l'altitude,5 les taux de montée ou de descente, etc. ou bien simplement de contrôler le bon déroulement du vol si l'aéronef est piloté de manière automatique. Le calculateur du système de gestion de vol permet de déterminer une géométrie de vol optimale, notamment dans le sens d'une réduction des coûts de fonctionnement, liés à la consommation de carburant. II est cependant fréquent que le plan de vol ait à être modifié durant le vol, par exemple suivant des requêtes par les organes de contrôle aérien, ou bien dans le but de contourner un obstacle généré par des conditions météorologiques défavorables, ou simplement dans un objectif d'économie en temps ou bien en consommation de carburant, etc. De tels évènements peuvent appeler des modifications mineures du plan de vol, et par exemple à rejoindre directement un des points de cheminement programmés, sans passer par un ou des points de cheminements intermédiaires initialement programmés. Les modifications du plan de vol peuvent être plus conséquentes, et consister à entrer un nouveau point de cheminement, non prévu initialement. Dans cette dernière situation, il doit être prévu de rejoindre le plan de vol initialement prévu par un point de cheminement ultérieur, ou point de raccordement.
Les systèmes de gestion de vol actuels permettent aux pilotes de saisir des modifications telles que l'ajout d'un point de cheminement non programmé initialement, ou bien par exemple l'entrée d'un des points de cheminement programmé à atteindre directement depuis la position actuelle. Cette fonctionnalité est connue sous le nom de DIRTO, ainsi que décrite dans la norme ARINC 702, Advanced Flight Management Computer System, de décembre 1996. Le calculateur du FMS se charge ensuite de recalculer les paramètres de vol optimaux en fonction du nouveau plan de vol résultant de la modification. Cependant, dans le cadre de telles modifications, il revient aux pilotes d'en apprécier le bien-fondé sur la base des données de vent connues pour la route initialement envisagée. Il est notamment impossible pour les pilotes d'estimer la fiabilité des données prédictives calculées par le système de gestion de vol pour la nouvelle trajectoire résultant des modifications saisies. Il existe même des situations où une modification envisagée par exemple dans le but d'une réduction de consommation de carburant ou de temps de vol, s'avère en pratique produire des résultats contraires aux résultats escomptés. Cela peut être dû à des conditions météorologiques différentes sur la route telle que modifiée, avec par exemple des vents de face réduisant fortement la vitesse sol de l'aéronef.
Un but de la présente invention est de proposer un système embarqué de gestion de vol dont le calculateur permette de prendre en considération les données météorologiques dans un espace environnant l'aéronef, et circonscrit aux routes potentielles de celui-ci, pour le calcul du gain ou de la perte engendré par la nouvelle trajectoire, en termes de temps de vol et de consommation de carburant. Les données prédictives peuvent être visualisées par le pilote, le rendant apte à prendre des décisions avec une appréciation plus fiable de leur impact. Un autre avantage de l'invention est de fournir, dans les situations où la modification à rejoindre directement un des points de cheminement initialement envisagés, la suggestion du point de cheminement présentant le meilleur gain en termes de temps de vol et / ou de consommation de carburant. Un autre avantage de l'invention est de fournir, dans les situations où la modification du plan de vol consiste à entrer un point ne figurant pas parmi les points de cheminement initialement envisagés, la suggestion d'un point de raccordement choisi dans des conditions particulières parmi les points de cheminement initialement désignés, de manière à conduire à un gain optimal en termes de temps de vol et / ou consommation de carburant.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de gestion de vol, comprenant une interface de saisie de données et une interface d'affichage, des moyens de stockage de données, des moyens d'évaluation de la position de l'aéronef, des moyens de calcul, l'interface de saisie de données permettant à un opérateur de saisir un plan de vol initial en entrant les coordonnées d'un point de départ, d'un point d'arrivée et d'une pluralité de points de cheminement, et de saisir une modification du plan de vol initial résultant en un plan de vol modifié, caractérisé en ce que :
• les moyens de calcul sont aptes à déterminer des trajectoires de vol correspondant au plan de vol initial et au plan de vol modifié, les temps de vol et la consommation de carburant, depuis la position courante de l'aéronef jusqu'au point d'arrivée, via les trajectoires du plan de vol initial et du plan de vol modifié, • les moyens de stockage de données sont aptes à contenir des données de vent, et les moyens de calcul sont aptes à déterminer une différence entre les temps de vol et consommation de carburant jusqu'au point d'arrivée suivant la trajectoire du plan de vol initial et les temps de vol et consommation de carburant suivant la trajectoire du plan de vol modifié, en calculant un vent effectif local prenant en considération les données de vent dans la zone spatiale circonscrivant au moins les trajectoires du plan de vol initial et du plan de vol modifié, l'interface d'affichage est apte à présenter à l'opérateur ladite différence entre les temps de vol et consommation de carburant jusqu'au point d'arrivée suivant la trajectoire du plan de vol initial et les temps de vol et consommation de carburant suivant la trajectoire du plan de vol modifié.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que l'interface d'affichage est apte à présenter, consécutivement à la saisie d'une modification du plan de vol initial, un affichage intermédiaire comprenant l'information de la différence entre les temps de vol et consommation de carburant jusqu'au point d'arrivée suivant la trajectoire du plan de vol initial et les temps de vol et consommation de carburant suivant la trajectoire du plan de vol modifié, l'interface de saisie de données permettant à l'opérateur de valider ou refuser la modification du plan de vol initial.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que la modification du plan de vol initial consiste à entrer un point de cheminement parmi les points de cheminements du plan de vol initial, destiné à être rejoint directement par l'aéronef depuis sa position actuelle.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que la modification du plan de vol initial consiste à entrer un point de cheminement ne figurant pas parmi les points de cheminement du plan de vol initial, et destiné à être rejoint directement par l'aéronef depuis sa position actuelle, et à entrer un point de raccordement au plan de vol initial, figurant parmi les points de cheminement du plan de vol initial.
io Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aptes à déterminer tous les points de cheminement du plan de vol initial dans un rayon prédéterminé autour de la position actuelle de l'aéronef, et à déterminer lequel de ces points est le mieux approprié pour constituer un point de 15 cheminement à rejoindre directement en fonction de critères prédéterminés, l'interface d'affichage étant en outre apte à présenter dans ledit affichage intermédiaire l'information du point de cheminement ainsi déterminé.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de 20 vol est caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aptes à déterminer tous les points de cheminement du plan de vol initial dans un rayon prédéterminé autour de la position actuelle de l'aéronef, et à déterminer lequel de ces points est le mieux approprié pour constituer un point de raccordement au plan de vol initial en fonction de critères prédéterminés, 25 l'interface d'affichage étant en outre apte à présenter dans ledit affichage intermédiaire l'information du point de raccordement ainsi déterminé.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut est caractérisé en ce que les critères déterminés sont 30 définis par le meilleur gain en termes de temps de vol de l'aéronef restant jusqu'au point d'arrivée.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que les critères déterminés sont définis par le meilleur gain en terme de consommation de carburant de l'aéronef jusqu'au point d'arrivée.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que les critères déterminés sont définis par un indice prédéterminé représentatif du meilleur gain en termes de temps de vol de l'aéronef restant jusqu'au point d'arrivée et du meilleur gain en termes de consommation de carburant de l'aéronef jusqu'au point d'arrivée.
~o Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut est caractérisé en ce que les données de vents comportent un ensemble de grilles de vents bidimensionnelles de différentes altitudes avec une résolution en altitude déterminée, la grille de vents bidimensionnelle comprenant des vecteurs de vent associés à des cases 15 bidimensionnelles délimitées par des lignes définies par des fractions déterminées de degrés de latitude et de longitude.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol est caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aptes à reconstruire 20 une grille de vents tridimensionnelle à partir de plusieurs grilles de vents bidimensionnelles, une case tridimensionnelle de la grille tridimensionnelle étant constitué par le parallélépipède défini par la projection verticale d'une case bidimensionnelle de la grille dimensionnelle du niveau d'altitude supérieur sur le niveau immédiatement inférieur. 25 Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut est caractérisé en ce que le vecteur vent est identique en tout point d'une case tridimensionnelle de la grille tridimensionnelle, au vecteur vent de la case bidimensionnelle de la grille bidimensionnelle du 30 niveau d'altitude supérieur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut est caractérisé en ce que le vecteur vent est identique en tout point d'une case tridimensionnelle de la grille tridimensionnelle, au
7 vecteur vent de la case bidimensionnelle de la grille bidimensionnelle du niveau d'altitude inférieur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut est caractérisé en ce que le vecteur vent en un point d'une altitude donnée d'une case tridimensionnelle de la grille tridimensionnelle, est déterminé par les moyens de calcul par une méthode d'interpolation linéaire en fonction des vecteurs vents de la case bidimensionnelle de la grille bidimensionnelle du niveau d'altitude supérieur et de la case bidimensionnelle de la grille bidimensionnelle du niveau d'altitude inférieur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut est caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aptes à prendre en considération toutes les cases tridimensionnelles ou bidimensionnelles traversées par les trajectoires de l'aéronef suivant le plan de vol initial et le plan de vol modifié.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de gestion de vol décrit plus haut, comprend en outre un système de communication, caractérisé en ce que les données de vent peuvent être mises à jour périodiquement par des données communiquées via le système de communication.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, donnée à titre d'exemple, faite en regard des dessins annexés qui représentent :
la figure 1, par un synoptique, la structure d'un système de 30 gestion de vol de type FMS, connu de l'état de la technique,
la figure 2, en vue de dessus, le profil latéral de vol d'un aéronef, selon le plan de vol programmé, et selon des plans de vol alternatifs, 35 la figure 3, un exemple de l'affichage présenté au pilote dans le cas d'une modification du plan de vol, où il est envisagé de rejoindre directement un point de cheminement parmi les points de cheminement prévus initialement, la figure 4, un exemple de l'affichage présenté au pilote dans le cas d'une modification du plan de vol, où il est envisagé de rejoindre un point de cheminement qui n'était pas prévu dans le plan de vol initial, 10 la figure 5, un exemple de l'affichage présenté au pilote dans le cas d'une modification du plan de vol selon la suggestion du choix d'un point de cheminement préférentiel,
15 la figure 6, la représentation d'une grille de vents bidimensionnelle,
la figure 7, en vue de dessus, une représentation vectorielle du calcul du vent effectif en fonction du vent grille sur la zone considérée, et de la trajectoire de l'aéronef,
la figure 8, la représentation en perspective isométrique, respectivement d'un aperçu de deux grilles de vents bidimensionnelles relatives à deux niveaux de vol, et d'un aperçu d'une grille de vents tridimensionnelle reconstruite par projections de grilles de vents bidimensionnelles, et
la figure 9, par un synoptique, la structure d'un système de gestion de vol de type FMS, intégrant un système de grille de vents selon l'invention.
La figure 1 représente, par un synoptique, la structure d'un système embarqué de gestion de vol de type FMS, connu de l'état de la 35 technique. Un système de type SMS 100 dispose d'une interface homme- 20 25 30 machine 120 comprenant par exemple un clavier et un écran d'affichage, ou bien simplement un écran d'affichage tactile, ainsi qu'au moins les fonctions suivantes, décrites dans la norme ARINC 702 précitée : • Navigation (LOCNAV) 101, pour effectuer la localisation optimale de l'aéronef en fonction des moyens de géo-localisation 130 tels que le géo-positionnement par satellite ou GPS, GALILEO, les balises de radionavigation VHF, les centrales inertielles. Ce module communique avec les dispositifs de géo-localisation précités ; ~o • Plan de vol (FPLN) 102, pour saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre, tels que les points imposés par les procédures de départ et d'arrivée, les points de cheminement ou waypoints selon la dénomination anglo-saxonne, les couloirs aériens ou airways selon la dénomination anglo-saxonne ; 15 • Base de données de navigation (NAVDB) 103, pour construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases relatives aux points, balises, legs d'interception ou d'altitude... ; • Base de données de performance, (PRFDB) 104, contenant les 20 paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil ; • Trajectoire latérale (TRAJ) 105, pour construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement (RNP) ; • Prédictions (PRED) 106, pour construire un profil vertical optimisé sur 25 la trajectoire latérale et verticale. Les fonctions faisant l'objet de la présente invention affectent cette partie du calculateur ; • Guidage (GUID) 107, pour guider dans les plans latéraux et verticaux l'aéronef sur sa trajectoire tridimensionnelle, tout en optimisant sa vitesse. Dans un aéronef équipé d'un dispositif de pilotage 30 automatique 110, ce dernier peut échanger des informations avec le module de guidage 107 ; • Liaison de données numériques (DATALINK) 108 pour communiquer avec les centres de contrôle et les autres aéronefs 109. La figure 2 représente, en vue de dessus, le profil latéral de vol d'un aéronef 200, selon un plan de vol initial 201, et selon un premier plan de vol 202 modifié par la saisie d'un point de cheminement ultérieur 210 à atteindre directement, et selon un second plan de vol 203 modifié par la saisie d'un point 220 ne figurant pas parmi les points de cheminement initialement envisagés. De telles modifications du plan de vol initial 201 sont communément nommées par l'homme du métier selon la dénomination DIRECT TO ou DIRTO. Dans l'exemple présenté sur la figure, le plan de vol initial 201 est rejoint , après le passage de l'aéronef 200 sur le point 220, en un point de raccordement qui coïncide avec le point de cheminement ultérieur 210 à atteindre selon le premier plan de vol modifié 202. Des vents sont représentés par des lignes de vent 230, et par des flèches représentatives des vecteurs de vent le long des trajectoires correspondant au plan de vol initial 201 et au premier plan de vol modifié 202. Dans cet exemple, il apparaît qu'une modification du plan de vol initial 201 selon le premier plan de vol modifié 202, c'est-à-dire par une rejointe directe d'un des points de cheminements envisagés initialement, peut s'éloigner de manière significative de la trajectoire définie par le plan de vol initial 201. Dans un tel contexte, les vents soufflant le long de la trajectoire modifiée peuvent différer radicalement des vents soufflant le long de la trajectoire initiale. Ainsi, si la modification a par exemple pour but de produire une économie en termes de temps de vol restant et de consommation de carburant, et même si elle a pour conséquence de raccourcir le plan de vol en termes de distance au sol, elle peut paradoxalement s'avérer produire des résultats contraires en pratique, à cause de vents contraires le long de la trajectoire modifiée, alors que des vents de travers soufflent le long de la trajectoire initiale. Dans l'exemple de la figure, une modification du plan de vol initial 201 par la saisie du nouveau point de cheminement 220, et un raccordement au plan de vol initial 201 par le point 210, promet en revanche de produire un gain significatif en termes de temps de vol et de consommation de carburant, si par exemple des vents plus faibles ou bien des vents favorables sont présents le long de la trajectoire 203 résultant d'une telle modification ; notons que pour des raisons de clarté, aucune flèche de vent n'a été représentée sur la figure, le long de la trajectoire 203.
La figure 3 représente un exemple 300 des affichages présentés au pilote et au copilote dans le cas d'une modification du plan de vol, où il est envisagé de rejoindre directement un point de cheminement parmi les points de cheminement prévus initialement. Un premier affichage 301 est consécutif à l'appel de la fonction DIRTO par le pilote ou le copilote. L'appel de la fonction DIRTO est réalisé via une interface de saisie de données non représentée sur la figure, et permet par exemple au pilote ou au copilote de choisir un des points de cheminement définis dans le plan de vol initial, pour une rejointe directe depuis la position actuelle de l'aéronef ou depuis le point de cheminement suivant. Notons que les exemples d'affichage présentés dans cette figure et dans les figures suivantes, sont des illustrations basées sur des systèmes de gestion de vol de type FMS CDU, acronyme de la dénomination anglo-saxonne Control and Display Unit à touches. Pour des avioniques interactives et les FMS de nouvelle génération, les concepts s'appliquent avec des menus à sélection avec curseur, à la place d'invites de commande ou "prompts" sélectionnables par boutons. Dans l'exemple de la figure, le pilote sélectionne le point de cheminement WPT 4. Le calculateur du FMS, non représenté sur la figure, ou éventuellement un calculateur externe au FMS mais communiquant avec ce dernier, évalue la différence entre le temps de vol restant en suivant le plan de vol initial, et le temps de vol restant en suivant le plan de vol résultant de la modification envisagée. De la même manière, le calculateur évalue la différence entre la consommation de carburant jusqu'à la destination, selon le plan de vol initial et selon le plan de vol résultant de la modification envisagée. Un affichage intermédiaire 302 permet au pilote ou au copilote de visualiser les différences Atime et Afuel ainsi calculées, en termes de temps de vol restant et de consommation de carburant jusqu'à la destination, respectivement. Ainsi le pilote ou le copilote est aidé dans son choix, et peut alors valider la modification, ou bien en envisager une autre et revenir à l'affichage précédent. Dans l'exemple de la figure, la modification envisagée génère un rallongement de 13 minutes et 55 secondes en terme de temps de vol prévu jusqu'à destination, et une perte de 2300 kilogrammes de carburant par rapport à la consommation de carburant résultant du plan de vol initial. Le FMS selon l'invention présente un avantage sur les FMS connus de l'état de la technique, avec lesquels le pilote doit quitter l'affichage DIRTO pour un affichage de plan de vol FPLN lui permettant de ne visualiser que les temps de vol restant et la consommation de carburant jusqu'à destination (ou la quantité de carburant restant à l'arrivée). II doit ensuite se rappeler les temps de vol et la consommation de carburant jusqu'à destination relatifs au plan de vol initial, et procéder à un calcul mental pour apprécier le bien-fondé de sa manoeuvre.
La figure 4 représente un exemple 400 des affichages présentés au pilote et au copilote dans le cas d'une modification du plan de vol, où il est envisagé de rejoindre un point de cheminement ne figurant pas parmi les points de cheminement prévus initialement. Un premier affichage 401 est consécutif à l'appel de la fonction DIRTO par le pilote ou le copilote. Dans cet exemple, un point de cheminement "POINT" n'appartenant pas à l'ensemble des points constituant le plan de vol initial, est défini. Le pilote est invité à choisir manuellement un point de raccordement au plan de vol inital. Dans l'exemple de la figure, c'est le point WPT 4 qui est choisi. Un second affichage 402 permet au pilote de visualiser les points de cheminement successifs selon le plan de vol résultant de la modification envisagée. Dans cet exemple, le pilote peut visualiser que les points de cheminement WPT 4 et suivants sont consécutifs au nouveau point de cheminement POINT. Un troisième affichage 403 permet au pilote d'apprécier le bien- fondé de la modification de plan de vol envisagée en termes d'écarts de temps et de consommation de carburant. Le calculateur, non représenté sur la figure, évalue la différence entre le temps de vol restant en suivant le plan de vol initial, et le temps de vol restant en suivant le plan de vol résultant de la modification envisagée. De la même manière, le calculateur évalue la différence entre la consommation de carburant jusqu'à la destination, selon le plan de vol initial et selon le plan de vol résultant de la modification envisagée. Avantageusement, le troisième affichage 403 est un affichage intermédiaire permettant au pilote ou au copilote de visualiser les différences ainsi calculées en termes de temps de vol restant et de consommation de carburant jusqu'à la destination, Atime et Afuel. Le pilote ou le copilote peut alors valider la modification, ou bien en envisager une autre et revenir à l'affichage précédent. Dans l'exemple de la figure, la modification envisagée procure un gain de 8 minutes et 30 secondes en termes de temps de vol prévu jusqu'à destination, et un gain de 400 kilogrammes de carburant par rapport à la consommation de carburant résultant du plan de vol initial.
La figure 5 représente un exemple 500 des affichages présentés to au pilote et au copilote dans le cas d'une modification du plan de vol, où il est envisagé de rejoindre directement un point de cheminement parmi les points de cheminement prévus initialement. Un premier affichage 501 est consécutif à l'appel de la fonction D I RTO. 15 Un second affichage 502 présente un affichage du plan de vol résultant de la modification envisagée, avec la suggestion d'un point de cheminement optimal à rejoindre directement. Dans cet exemple, le pilote ignore quel est le point de cheminement qu'il cherche à rejoindre directement, et souhaite connaître le point de cheminement qui lui apportera 20 le meilleur gain en termes de temps de vol restant et de consommation de carburant jusqu'à destination. A cette fin, il est invité par le premier affichage 501 à appeler une fonction d'optimisation de trajectoire latérale ou OPTIMUM LATERAL. L'appel de cette fonction commande au calculateur d'effectuer les calculs de différences en termes de temps restant et de 25 consommation de carburant, entre le plan de vol initial et des plans de vol modifiés selon différentes hypothèses. Chaque hypothèse correspond à un cheminement direct vers chacun des points de cheminement ultérieurs désignés dans le plan de vol initial. Avantageusement et dans un souci d'allègement de la charge de travail du calculateur, il peut être prévu de 30 n'effectuer les calculs que pour les points répondant à des critères déterminés, par exemple les points de cheminement appartenant au plan de vol initial, se situant dans un rayon maximum (par exemple de moins de 500 milles nautiques), et n'appartenant pas à l'ensemble des points imposés par l'approche finale (par exemple, tous les points au-delà du point de 35 localisation d'approche finale, ou Final Approach Fix FAF). Ensuite, le calculateur sélectionne le point de cheminement qui fournit le meilleur gain en termes de temps de vol restant et de consommation de carburant, si bien sûr il existe un point de cheminement qui procure un tel gain. Avantageusement il peut être prévu des moyens pour programmer le FMS de manière à favoriser des gains exclusivement en terme de temps de vol restant, ou bien exclusivement en terme de consommation de carburant, ou bien en terme d'un indice composite à la fois fonction du gain en temps et du gain en consommation de carburant. Un troisième affichage 503 présente le point suggéré et les gains ~o correspondants, Atime et Atuei. A ce stade, le pilote est invité à valider la modification proposée ou bien de revenir à un affichage précédent. Dans l'exemple de la figure, le point de cheminement WPT 6 est suggéré, et procure un gain de 13 minutes et 55 secondes en terme de temps de vol prévu jusqu'à destination, et un gain de 2300 kilogrammes de carburant par 15 rapport à la consommation de carburant résultant du plan de vol initial.
Avantageusement, il peut être prévu une fonction similaire d'optimisation, dans les situations où un point de cheminement est saisi, ne figurant pas parmi les points de cheminement prévus dans le plan de vol 20 initial. Dans cette situation, la fonction est apte à présenter au pilote et au copilote une suggestion du point de raccordement optimal, d'une manière comparable à la fonction d'optimisation décrite plus haut.
La figure 6 représente une grille de vents bidimensionnelle 600. La 25 grille de vents 600 comprend des cases délimitées par des lignes horizontales correspondant à des latitudes, et des grilles verticales correspondant à des longitudes. Dans l'exemple de la figure, les lignes sont définies par des nombres entiers de degrés de latitude et de longitude, procurant ainsi une résolution de 1 °. II est bien entendu qu'une échelle 30 différente peut être considérée, et que des grilles de définition moindre ou plus grossière peuvent exister. Chacune des cases contient la donnée d'un vecteur de vent, défini par la direction du vent et sa vitesse. Plusieurs grilles de vents peuvent être associées à autant de niveaux d'altitude ou niveaux de vol, et à des valeurs de température. La couverture des grilles de vents peut 35 être définie de manière à couvrir toutes les trajectoires raisonnablement envisageables de l'aéronef entre son point de départ et son point d'arrivée. Dans l'exemple de la figure, il peut être considéré, au niveau de vol et à la température correspondant à la grille, que le vent soufflant dans la zone définie par la case délimitée par les longitudes N006° et N007°, et les latitudes N45° et N46°, a une direction de 155° et une vitesse de 35 noeuds. Les données de vent grille, ou Grid Wind selon la dénomination anglo-saxonne, sont fournies par un service météorologique et stockées avant le vol dans la mémoire du FMS ou bien dans la mémoire d'un dispositif embarqué communiquant avec le FMS. Avantageusement, les données de vent grille sont communiquées et régulièrement mises à jour pendant le vol, via un système de communication de données de type Datalink. Le calculateur du FMS ou d'un dispositif externe communiquant avec le FMS, prend en compte, pour les calculs d'estimation de temps restant et de consommation de carburant, les valeurs du vecteur vent le long de la trajectoire de l'aéronef envisagée. Afin de tenir compte de l'altitude vol, les données de la grille de vents dont le niveau est le plus proche de l'altitude de l'aéronef peuvent être considérées. Avantageusement une grille de vents tridimensionnelle peut être reconstruite sur la base de plusieurs grilles de vents bidimensionnelles. Des méthodes de reconstruction données à titre d'exemple, sont décrites en référence à la figure 8. Ou encore, une grille de vents tridimensionnelle peut être directement fournie par un service météorologique. Ainsi, en tout point de l'espace, la donnée de vent peut être utilisée pour les calculs.
La figure 7 présente, en vue de dessus, une représentation vectorielle 700 du calcul du vent effectif VE en fonction d'un vent grille référencé par rapport au Nord magnétique VG sur la zone considérée, et de la trajectoire de l'aéronef 200 entre sa position actuelle et le point de cheminement suivant, ou WPT cible, non représenté sur la figure. Un vent grille donné étant référencé par rapport au Nord vrai, sa direction est convertie de manière à être référencée par rapport au Nord magnétique, ainsi tous les éléments de la figure sont-ils référencés par rapport au Nord magnétique ; la direction du vent par rapport au nord magnétique est connue en soustrayant la déclinaison magnétique de la direction du vent par rapport au Nord vrai.
Le calculateur du FMS, ou bien un calculateur d'un dispositif externe pouvant communiquer avec le FMS, non représenté sur la figure, considère la trajectoire entre l'aéronef 200 et le WPT cible pour la fonction DIRTO ou OPTIMUM DIRECT TO et les vents de grille rencontrés sur la trajectoire pour chaque case de grille de vents traversée. Ensuite le vent effectif VE est déterminé par projection du vent grille 1 G le long de la trajectoire de l'aéronef 200, la norme du vecteur de vent effectif VE étant égale en valeur absolue à : IIVEI I V~ *cosa io a étant l'angle défini par la trajectoire de l'aéronef 200 et le vent grille V, référencé par rapport au Nord magnétique. Lorsque le vent effectif est obtenu pour chaque grille de la trajectoire directe depuis l'aéronef 200 jusqu'au WPT cible, le FMS calcule le temps de vol à la vitesse air fixée (Mach, CAS) entre sa position courante et 15 le point cible. Il déduit la différence en terme de temps de vol ou Delta temps, et au régime de consommation envisagé, la différence en terme de consommation de carburant ou Delta Fuel, par comparaison avec la trajectoire correspondant au plan de vol initialement envisagé. Avantageusement, la fonction et les calculs associés sont mis à 20 jour en temps réel sur le plan de vol temporaire au fur et à mesure que l'avion se déplace, tant que l'activation de la fonction n'est pas confirmée. Une fois la fonction activée, le FMS peut utiliser le vent actuel mesuré et le vent grille, effectuant un mélange ou blend selon la dénomination anglo-saxonne, pour mettre à jour les prédictions le long du 25 nouveau plan de vol construit. Il est à noter que détermination du vent effectif peut s'effectuer en calculant dans le référentiel magnétique ou dans le référentiel vrai, l'essentiel étant qu'il y ait consistance entre toutes les orientations qui doivent être définies dans un même référentiel. 30 La figure 8 présente une vue en perspective isométrique illustrant l'aperçu 800 de deux grilles de vents bidimensionnelles 801 et 802 pour deux niveaux de vol superposés, ainsi que d'une grille tridimensionnelle reconstruite sur la base des deux grilles bidimensionnelles 801 et 802. Dans cet exemple, contrairement aux exemples décrits précédemment, l'aéronef 200 suit une trajectoire descendante passant par le niveau de vol FL250 et par le niveau de vol FL200. Il est donc nécessaire que le calculateur du FMS, ou d'un dispositif externe communiquant avec le FMS, non représenté sur la figure, puisse déterminer le vent effectif en tout point de la trajectoire de l'aéronef 200. A cet effet, le calculateur peut procéder suivant différentes méthodes décrites ci-après, sur la base de l'exemple illustré par la figure. Dans un mode de réalisation de l'invention, le calculateur détermine le vent effectif sur la base du vent correspondant à une première case 803 de la grille bidimensionnelle traversée au niveau de vol FL250, soit un vent suivant la direction 135° par rapport au Nord vrai, avec une vitesse de 56 noeuds. Le long de la trajectoire, le calculateur fonde ses calculs de vent effectif sur la base unique de ce vent, jusqu'à ce que la trajectoire passe par une case bidimensionnelle d'une grille bidimensionnelle d'un niveau de vol immédiatement inférieur pour lequel une grille de vents est disponible. Ici, le vent suivant la direction 120 ° par rapport au Nord vrai, avec une vitesse de 43 noeuds, est considéré pour tous les points de la trajectoire de l'aéronef 200, depuis le niveau de vol FL 200 et en-dessous, etc. Avantageusement, le calculateur procède à une interpolation linéaire, de manière à déterminer un vent, entre les niveaux de vol FL250 et FL200 dans l'exemple de la figure, qui varie en fonction de l'altitude. Par exemple, le vent suivant la trajectoire, au niveau de vol FL225, est considéré comme soufflant suivant une direction de 127,5°, avec une vitesse de 49 noeuds.
Avantageusement, le calculateur procède à la reconstruction d'une grille tridimensionnelle sur la base des grilles de vents bidimensionnelles disponibles. Dans l'exemple de la figure, des cases tridimensionnelles 810, 811 et 812 sont reconstruites sur la base des cases bidimensionnelles 803 et 804 de la grille bidimensionnelle 801 correspondant au niveau de vol FL250, et de la case 805 de la grille bidimensionnelle 802 correspondant au niveau de vol FL200. Ainsi, la trajectoire de l'aéronef 200 traverse la case 810, où le calculateur fonde ses calculs sur le vent suivant la direction 135° par rapport au Nord vrai, avec une vitesse de 56 noeuds, jusqu'à ce que la trajectoire de l'aéronef 200 traverse la case 811, où le calculateur fonde ses calculs sur le vent suivant la direction 140° par rapport au Nord vrai, avec une vitesse de 60 noeuds, jusqu'à ce que la trajectoire de l'aéronef 200 atteigne la case tridimensionnelle 812, dans laquelle le calculateur fonde ses calculs sur le vent suivant la direction 120° par rapport au Nord vrai, avec une vitesse de 43 noeuds.
Avantageusement encore, le vent au sein d'une case tridimensionnelle ainsi reconstruite est défini par une loi d'interpolation linéaire en fonction de l'altitude. Dans l'exemple, pour un point suivant la trajectoire de l'aéronef, situé dans la case tridimensionnelle 811 au niveau de vol FL225, le calculateur fonde ses calculs sur le vent suivant la direction 130° par rapport au Nord vrai, avec une vitesse de 51,5 noeuds.
La figure 9 représente, par un synoptique, la structure d'un système de gestion de vol de type FMS 100, intégrant un système de grille de vents 901 selon l'invention. La structure de base d'un FMS connu de l'état de la technique, tel que représenté sur la figure 1, est commune à la structure de FMS 100 selon l'invention. Le module de prédictions du FMS 100, ou PRED 106, communique avec un module de grilles de vents 901. Il est rappelé que les grilles de vents peuvent être stockées dans un module extérieur au FMS, ou bien au sein du FMS. Avantageusement, les grilles de vent sont communiquées et régulièrement mises à jour pendant le vol par un service météorologique, via un module de communication de données de type Datalink 108.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1- Système de gestion de vol pour aéronef (100) comprenant une interface de saisie de données et une interface d'affichage (120), des moyens de stockage de données, des moyens d'évaluation de la position (130) de l'aéronef (200), des moyens de calcul (106), l'interface de saisie de données permettant à un opérateur de saisir un plan de vol initial (201) en entrant les coordonnées d'un point de départ, d'un point d'arrivée et d'une pluralité de points de ~o cheminement, et de saisir une modification du plan de vol initial (201) résultant en un plan de vol modifié (202, 203), caractérisé en ce que : • les moyens de calcul (106) sont aptes à déterminer des trajectoires de vol correspondant au plan de vol initial (201) et 15 au plan de vol modifié (202, 203), les temps de vol et la consommation de carburant, depuis la position courante de l'aéronef (200) jusqu'au point d'arrivée, via les trajectoires du plan de vol initial (201) et du plan de vol modifié (202, 203), 20 • les moyens de stockage de données sont aptes à contenir des données de vent, et les moyens de calcul (106) sont aptes à déterminer une différence entre les temps de vol et consommation de carburant jusqu'au point d'arrivée suivant la trajectoire du plan de vol initial (201) et les temps de vol et 25 consommation de carburant suivant la trajectoire du plan de vol modifié (202, 203), en calculant un vent effectif local (VE ) prenant en considération les données de vent dans la zone spatiale circonscrivant au moins les trajectoires du plan de vol initial (201) et du plan de vol modifié (202, 203), 30 • l'interface d'affichage (120) est apte à présenter à l'opérateur ladite différence entre les temps de vol et consommation de carburant jusqu'au point d'arrivée suivant la trajectoire du plan de vol initial (201) et les temps de vol et consommation decarburant suivant la trajectoire du plan de vol modifié (202, 203).
- 2- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface d'affichage (120) est apte à présenter, consécutivement à la saisie d'une modification du plan de vol initial, un affichage intermédiaire (503) comprenant l'information de la différence entre les temps de vol et consommation de carburant jusqu'au point d'arrivée suivant la trajectoire du plan de vol initial (201) et les temps de vol et consommation de carburant suivant la trajectoire du plan de vol modifié (202, 203), l'interface de saisie de données (120) permettant à l'opérateur de valider ou refuser la modification du plan de vol initial (201).
- 3- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification du plan de vol initial (201) consiste à entrer un point de cheminement (210) parmi les points de cheminements du plan de vol initial (201), destiné à être rejoint directement par l'aéronef (200) depuis sa position actuelle.
- 4- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification du plan de vol initial (201) consiste à entrer un point de cheminement (220) ne figurant pas parmi les points de cheminement du plan de vol initial (201), et destiné à être rejoint directement par l'aéronef (200) depuis sa position actuelle, et à entrer un point de raccordement (210) au plan de vol initial (201), figurant parmi les points de cheminement du plan de vol initial.
- 5- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de calcul (106) sont aptes à déterminer tous les points de cheminement du plan de vol initial (201) dans un rayon prédéterminé autour de la position actuelle de l'aéronef (200), et à déterminer lequel de ces points est le mieux approprié pour constituer un point de cheminement à rejoindre directement en fonction de critères prédéterminés, l'interface d'affichage (120) étant en outreapte à présenter dans ledit affichage intermédiaire (503) l'information du point de cheminement ainsi déterminé.
- 6- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de calcul (106) sont aptes à déterminer tous les points de cheminement du plan de vol initial (201) dans un rayon prédéterminé autour de la position actuelle de l'aéronef (200), et à déterminer lequel de ces points est le mieux approprié pour constituer un point de raccordement au plan de vol initial en fonction de critères prédéterminés, l'interface d'affichage (120) étant en outre apte à présenter dans ledit affichage intermédiaire (503) l'information du point de raccordement ainsi déterminé.
- 7- Système de gestion de vol (100) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les critères déterminés sont définis par le meilleur gain en termes de temps de vol de l'aéronef (200) restant jusqu'au point d'arrivée.
- 8- Système de gestion de vol (100) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les critères déterminés sont définis par le meilleur gain en terme de consommation de carburant de l'aéronef (200) jusqu'au point d'arrivée.
- 9- Système de gestion de vol (100) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les critères déterminés sont définis par un indice prédéterminé représentatif du meilleur gain en termes de temps de vol de l'aéronef (200) restant jusqu'au point d'arrivée et du meilleur gain en termes de consommation de carburant de l'aéronef (200) jusqu'au point d'arrivée.
- 10- Système de gestion de vol (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données de vents comportent un ensemble de grilles de vents bidimensionnelles (600, 801, 802) de différentes altitudes avec une résolution en altitude déterminée, lagrille de vents bidimensionnelle (600) comprenant des vecteurs de vent associés à des cases bidimensionnelles (803, 804, 805) délimitées par des lignes définies par des fractions déterminées de degrés de latitude et de longitude.
- 11- Système de gestion de vol (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de calcul (106) sont aptes à reconstruire une grille de vents tridimensionnelle à partir de plusieurs grilles de vents bidimensionnelles (803, 804, 805), une case tridimensionnelle (810, 811, 812) de la grille tridimensionnelle étant constitué par le parallélépipède défini par la projection verticale d'une case bidimensionnelle (803, 804, 805) de la grille dimensionnelle (801, 802) du niveau d'altitude supérieur sur le niveau immédiatement inférieur.
- 12- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le vecteur vent est identique en tout point d'une case tridimensionnelle (810, 811, 812) de la grille tridimensionnelle, au vecteur vent de la case bidimensionnelle de la grille bidimensionnelle (801) du niveau d'altitude supérieur.
- 13- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le vecteur vent est identique en tout point d'une case tridimensionnelle (810, 811, 812) de la grille tridimensionnelle, au vecteur vent de la case bidimensionnelle de la grille bidimensionnelle (802) du niveau d'altitude inférieur.
- 14- Système de gestion de vol (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le vecteur vent en un point d'une altitude donnée d'une case tridimensionnelle (810, 811, 812) de la grille tridimensionnelle, est déterminé par les moyens de calcul (106) par une méthode d'interpolation linéaire en fonction des vecteurs vents de la case bidimensionnelle (803) de la grille bidimensionnelle du niveau d'altitude supérieur (801) et de la case bidimensionnelle (805) de la grille bidimensionnelle (802) du niveau d'altitude inférieur.
- 15- Système de gestion de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de calcul (106) sont aptes à prendre en considération toutes les cases tridimensionnelles ou bidimensionnelles traversées par les trajectoires de l'aéronef (200) suivant le plan de vol initial (201) et le plan de vol modifié (202, 203).
- 16- Système de gestion de vol (100) selon l'une quelconque des ~o revendications précédentes, comprenant en outre un système de communication (108), caractérisé en ce que les données de vent peuvent être mises à jour périodiquement par des données communiquées via le système de communication (108).
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