FR2944887A1 - Procede et dispositif d'ajustement de la trajectoire d'un aeronef dans un circuit de montee - Google Patents

Abstract

Le procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée, de forme sensiblement hélicoïdale correspondant à une succession d'hippodromes, noté HOLD, le dernier HOLD, appelé HOLD de sortie, ayant des caractéristiques géométriques prédéfinies et comprenant un point d'accroche, permettant à l'aéronef d'entrée et de sortir dans le HOLD, l'aéronef atteignant l'altitude de consigne du circuit de montée lors du vol du HOLD de sortie, comprend au moins trois étapes , dont : ▪ une étape de calcul de la prédiction de la position de l'aéronef lorsque l'altitude de consigne sera atteinte ; ▪ une étape de calcul de la distance restante à parcourir, entre la position de l'aéronef lorsque l'altitude de consigne sera atteinte et le point d'accroche ; ▪ une étape permettant de réaliser une adaptation de la forme du HOLD de sortie de manière à minimiser la distance restante à parcourir DELTA.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'AJUSTEMENT DE LA TRAJECTOIRE D'UN AERONEF DANS UN CIRCUIT DE MONTEE.

La présente invention concerne le domaine des procédures de montée d'un aéronef volant un circuit de montée en altitude, généralement situé à proximité d'un aéroport avant d'entamer le vol de croisière. Plus particulièrement, elle concerne les procédés permettant d'optimiser la sortie d'un circuit de montée en altitude.

La part croissante de l'automatisation dans l'avionique tant civile que militaire, conduit de plus en plus l'équipage à utiliser des systèmes électroniques, et de moins en moins à influer directement sur les commandes primaires de pilotages de l'aéronef. Cette automatisation permet de diminuer les risques de pilotages et de normaliser notamment des procédures de vol classiques. Cette tendance s'est accentuée avec la généralisation des systèmes de gestion du vol tel que le FMS, dont l'acronyme anglo-saxon signifie Flight Management System.

Un système de gestion du vol comprend différents composants fonctionnels qui permettent à l'équipage de programmer un vol à partir d'une base de données de navigation. Le système calcule alors une trajectoire latérale et verticale permettant de rejoindre la destination du plan de vol. Ces calculs sont basés sur les caractéristiques de l'avion et des données fournies par l'équipage et l'environnement du système. Les fonctions de positionnement et de guidage collaborent pour aider l'aéronef à rester sur cette trajectoire. Les fonctions d'interface avec l'équipage et avec le sol permettent de mettre l'homme dans la boucle de la navigation car il est seul responsable 30 du déroulement du vol. Dans un système de gestion du vol, le pilote programme sa procédure de montée dans son système FMS. Certaines procédures contiennent des circuits d'attente en montée, dits "ascenseurs", pour garantir les marges avions vis à vis du relief ou de trafics conflictuels. 35 Certains aéroports sont enclavés ou nécessitent qu'un aéronef décollant atteigne une certaine altitude de consigne avant de commencer son vol de croisière. L'aéronef est donc piloté de manière à ce qu'il vole un circuit de montée en altitude, le circuit étant prédéfini et le plus souvent normalisé. Le plus souvent les circuits de montée ont la forme d'une trajectoire sensiblement hélicoïdale comprenant un certains nombres de portions de trajectoires, dont les projections 2D à altitude constante représentent des formes d'hippodrome, sur lesquels l'aéronef monte en spiral. L'aéronef monte en spirale une trajectoire dont la projection du circuit de montée d'attente complet représente une série d'hippodromes concentriques. Dans la terminologie aéronautique ces hippodrome sont également appelés HOLD et il possède des caractéristiques géométriques propre à l'aéronef. On appellera dans la suite de la description indifféremment la portion de trajectoire 3D sensiblement hélicoïdale dont la projection 2D forme un hippodrome et la projection 2D elle-même formant un hippodrome, un HOLD.

L'aéronef est conduit jusqu'à une altitude prédéfinie sur circuit de montée, ce dernier comprenant un certains nombre de HOLD, dont le dernier est appelé HOLD de sortie. Chaque HOLD comprend un point d'entrée et un point de sortie, généralement ces points sont les mêmes, appelé également point d'accroche. L'avion termine son circuit de montée en passant sur le point d'accroche. Dans la terminologie aéronautique, on dit également qu'un point est séquencé du point de vue du calculateur du FMS lorsqu'il est franchi par l'aéronef.

La figure 1 représente un circuit de montée 11 volé par un aéronef 2 après un décollage sur une piste d'atterrissage 1. La piste d'atterrissage est située à une altitude ALTO. Dans ce cas de figure, l'aéronef doit parcourir le circuit de montée 11 de manière à atteindre une altitude de consigne ALT3 lui permettant de rejoindre sa trajectoire de croisière 9.

Une première portion de trajectoire 3 permet à l'aéronef 2 de rejoindre une zone dans laquelle se situe le circuit de montée 11. Le circuit de montée 11 comprend une succession de spirales 5, 7, 7' en forme sensiblement d'hélicoïdale permettant à l'aéronef de rejoindre l'altitude de consigne et de sortir par la suite du circuit de montée. Chaque spirale comporte un point d'entrée et un point de sortie 10, 10', 12, 12' qui ont les mêmes coordonnées en latitude et en longitude. Les spirales lorsqu'elles sont projetées à altitude constante ont la forme d'hippodromes 6, 8.

Le point d'entrée dans le premier HOLD 5 est le point 10, le point de sortie du premier HOLD 5 est le point 10'. Le point d'entrée dans le second HOLD 7' est le point 12, le point de sortie du second HOLD 7' est le point 12'.

Une portion de trajectoire de transition 7 permet à l'aéronef de joindre le premier HOLD au second HOLD, le premier HOLD ayant une circonférence plus petite que le second HOLD, l'aéronef élargit sa trajectoire pendant sa montée en passant d'un HOLD à un autre. L'aéronef quitte le dernier HOLD, appelé HOLD de sortie, au point 12' pour continuer sa montée ou rejoindre une trajectoire de croisière 9. Les points 12 et 12' ont la même latitude et la même longitude. Pareillement les points 10 et 10' ont la même latitude et la même longitude.

On comprend sur la figure 1 que lorsque l'aéronef 2 a atteint son altitude de consigne ALT3 correspondant à l'altitude de l'hippodrome 8, il doit néanmoins parcourir une portion de trajectoire à altitude constante du HOLD de sortie pour rejoindre le point d'accroche 12' avant de sortir du circuit de montée.

La trajectoire d'un circuit de montée est généralement générée automatiquement à partir du calculateur d'un FMS. Le pilote rentre les paramètres avions de manière à calculer le point d'arrivée à l'altitude de consigne permettant la sortie de l'aéronef du circuit de montée.

Les normes aériennes imposent que l'aéronef doit respecter le passage au point d'accroche du circuit de montée avant de rejoindre sa trajectoire de croisière.

Un problème de ce type de génération de trajectoire automatique est qu'elle n'est pas optimisée, l'aéronef arrive le plus souvent dans le HOLD de sortie à l'altitude souhaitée bien avant de franchir le point d'accroche. Cette contrainte impose de voler inutilement des portions du circuit de montée à l'altitude requise avant d'atteindre le point d'accroche.

Néanmoins, certaines solutions existent pour réduire les coûts et la dépense inutile de carburant lors du vol d'un circuit d'attente ou de montée à altitude constante. Le moyen le plus direct est de diminuer les portions de trajectoire inutiles par l'intervention du pilote pour rejoindre le point d'accroche le plus rapidement possible une fois la consigne de sortie atteinte. Dans un circuit de montée, généralement la consigne de sortie est une consigne en altitude, mais lors du survol d'un HOLD d'attente en vue d'un atterrissage, il peut s'agir d'une consigne de temps par exemple. Parmi les procédures que l'on doit pouvoir ajuster pour diminuer les trajectoires inutiles, on trouve l'ajustement des circuits d'attente. Le brevet US2004 - 122567 d' Honeywell propose d'ajuster manuellement la taille d'un circuit d'attente de manière réactive, dans le cadre d'une procédure particulière, appelée IMMEDIATE EXIT. Ce brevet comporte deux inconvénients.

Tout d'abord il est réactif, c'est-à-dire que le procédé d'optimisation du circuit d'attente est effectué pendant son survol, i lest nécessaire que l'aéronef soit en condition de vol du circuit d'attente pour modifier cette portion. Le procédé n'est donc pas prédictif, ce qui constitue une limitation dans l'adaptation de la trajectoire de l'aéronef pour sortir du 3o circuit d'attente. Par ailleurs ce brevet ne traite pas des circuits ayant des trajectoires d'ascension ou de descente, en outre il traite de l'optimisation de sortie pour les hippodromes volés manuellement.

Dans la mesure où l'objectif du circuit de montée est de permettre à l'aéronef d'atteindre une altitude de consigne, la portion de trajectoire de la dernière révolution sur laquelle l'aéronef évolue à altitude constante n'a aucun intérêt sauf à ramener l'aéronef sur le point d'accroche pour sortir de ce segment.

Aujourd'hui, le problème n'est pas résolu, le circuit de montée n'est pas optimisé et l'aéronef ne sort du circuit de montée que lorsque le point d'accroche est séquencé. Des inconvénients sont que l'aéronef perd du temps et du carburant pour boucler son circuit de montée avant de rejoindre une trajectoire de croisière.

Le procédé de l'invention permet notamment d'optimiser la sortie de l'aéronef du circuit de montée en calculant une nouvelle trajectoire du HOLD de sortie de manière à ce que l'aéronef atteigne son altitude de consigne l'autorisant à quitter le circuit d'attente sensiblement avant de franchir le point d'accroche du HOLD de sortie.

Avantageusement, le procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée, dans une phase succédant un décollage, le circuit de montée comprenant une trajectoire sensiblement hélicoïdale correspondant à une succession de portion de trajectoires ayant une forme d'hippodrome, chaque hippodrome étant appelé un HOLD, le dernier HOLD, appelé HOLD de sortie, ayant des caractéristiques géométriques prédéfinies et comprenant un point remarquable, noté FIX I/O et appelé point d'accroche, défini en latitude et en longitude permettant à l'aéronef d'entrée et de sortir dans le HOLD de sortie, l'aéronef atteignant une altitude de consigne du circuit de montée lors du vol du HOLD de sortie, l'aéronef pouvant sortir du HOLD de sortie une fois l'altitude de consigne atteinte et le point d'accroche franchi et commencer un vol de croisière, est caractérisé en ce qu'un calculateur de l'aéronef permet d'effectuer : ^ une première étape de calcul de la prédiction de la position de l'aéronef dans le circuit de montée lorsque l'altitude de consigne sera atteinte, le point prédit étant notée EPTA ; ^ une seconde étape de calcul de la distance restante à parcourir, notée DELTA, entre la position de l'aéronef dans le HOLD de sortie lorsque l'altitude de consigne sera atteinte et le point d'accroche du circuit de montée ; ^ la vérification d'une première condition permettant de réaliser une troisième étape d'adaptation de la forme du HOLD de sortie initiale en un nouveau HOLD de sortie, noté HOLD optimisé, de manière à minimiser la distance restante à parcourir DELTA, le HOLD optimisé passant par le point d'accroche.

Avantageusement, le HOLD sortie initial comprend deux portions formant chacun un demi-arc de cercle de même rayon et deux portions rectilignes de même longueur joignant les deux demi-cercles.

Avantageusement, la troisième étape est réalisée lorsqu'une première condition est vérifiée, la première condition vérifiant que la DELTA est supérieure à une certaine constante prédéfinie, noté ALPHA, correspondant à la distance d'arrêt de l'optimisation de la taille du HOLD de sortie.

Avantageusement, la troisième étape comprend une première adaptation du HOLD de sortie dont la forme optimisée correspondant à un cercle complet de même rayon que les deux demi-cercles du HOLD de sortie initial, la première adaptation étant réalisée lorsque la distance restante à parcourir sur le HOLD de sortie, DELTA, est inférieure au périmètre du cercle complet.

Avantageusement, la troisième étape comprend une seconde adaptation du HOLD de sortie, dont la forme correspondant à un hippodrome réduit, les portions rectilignes initiales étant réduites d'une même longueur, les deux demi-cercles restants de même taille, la seconde adaptation étant réalisée lorsque la distance restante à parcourir sur le HOLD de sortie, DELTA, est supérieure au périmètre du cercle complet.

Avantageusement, la longueur de chaque portion rectiligne réduite du HOLD optimisé est sensiblement égale à la moitié de la somme de : ^ la distance entre la position du point d'atteinte de l'altitude de consigne dans le HOLD de sortie et la position du point d'accroche FIX 1/O du HOLD de sortie ; ^ une distance de marge, notée THETA, correspondant au temps nécessaire pour recalculer une nouvelle trajectoire à partir du calculateur de l'aéronef ; ^ la valeur négative de la longueur d'un demi-cercle du HOLD.

Avantageusement, la distance de marge THETA est sensiblement égale à la moitié du rayon d'un demi-cercle du HOLD de sortie. Avantageusement, la constante ALPHA est sensiblement égale au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon des demi-cercles du HOLD de 15 sortie. Avantageusement, la constante ALPHA est sensiblement égale soit : ^ au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon des demi-cercles du HOLD de sortie, lorsque la longueur entre le point 20 d'atteinte de l'altitude de consigne et le point d'accroche est supérieure au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon des demi-cercles du HOLD de sortie ^ à la valeur de la distance de marge, THETA, lorsque la longueur entre le point d'atteinte de l'altitude de consigne et le point de 25 sortie est inférieure au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon des demi-cercles du HOLD de sortie.

Avantageusement, un premier HOLD a été optimisé, une seconde condition est vérifiée avant d'effectuer une nouvelle prédiction de la position 30 de l'aéronef dans le circuit de montée lorsque l'altitude de consigne sera atteinte. Avantageusement, la seconde condition vérifie que la nouvelle position d'atteinte de l'altitude de consigne dans le HOLD optimisé est située juste après le point d'accroche. 35 Avantageusement, le système avionique comprend : ^ une base de donnée de navigation, notée NAVDB, permettant de construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases ; ^ une base de données de performance, notée PRF DB, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil ; ^ un calculateur, noté FPLN, générant un plan de vol et permettant de saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre, lesdits éléments étant stockés dans la base de 1 o données de navigation ; ^ un calculateur de navigation, noté LOCNAV, permettant d'effectuer la localisation de l'aéronef en fonction de moyens de géo-localisation ; ^ un calculateur de trajectoires latérales, noté TRAJ, qui permet de 15 construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol issus de la base de données de navigation ; ^ un calculateur de trajectoires verticales, noté PRED, permettant de construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale et des données de la base de données de performance. 20 Avantageusement, la première étape du procédé est activée à partir d'une d'interface de gestion du plan de vol, une nouvelle trajectoire étant générée entre : ^ la position courante de l'aéronef déterminée à partir du calculateur 25 de navigation et ; ^ le point d'atteinte d'une altitude de consigne dans le HOLD de sortie à partir des calculateurs de trajectoires TRAJ et PRED et de la base de données de performances.

30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 : un circuit de montée complet ayant sensiblement la forme d'une hélicoïdale de l'art antérieur ; • la figure 2 : un hippodrome de montée et ses caractéristiques géométriques; • la figure 3: un hippodrome de sortie comportant le point pronostiqué d'arrivée à l'altitude de sortie ; • la figure 4A : un hippodrome de sortie ayant une première forme d'adaptation à partir du procédé selon l'invention ; • la figure 4B : un hippodrome de sortie ayant une seconde forme d'adaptation à partir du procédé selon l'invention ; • la figure 5 : les différentes étapes du procédé de l'invention.

La figure 2 représente les caractéristiques géométriques d'un HOLD 8 en vue 2D, l'axe des altitudes n'étant pas représenté. Le HOLD comprend deux portions formant chacune un demi-cercle 21, 21' et deux portions formant chacune deux segments rectilignes 22, 22' joignant les deux demi-cercles 21, 21'. Un point d'entrée et de sortie noté FIX I/O dans la figure, appelé également point d'accroche du HOLD permet à l'aéronef de sortir et d'entrée dans le HOLD. Le point d'accroche FIX I/O comprend des coordonnées en latitude et en longitude. Le HOLD étant volé dans le cadre de l'invention en ascension, le point d'accroche ne comporte pas de coordonnée liée à altitude. En revanche, une consigne d'altitude ALT3 permet au FMS de calculer à partir de quel moment il peut quitter le circuit de montée pour poursuivre son vol dès lors que le point d'accroche sera volé à cette altitude.

Un HOLD tel que représenté sur la figure 2 peut être volé automatiquement à partir de la génération de la trajectoire par le biais du calculateur du FMS, il est alors noté HA, ou manuellement par les commandes du pilote, il est alors noté HM. Un HOLD comprend plusieurs caractéristiques géométriques, notamment un rayon R définissant le rayon des deux demi-cercles 21, 21', une distance D des portions rectilignes 22, 22', l'orientation du HOLD dans l'espace, il peut s'agir d'un cap exprimé par rapport au Nord, il est appelé généralement "Bearing", et enfin la position du point d'accrochage FIX_I/O exprimé à partir des coordonnées en latitude et en longitude.

Une altitude peut être définie au delà de laquelle le HOLD n'est plus volé. Les caractéristiques du HOLD sont définies en partie à partir des caractéristiques de l'aéronef, telles que le rayon de courbure des portions en arcs de cercles 21, 21'. Un HOLD 8 comporte également un sens 24 préférentiel pour voler la trajectoire formant un hippodrome. Le but d'un segment HA est de faire monter l'aéronef automatiquement jusqu'à une certaine altitude de consigne avant de continuer la route à partir du point d'accroche FIX I/O.

La figure 3 représente le HOLD de sortie 8 comportant des points remarquables. L'aéronef rentre dans le HOLD de sortie par le point FIX_I/O puis parcourt un demi-cercle jusqu'au point EPT1 à la jonction de la première portion circulaire volée et la portion rectiligne suivante. L'aéronef vole ces deux portions en prenant de l'altitude, il s'agit donc en vue 3D d'une forme sensiblement hélicoïdale. Dans la figure 3, les quatre points FIX I/O, EPT1, EPT2 et EPT3 sont des points remarquables qui permettent de joindre les portions de trajectoire d'un HOLD, notamment des portions en demi-cercle aux portions rectiligne. L'invention permet d'adopter une stratégie d'adaptation de la taille du HOLD de sortie pour ramener l'aéronef le plus rapidement possible vers le point d'accroche une fois la consigne d'altitude franchie. Pour cela un point remarquable EPTB est utilisé pour adopter une stratégie en fonction de la position à laquelle l'aéronef atteindra la consigne d'altitude. Le point EPTB est placé sur le HOLD de sortie de telle manière que la distance entre EPT1 et EPTB soit égale à nR, cette dernière correspondant au demi périmètre du cercle de rayon R. Cette portion est donc égale également à la portion joignant le point FIX_I/O et le point EPTB.

Deux cas sont alors possibles quand à la position du point EPTA ou EPTA' sur le HOLD de sortie, la suite de la description détaille la stratégie du procédé d'optimisation de la taille du HOLD de sortie. Un premier cas correspond à une position du point EPTA situé 5 entre le point FIX_I/O et le point EPTB, le HOLD étant volé dans le sens défini à la figure 2. L'aéronef doit parcourir sans optimisation de la taille du HOLD à altitude constante la fin du premier segment rectiligne jusqu'au point EPT2 puis il entame la seconde portion circulaire de rayon R joignant le point EPT2 10 au point EPT3 et enfin qu'il vole la dernière portion rectiligne joignant EPT3 au point FIX_I/O pour qu'il puisse quitter le HOLD.

Dans un second cas, l'aéronef atteint l'altitude de sortie après le point EPTB par exemple au point EPTA' positionné sur la figure 3 dans le 15 second demi-cercle joignant le point EPT2 au point EPT3. Afin que l'aéronef ne parcoure pas inutilement une portion de trajectoire à altitude constante, l'invention permet d'adapter la taille du HOLD en fonction de la position du point d'arrivée EPTA, EPTA' à la consigne d'altitude par rapport à sa position du point EPTB. 20 La solution de l'invention permet de corriger la taille du HOLD de sortie du circuit de montée lors d'une phase de prédictions, c'est-à-dire avant son survol, de manière à obtenir que l'altitude de sortie spécifiée soit effective sur le point d'accroche, en prenant en compte une distance de 25 marge. La distance de marge est une distance minimale qui permet de recalculer une nouvelle trajectoire optimisée, dans la suite de la description cette distance de marge sera notée THETA.

30 Plus particulièrement, l'invention réside dans le procédé de minimisation de la distance parcourue dans la dernière révolution du segment HOLD en supprimant toute ou partie de la portion sur laquelle l'aéronef évolue à altitude constante.

Un avantage de l'invention, par le biais de l'optimisation de la taille du HOLD de sortie, est de gagner du temps de vol et de minimiser ainsi la consommation de carburant.

On note la distance DELTA la distance du point EPTA au point FIX 1/O lorsque le HOLD est volé selon le sens défini à la figure 2 à altitude constante.

La figure 4 représente les adaptations 8' du HOLD de sortie 8 en 10 fonction de la prédiction de la position du point EPTA, EPTA' correspondant au point auquel l'aéronef a atteint l'altitude de consigne. A partir de la position courante de l'aéronef, d'une consigne d'altitude et des paramètres avions, le calculateur du FMS peut calculer le point d'arrivée de l'aéronef dans le HOLD de sortie 8 lorsque l'altitude de 15 consigne requise de sortie sera atteinte. On note D la distance des portions rectilignes joignant les points EPT1 et EPT2, cette distance étant égale à la distance entre les points EPT3 et FIX_I/O.

20 Dans un premier cas, si la prédiction de la position calculée par le FMS du point EPTA se situe entre le point d'accroche FIX I/O et le point EPTB alors la trajectoire optimisée par le procédé de l'invention est un cercle de rayon R représenté sur la Figure 4A ayant pour centre le centre du demi-cercle passant par le point FIX_I/O. 25 Dans un second cas, si la prédiction de la position calculée par le FMS du point EPTA' se situe entre le point EPTB et le point d'accroche FIX I/O alors la trajectoire optimisée par le procédé de l'invention est un HOLD de taille réduite dont la longueur des portions rectilignes est ajustée et 30 présentée dans la figure 4B. Cette trajectoire adaptée est composée des portions de trajectoire suivante : ^ la portion d'arc de cercle, ayant pour rayon R inchangé, joignant les points FIX I/O au point EPT1 ; ^ la portion rectiligne joignant le point EPT1 à un nouveau point EPTC calculée sur la première portion rectiligne ; ^ une portion d'arc de cercle, ayant pour rayon R inchangé, joignant le point EPTC à un nouveau point EPTD, calculée sur la seconde portion rectiligne ; ^ la portion rectiligne joignant le nouveau point EPTD au point d'accroche FIX I/O.

Les points EPTC et EPTD sont les points de transitions entre les 10 segments droits et les segments courbes. On note D' la distance des portions rectilignes joignant les points EPT1 et EPTC, cette distance étant égale à la distance entre les points EPTD et FIX I/O.

15 Le calculateur du FMS permet de calculer leur position de telle manière que D' = [DELTA + THETA - n•R] / 2. Cette égalité étant réalisée aux erreurs et aux approximations tolérées du calculateur du FMS.

20 La constante THETA correspondant à la distance de marge pour recalculer une nouvelle trajectoire optimisée. Cette distance correspond à la distance de marge nécessaire pour ne pas placer un point EPTA' d'atteinte de la consigne d'altitude dans le HOLD de sortie après le point d'accroche FIX I/O. 25 Un point PT_THETA correspond à la position du point situé avant le point d'accroche à une distance égale à la distance de marge pour recalculer une nouvelle trajectoire optimisée. Dans un mode préféré de réalisation, en première approximation, la constante THETA peut être sensiblement égale à la valeur du rayon du 30 demi-cercle du HOLD divisé par deux, c'est-à-dire R/2.

L'invention propose un procédé permettant préparer et calculer la nouvelle trajectoire correspondant à l'adaptation du HOLD de sortie.

Une première étape comprend le calcul par le FMS de la position du point EPTA correspondant à l'atteinte par l'aéronef d'une consigne d'altitude. L'avantage de cette étape est de construire la trajectoire du segment HA sans optimisation et d'identifier la position EPTA sur laquelle la condition de sortie en altitude du segment HA est atteinte.

Une seconde étape du procédé selon l'invention permet de calculer, à partir du FMS, la distance DELTA sur la dernière révolution du HOLD avant la sortie de l'aéronef au point d'accroche FIX 1/O L'avantage de cette étape est de mesurer la distance DELTA alors que la taille du HOLD de sortie n'est pas encore optimisée. Cette distance correspond à la distance que parcourra théoriquement l'aéronef entre la position d'atteinte de la consigne d'altitude EPTA, EPTA' et le point d'accroche FIX I/O. Un calcul de prédiction permet de déterminer la position du point EPTA, EPTA' et la distance DELTA.

Une troisième étape du procédé selon l'invention permet de calculer une trajectoire du segment HA optimisée pour minimiser DELTA. L'avantage de cette étape est de proposer une nouvelle trajectoire sur laquelle la valeur de DELTA est minimisée. Avantageusement, une première condition de réalisation de cette troisième étape est de comparer la valeur de DELTA avec une constante, notée ALPHA, et correspondant à la distance d'arrêt de l'optimisation du segment HA, avec comme acceptation de la première condition : "tant que DELTA est supérieure à ALPHA, alors la troisième étape peut-être réalisée". Cette première condition fixe la condition d'arrêt à partir de laquelle on considère que la valeur de la distance DELTA est minimisée.

Dans la construction de cette trajectoire optimisée par le FMS, un objectif est de rapprocher le plus possible EPTA du point d'accroche FIX I/O du HOLD de sortie, sans jamais le dépasser.

Dans un mode de réalisation de l'invention, en première approximation, la valeur de la constante ALPHA pour le calcul de la première condition est de 2n•R. On a toujours, par construction, la constante ALPHA toujours positive et inférieure à la distance de révolution totale du HOLD. Une variante de réalisation du procédé de l'invention, peut autoriser de définir une valeur de la constante ALPHA variable et dépendante de la position du point EPTA ou EPTA' dans le HOLD. Par exemple, si le point EPTA est situé entre le point d'accroche FIX I/O et le point EPTB alors ALPHA est sensiblement égal à 2n•R et la trajectoire optimisée correspond à un cercle. Si le point EPTA est situé entre le point EPTB et FIX I/O alors la valeur de la constante ALPHA est sensiblement égale à la valeur de la constante THETA.

La robustesse du procédé selon l'invention peut être améliorée en ajoutant une seconde condition pour réaliser la troisième étape. Cette seconde condition permet d'éviter un cas de figure, où suite à une optimisation de trajectoire par le calculateur du FMS, une position du point EPTA est calculé après le point d'accroche FIX I/O, entrainant pour l'aéronef l'obligation d'effectuer un autre tour du HOLD. Cette seconde condition consiste à comparer la position du point EPTA par rapport à celle du point d'accroche FIX I/O. Cette vérification correspond à un test de robustesse du précédé selon l'invention.

Notamment une telle configuration peut survenir lorsqu'il y a un vent fort à l'altitude de sortie du HOLD, cette seconde condition peut alors être utilisée. Le vent freinant l'aéronef dans un premier segment rectiligne du HOLD et en l'accélérant dans le second segment, il est possible que le point théorique EPTA initialement calculé soit amené à changer de position.

Lorsque le procédé d'optimisation est réajusté, par exemple à l'entrée du HOLD de sortie, il est possible à partir de cette seconde condition d'intervenir de manière à changer de stratégie d'adaptation du HOLD.

Ce cas de figure peut se produire dans la mesure où le vent 35 s'applique différemment sur la trajectoire optimisée et peut déplacer ainsi le point EPTA après le point d'accroche FIX I/O alors que calculateur du FMS avait positionné, par construction, le point EPTA avant le point FIX_I/O. Un avantage de l'utilisation de la variable THETA est d'atténuer ce problème en laissant une zone tampon qui permet au pilote d'avoir une marge de manoeuvre

La figure 5 représente les différentes étapes du procédé selon l'invention. La première étape, notée TRAJ INITIALE, comprend un calcul de 10 la trajectoire théorique jusqu'au point d'atteinte de la consigne d'altitude dans le HOLD de sortie. La seconde étape, notée PREDICTION, permet à partir du calculateur du FMS de prédire la distance restant à parcourir par l'aéronef entre le point prévu d'atteinte de l'altitude de consigne et le point de sortie du 15 HOLD au niveau du point d'accroche. La troisième étape, notée TRAJ OPTIMISE, comprend un calcul d'une nouvelle trajectoire de l'aéronef dans le HOLD de sortie de manière à ce que ce dernier atteigne l'altitude de consigne à proximité du point d'accroche tout en ne le dépassant pas. 20 Avantageusement, l'étape de génération d'une nouvelle trajectoire optimisée est réalisée lorsque la première condition Cl est remplie. Avantageusement, la seconde condition C2 est appliquée à l'étape de génération d'une nouvelle trajectoire en prenant en compte le HOLD optimisé lors de l'étape 3. 25 Avantageusement, l'aéronef comprend un système avionique comprenant un calculateur, noté FPLN, générant un plan de vol et permettant de saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre. Notamment les procédures de départ et d'arrivée, les points 30 de passages et les portions de routes aériennes sont prises en compte dans la génération du plan de vol. Avantageusement, le système avionique comprend également un calculateur de navigation, noté LOCNAV, permettant d'effectuer la localisation optimale de l'aéronef en fonction des moyens de géo-localisation, tels que les systèmes de géo-localisation de type GPS, GALILEO ou des balises radios VHF ou encore des centrales inertielles. Avantageusement, le système avionique comprend également un calculateur de trajectoires latérales, noté TRAJ, qui permet de construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances avion et les contraintes de confinement. Avantageusement, le système avionique comprend également un calculateur de trajectoires verticales, noté PRED, permettant de construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale.

Le système avionique comprend également des bases de données aéronautiques pour générer les trajectoires de l'aéronef. Notamment, le système avionique comprend une base de donnée de navigation, notée NAVDB, permettant de construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases, tels que des points, des balises, des LEGS d'interception ou d'altitude. Le système avionique comprend également une base de données de performance, notée PRF DB, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil. Elle est notamment utilisée pour calculer les rayons de courbures des demi-cercles des HOLD du circuit de montée en altitude.

Le plan de vol est configuré par le pilote à partir de données contenues dans la base de données de navigation ou par liaison de données 25 venant du control aérien par exemple. Le plan de vol est conçu à partir d'une succession de segments appelés LEGS dans la terminologie aéronautique qui sont formés d'une terminaison et d'une géométrie, tels qu'un virage, une orthodromie, ou une loxodromie. 30 Ces LEGS sont normalisés au niveau international dans un document AEEC, de la norme ARINC 424.

Le pilote configure ensuite les paramètres avion, tels que la masse, le plan de vol, la plage de niveaux de croisières et généralement un 35 ou plusieurs critères d'optimisation.

Ces entrées permettent calculateurs TRAJ et PRED de calculer respectivement la trajectoire latérale et le profil vertical, notamment en altitude et en vitesse, qui minimise un critère de coût en carburant.

Généralement, à partir de cette configuration, le FMS peut fournir un profil de vitesse en rapport avec l'altitude et délivrer des prédictions de points d'arrivée en fonction d'une consigne, par exemple d'altitude, dans un plan de vol. 15

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef (2) volant un circuit de montée (11), dans une phase succédant un décollage, le circuit de montée (11) comprenant une trajectoire sensiblement hélicoïdale correspondant à une succession de portion de trajectoires ayant une forme d'hippodrome (6, 8), chaque hippodrome étant appelé un HOLD, le dernier HOLD, appelé HOLD de sortie (8), ayant des caractéristiques géométriques prédéfinies et comprenant un point remarquable, noté FIX I/O et appelé point d'accroche, défini en latitude et en longitude permettant à l'aéronef (2) d'entrée et de sortir dans le HOLD de sortie, l'aéronef atteignant une altitude de consigne (ALT3) du circuit de montée (11) lors du vol du HOLD de sortie, l'aéronef (2) pouvant sortir du HOLD de sortie une fois l'altitude de consigne (ALT3) atteinte et le point d'accroche (FIX I/O) franchi et commencer un vol de croisière (9), caractérisé en ce qu'un calculateur de l'aéronef permet d'effectuer : ^ une première étape de calcul de la prédiction de la position de l'aéronef dans le circuit de montée lorsque l'altitude de consigne (ALT3) sera atteinte, le point prédit étant notée EPTA ; ^ une seconde étape de calcul de la distance restante à parcourir, notée DELTA, entre la position de l'aéronef dans le HOLD de sortie lorsque l'altitude de consigne sera atteinte (EPTA) et le point d'accroche (FIX I/O) du circuit de montée (11) ; ^ la vérification d'une première condition (Cl) permettant de réaliser une troisième étape d'adaptation de la forme du HOLD de sortie initiale (8) en un nouveau HOLD de sortie (8'), noté HOLD optimisé, de manière à minimiser la distance restante à parcourir (DELTA), le HOLD optimisé (8') passant par le point d'accroche (FIX I/O).
2. 2. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le HOLD sortie initial (8) comprend deux portions (21, 21') formant chacun undemi-cercle de même rayon (R) et deux portions rectilignes (22, 22') de même longueur (D) joignant les deux demi-cercles (21, 21').
3. 3. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième étape est réalisée lorsqu'une première condition (Cl) est vérifiée, la première condition vérifiant que la distance DELTA est supérieure à une première constante prédéfinie, noté ALPHA, correspondant à la distance d'arrêt de l'optimisation de la taille du HOLD de sortie.
4. 4. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la troisième étape comprend une première adaptation du HOLD de sortie dont la forme optimisée (8') correspondant à un premier cercle complet de même rayon (R) que les deux demi-cercles (21, 21') du HOLD de sortie initial (8), la première adaptation étant réalisée lorsque la distance restante à parcourir sur le HOLD de sortie (DELTA), est inférieure au périmètre du premier cercle.
5. 5. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la troisième étape comprend une seconde adaptation du HOLD de sortie, dont la forme correspondant à un hippodrome réduit (8'), les portions rectilignes initiales (22, 22') étant réduites d'une même longueur (D'), les deux demi-cercles restants de même taille, la seconde adaptation étant réalisée lorsque la distance (DELTA) restante à parcourir sur le HOLD de sortie, est supérieure au périmètre du premier cercle.
6. 6. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 5, caractérisé en ce que la longueur de chaque portion rectiligne réduite (D') du HOLD optimisé est sensiblement égale à la moitié de la somme de :^ la distance entre la position du point d'atteinte de l'altitude de consigne (EPTA, EPTA') dans le HOLD de sortie et la position du point d'accroche FIX I/O du HOLD de sortie ; ^ une distance de marge, notée THETA, correspondant au temps nécessaire pour recalculer une nouvelle trajectoire à partir du calculateur de l'aéronef ; ^ la valeur négative de la longueur d'un demi-cercle du HOLD.
7. 7. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance de marge THETA est sensiblement égale à la moitié du rayon d'un demi-cercle du HOLD de sortie.
8. 8. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la première constante (ALPHA) est sensiblement égale au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon (R) des demi-cercles du HOLD de sortie (8).
9. 9. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la première constante (ALPHA) est sensiblement égale soit : ^ au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon (R) des demi- cercles du HOLD de sortie (8), lorsque la longueur entre le point d'accroche (FIX 1/O) et le point d'atteinte de l'altitude de consigne (ETPA), est inférieure au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon (R) des demi-cercles du HOLD de sortie (8) , ladite longueur étant mesurée à partir du point d'accroche (FIX I/O) et en suivant le sens de vol de l'aéronef ; ^ à la valeur de la distance de marge (THETA), lorsque la longueur entre le point d'accroche (FIX I/O) et le point d'atteinte de l'altitude de consigne (ETPA') est supérieure au périmètre du cercle ayant pour rayon, le rayon (R) des demi-cercles du HOLD de sortie (8). 15 20 25 30
10. 10. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'un premier HOLD a été optimisé (8'), une seconde condition (C2) est vérifiée avant d'effectuer une nouvelle prédiction de la position de l'aéronef dans le circuit de montée lorsque l'altitude de consigne sera atteinte (ALT3).
11. 11. Procédé d'ajustement de la trajectoire d'un aéronef volant un circuit de montée selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde condition (C2) vérifie que la nouvelle position d'atteinte de l'altitude de consigne dans le HOLD optimisé est située juste après le point d'accroche (FIX l/O).
12. 12. Système avionique comprenant : ^ une base de donnée de navigation, notée NAVDB, permettant de construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases ; ^ une base de données de performance, notée PRF DB, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil ; ^ un calculateur, noté FPLN, générant un plan de vol et permettant de saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre, lesdits éléments étant stockés dans la base de données de navigation ; ^ un calculateur de navigation, noté LOCNAV, permettant d'effectuer la localisation de l'aéronef en fonction de moyens de géo-localisation ; ^ un calculateur de trajectoires latérales, noté TRAJ, qui permet de construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol issus de la base de données de navigation ; ^ un calculateur de trajectoires verticales, noté PRED, permettant de construire un profil vertical optimisé sur latrajectoire latérale et des données de la base de données de performance, caractérisé en ce que la première étape du procédé selon l'une des revendications précédentes est activée à partir d'une d'interface de gestion du plan de vol, une nouvelle trajectoire étant générée entre : ^ la position courante de l'aéronef déterminée à partir du calculateur de navigation et ; ^ le point d'atteinte d'une altitude de consigne dans le HOLD de sortie à partir des calculateurs de trajectoires TRAJ et PRED et de la base de données de performances.