FR2953627A1 - Procede d'aide a la rejointe d'une trajectoire verticale de descente et dispositif associe - Google Patents
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- G08G5/02—Automatic approach or landing aids, i.e. systems in which flight data of incoming planes are processed to provide landing data
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Abstract
Procédé d'aide à la rejointe, d'une trajectoire verticale de descente qu'un aéronef est supposé devoir suivre, ledit procédé utilisant un système de gestion de vol FMS (2) embarqué à bord de l'aéronef comprenant les étapes suivantes : calcule (10) d'un écart vertical VDEV, dans le plan vertical, entre l'aéronef et la trajectoire latérale de descente, comparaison (11 ) entre l'écart vertical VDEV et un seuil d'écart SVDEV prédéterminé, - lorsque l'écart vertical VDEV atteint le seuil d'écart SVDEV, une étape (12) lors de laquelle on rend autorise l'activation (13) d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - en cas d'activation (13) du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, pilotage (14) de l'aéronef, par le système de gestion de vol FMS (2) en mode de rattrapage optimisé, c'est-à-dire à poussée minimale avec une vitesse cible de rejointe en palier VCRP et une vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante, la vitesse cible de rejointe en palier VCRP étant égale à la vitesse de finesse maximale de l'aéronef majorée d'une première valeur V1 comprise entre 5 et 15 nœuds, et la vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD étant égale à la vitesse maximale d'opération VMO minorée d'une deuxième valeur V2 comprise entre 3 et 10 nœuds, un nœud étant égal à 0,514 m.s-1.
Description
PROCEDE D'AIDE A LA REJOINTE D'UNE TRAJECTOIRE VERTICALE DE DESCENTE ET DISPOSITIF ASSOCIE.
L'invention appartient au domaine de l'aide à la navigation d'un aéronef. Classiquement, les aéronefs sont équipés d'un calculateur de vol appelé système de gestion du vol plus connu sous l'acronyme anglais de FMS pour « Flight Management System ». Le FMS est apte à générer un plan de vol définissant la route que prévoit d'emprunter l'équipage d'un aéronef pour aller d'une position de départ à un point de destination ainsi que les conditions de parcours de cette route. La route comprend une trajectoire verticale et une trajectoire latérale (respectivement dans le plan vertical et dans le plan horizontal) et un profil de vitesse. Le profil de vitesse est l'ensemble des valeurs, prises le long de la route, par la composante de la vitesse de l'aéronef par rapport à l'air dans le plan horizontal. Dans la suite du texte, par vitesse on entend la composante de la vitesse air de l'aéronef dans le plan horizontal. Le plan de vol est calculé en considérant une vitesse associée à chaque phase de vol (décollage, croisière, descente, approche, atterrissage). La vitesse associée à une phase de vol correspond à un couple CAS/MACH. Elle est programmée pour une régime de vol donné. Le CAS et le MACH relatifs à une phase de vol varient éventuellement en fonction de l'altitude et dépendent d'un critère d'optimisation économique dit Cost Index déterminé par l'exploitant, de la masse de l'aéronef, de l'altitude et de la température. L'indice de coût "Cost index" est un critère d'optimisation entre les coûts horaires CT ("Cost of Time") et les coûts du pétrole CF (Cost of Fuel"). Dans la suite du texte, nous appellerons plan de vol de descente, la portion du plan de vol s'étendant entre une position horizontale (dans le plan horizontal) de début de descente et une position horizontale de fin de descente prédéterminées. Le plan de vol de descente comprend une trajectoire verticale, une trajectoire latérale de descente et une vitesse de descente. On appelle phase de descente la période pendant laquelle l'aéronef se trouve, sur la trajectoire latérale de descente, entre la position horizontale de début de descente et la position horizontale de fin de descente. Le contexte opérationnel de la présente invention se situe pendant 35 une phase descente dans des espaces aériens contrôlés à forte densité de traffic. Le contrôle aérien ATC ("Air Trafic Control") peut envoyer au FMS d'un aéronef des consignes de vol lui interdisant momentanément de suivre une trajectoire descendante si un avion se situe à proximité à une altitude inférieure, pour répondre à une contrainte d'espacement suffisant entre deux aéronefs. Comme l'aéronef est contraint momentanément de suivre un palier (c'est-à-dire adopter une trajectoire horizontale), il apparaît un écart vertical (c'est-à-dire dans le plan vertical) entre l'aéronef et la trajectoire verticale de descente à la position horizontale occupée par l'aéronef.
Classiquement, lorsque l'aéronef reçoit pendant la phase de croisière, alors qu'il suit le palier de croisière avec une vitesse de croisière fixe, une consigne de vol lui interdisant d'adopter une trajectoire descendante, le système de gestion de vol FMS guide l'aéronef sur le palier de croisière en conservant la vitesse de croisière. Lorsque l'aéronef est autorisé à suivre une trajectoire descendante, le FMS fonctionne en mode de rattrapage de la trajectoire verticale de descente. Il existe différents modes de rattrapage de la trajectoire verticale de descente parmi lesquels un mode de rattrapage à poussée minimale avec une vitesse cible de rattrapage en palier VCRP et une vitesse cible de rattrapage en trajectoire descendante VCRD. Lorsque le FMS fonctionne selon ce mode de rattrapage, il règle la poussée des moteurs et les gouvernes de l'aéronef de la façon suivante : lorsque l'aéronef est contraint de suivre un palier, le FMS règle la position des gouvernes pour guider l'aéronef sur un palier et règle la poussée des moteurs à son niveau ralenti ("idle" en anglais) lorsque vitesse V de l'aéronef est supérieure à une vitesse cible de rejointe en palier VCRP, il adapte la poussée des moteurs pour maintenir la vitesse égale à la vitesse cible de rejointe en palier VCRP, lorsque la vitesse de l'aéronef atteint la vitesse cible de rejointe en palier VCRP. Lorsque l'aéronef est autorisé à suivre une trajectoire descendante, le FMS règle la poussée des moteurs à son niveau ralenti et règle les gouvernes de sorte que l'aéronef rallie, en accélérant, une vitesse cible de rejointe en descente VCRD. Autrement dit, le FMS règle l'angle de tangage de l'aéronef de sorte qu'il accélère jusqu'à une vitesse cible de rejointe en descente VCRD puis conserve cette vitesse cible.
Lorsque l'aéronef a rejoint la trajectoire verticale de descente, le FMS ramène la vitesse de l'aéronef à la valeur de la vitesse de descente de sorte que l'aéronef rejoint le plan de vol de descente.
Or, en mode de rattrapage de la trajectoire verticale de descente, le FMS fait varier la vitesse de l'aéronef sur une petite plage de vitesses autour de la vitesse de descente. En effet, classiquement la vitesse cible de rejointe en palier VCDP, respectivement la vitesse cible de rejointe en descente VCRD est égale à la vitesse de descente minorée, respectivement majorée, de 20 noeuds. Lorsque l'aéronef est contraint de rester longtemps sur un palier, une excursion très importante de l'aéronef au-dessus de la trajectoire verticale de descente peut être générée. Dans ce cas, le pilotage du FMS en mode de rattrapage ne permet pas à l'aéronef de rejoindre le plan de vol de descente suffisamment tôt avant la phase d'approche pour garantir la réussite de la phase d'approche. Bien souvent, pour que l'aéronef rattrape le plan de vol de descente, le pilote est contraint d'utiliser manuellement les aérofreins. Or, les aérofreins sont très consommateurs d'énergie. Cette consommation inutile résulte d'une mauvaise gestion de la vitesse. Les aérofreins génèrent également des vibrations inconfortables pour les passagers. Une autre solution pour rejoindre le plan de vol de descente consiste à piloter manuellement l'aéronef. Ce type de pilotage présente l'inconvénient de représenter une charge de travail importante pour l'équipage qui est déjà sollicité en phase de descente.
La présente invention a pour objectif de proposer un procédé d'aide à la navigation permettant, lorsqu'en phase de descente l'aéronef s'éloigne de la trajectoire verticale de descente, d'assurer un rattrapage rapide de la trajectoire de descente tout en assurant un confort maximum aux passagers et en minimisant la consommation en carburant, sans augmenter la charge de travail du pilote. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'aide à la rejointe, d'une trajectoire verticale de descente qu'un aéronef est supposé devoir suivre, ledit procédé utilisant un système de gestion de vol FMS embarqué à bord de l'aéronef et comprenant les étapes suivantes : - calcule d'un écart vertical VDEV, dans un plan vertical, entre l'aéronef et la trajectoire latérale de descente, - comparaison entre l'écart vertical VDEV et un seuil d'écart SVDEV prédéterminé, - lorsque l'écart vertical VDEV atteint le seuil d'écart SVDEV, une étape lors de laquelle on rend possible l'activation d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - en cas d'activation du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, pilotage de l'aéronef, par le système de gestion de vol FMS en mode de rattrapage optimisé, c'est-à-dire à poussée minimale avec une vitesse cible de rejointe en palier VCRP et une vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante, la vitesse cible de rejointe en palier VCRP étant égale à la vitesse de finesse maximale de l'aéronef majorée d'une première valeur V1 comprise entre 5 et 15 noeuds, et la vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD étant égale à la vitesse maximale d'opération VMO minorée d'une deuxième valeur V2 comprise entre 3 et 10 noeuds, un noeud étant égal à 0,514 m.s-l. Le procédé selon l'invention peut comprendre une des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - le seuil d'écart SVDEV est d'autant plus petit que la vitesse de variation de l'écart VVDEV est importante - l'étape lors de laquelle on rend possible l'activation d'un mode de rattrapage optimisé est une étape de mise à disposition de l'équipage d'un moyen d'activation manuelle d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - il comprend au moins une étape d'activation du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - en cas d'activation, il comprend une étape de mise à disposition de l'équipage d'un moyen de désactivation manuelle du mode de rattrapage optimisé, - l'étape lors de laquelle on rend possible l'activation est une étape d'activation automatique du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - il comprend au moins une étape de suppression du moyen d'activation en cas d'activation du mode de rattrapage optimisé et/ou une étape de suppression du moyen d'activation lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente, - il comprend une étape de désactivation automatique du mode de rattrapage optimisé lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente alors que le mode de rattrapage optimisé est activé et/ou au moins une étape de désactivation manuelle du mode de rattrapage optimisé au moyen d'un moyen de désactivation manuelle, - en cas de désactivation manuelle du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, lorsque l'aéronef n'a pas rejoint la io trajectoire verticale de descente, on retourne à l'étape de mise à disposition du moyen d'activation, - l'étape de mise à disposition de l'équipage d'un moyen d'activation d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente comprend une étape d'affichage, sur une première zone d'un écran d'une 15 console d'affichage et d'entrées de données MCDU comprenant en outre un clavier, d'une première information informant l'équipage qu'il peut activer un mode de rattrapage optimisée ainsi qu'une étape de configuration de la première zone de sorte que lorsque l'équipage sélectionne la première zone au moyen du clavier le mode de rattrapage optimisé est activé. 20 - l'étape de mise à disposition d'un moyen de désactivation du mode de rattrapage optimisé comprend une étape d'affichage, sur une deuxième zone d'un écran d'une console d'affichage et d'entrées de données MCDU comprenant en outre un clavier, d'une deuxième information informant l'équipage qu'il peut activer un mode de rattrapage optimisée ainsi qu'une 25 étape de configuration de la deuxième zone de sorte que lorsque l'équipage sélectionne la deuxième zone au moyen du clavier le mode de rattrapage optimisé est activé, - en cas d'activation du mode de rattrapage optimisé, le système de gestion de vol FMS calcule, lorsque l'aéronef est en palier, une position 30 horizontale maximale de début de pente à partir de laquelle l'aéronef doit commencer à adopter une trajectoire descendante pour pouvoir rejoindre un prochain point de passage WP du plan de vol contraint en altitude en étant piloté en mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, et affiche, sur un écran de navigation, la position maximale PM de début de 35 pente.
L'invention a également pour objet un procédé d'aide à la rejointe d'un plan de vol de descente comprenant une trajectoire verticale de descente et une trajectoire latérale de descente comprenant les étapes d'un procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente comprenant une étape de décélération jusqu'à la vitesse de descente lorsque l'aéronef a rejoint la trajectoire verticale de descente. L'invention a en outre pour objet un procédé selon l'invention.
Le procédé selon l'invention permet de rejoindre la trajectoire verticale de descente sur une distance au sol minimale, à moindre coût, en sollicitant peu l'équipage. En effet, le procédé selon l'invention permet de limiter l'écart entre l'aéronef et la trajectoire verticale de descente dés le début de la phase de descente même si l'aéronef n'a pas commencé la descente, dés lors que le mode de rattrapage optimisé a été activé. L'aéronef présente une large marge de réduction de vitesse sur les paliers et peut accélérer, en trajectoire descendante, sur une grande plage de vitesses ce qui lui permet de converger efficacement vers la trajectoire verticale du plan de vol de descente. Par ailleurs ce procédé permet de réaliser le rattrapage du plan de vol de descente avec un régime moteur sur ralenti le plus longtemps possible, ce qui génère des économies de carburant. En outre, étant anticipatif et utilisant des accélérations sur des grandes plages de vitesse, il limite au maximum l'utilisation des aérofreins pour rattraper le plan de vol de descente. La mise en oeuvre de ce procédé est peu coûteuse, elle nécessite uniquement une programmation spécifique du système de gestion de vol.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif d'aide à la navigation d'un aéronef, - la figure 2 représente des étapes d'un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, - la figure 3 représente un exemple de trajectoire verticale suivie par un aéronef en fonction de sa position sur la trajectoire latérale, - la figure 4 représente une console de bord présentant un écran affichant une information selon laquelle le mode de rattrapage optimisé peut être activé, - la figure 5 représente une console de bord présentant un écran affichant une information selon laquelle le mode de rattrapage optimisé peut être désactivé, - la figure 6 représente un exemple d'affichage sur un écran de navigation. D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les 1 o mêmes références. Classiquement, un aéronef est équipé d'un dispositif d'aide à la navigation 1 embarqué à bord de l'aéronef tel que représenté sur la figure 1, comprenant un système de gestion de vol FMS, 2 (ou calculateur de vol) 15 comprenant classiquement : - des moyens de localisation LOCNAV, 170, pour localiser l'aéronef, en calculant la position POS et la vitesse V de l'aéronef, à partir d'informations transmises par des moyens de géo-localisation GEO, 220; - des moyens 110 MEM pour mémoriser des paramètres de vol 20 comprenant des éléments géographiques du plan de vol, constituant le squelette de la route à suivre, des données normalisées essentielles, à la construction du plan de vol, des paramètres aérodynamiques et moteurs de l'aéronef représentatifs des performances de l'aéronef, - des modules de calcul 120, 140 pour construire le plan de vol, à 25 partir des données stockées dans les moyens de stockage MEM 110, lesdits moyens de calcul 120, 140 comprenant un module de construction d'une trajectoire latérale TRAJ, 120, pour construire une trajectoire latérale continue à partir des données mémorisées dans les moyens de stockage MEM 110, et comprenant un module de construction d'une trajectoire 30 verticale PRED, 140 pour construire une trajectoire verticale optimisée sur la trajectoire latérale et respectant les contraintes mémorisées dans les moyens de stockage MEM 110, - un module de guidage GUID 190, pour générer des commandes de guidage permettant de guider l'aéronef dans les plans horizontal et vertical le 35 long du plan de vol, tout en optimisant sa vitesse, - un système de liaisons de données numériques DATLINK 180, permettant au système de gestion de vol FMS, 2, de communiquer avec des stations de contrôle aérien ATC, 370. Le système de gestion de vol FMS, 2, comprend en outre des moyens de calcul ECART, 200, pour calculer à intervalles de temps réguliers, l'écart vertical VDEV défini précédemment entre l'aéronef et la trajectoire verticale de descente. Un système de gestion de vol comprend en outre classiquement des moyens de comparaison COMP, 210, pour comparer régulièrement l'écart vertical VDEV à un seuil d'écart prédéterminé 1 o SVDEV. Le dispositif d'aide à la gestion de vol comprend, reliée au système de gestion de vol FMS, 2, une interface homme-machine IHM 300 comprenant : - une boîte de commande de vol, dite FCU, 240, ("Flight Control Unit") comprenant des moyens CONS, 250, pour envoyer des consignes de vol au 15 système de gestion de vol, FMS, 2, - une console d'affichage et d'entrées de données MCDU, 3, ("Multipurpose Control Display Unit") comportant un écran 5 permettant au FMS de communiquer des informations à l'équipage et des moyens 4 de saisie manuelle, permettant à l'équipage de transmettre des données au 20 système de gestion de vol FMS, 2, - un écran de navigation ND, 6, apte à afficher des éléments du plan de vol, - un dispositif de pilotage automatique PA, 230 par l'intermédiaire duquel le FMS, 2, est apte à piloter l'aéronef lorsque celui-ci 25 est configuré en pilotage automatique. Plus précisément, le module de guidage GUID, 190 du FMS, 2, transmet des commandes de guidage comprenant par exemple des consignes de vitesse, de poussée, de pente et le dispositif de pilotage automatique interagit avec un calculateur de commande vol qui contrôle les gouvernes pour que l'aéronef suive la 30 consigne de vitesse et avec un calculateur de moteur qui commande la poussée des moteurs pour que l'aéronef suive une consigne de vitesse ou une consigne de poussée. En variante, le FMS transmet les consignes de vitesse et de poussée à une dispositif d'auto-poussée non représenté qui règle la poussée des moteurs par l'intermédiaire du calculateur de moteur. 35 Le pilote automatique règle quant à lui les gouvernes pour répondre à la consigne de guidage. Une boucle de contrôle asservit la poussée des moteurs et le réglage des gouvernes sur les consignes de guidage.
Sur la figure 2, on a représenté des étapes d'un premier mode de réalisation du procédé d'aide au rattrapage de la trajectoire verticale de descente selon l'invention. Le procédé est mis en oeuvre en phase de descente. II comprend les étapes suivantes : - calcul 10, au moyen du système de gestion de vol FMS, 2, d'un écart vertical VDEV, entre l'aéronef et la trajectoire verticale de descente, - comparaison 11, au moyen du système de gestion de vol FMS, 2, de l'écart vertical VDEV avec un seuil d'écart vertical SVDEV prédéterminée, - lorsque l'écart vertical VDEV dépasse le seuil d'écart vertical SVDEV, une étape 12 lors de laquelle on autorise l'activation d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - en cas d'activation 13, par l'équipage, du mode de rattrapage optimisé, une étape de rattrapage optimisé 14 de la trajectoire verticale de descente, comme définie précédemment, lors de laquelle le FMS, 2, pilote l'aéronef en mode de rattrapage de la trajectoire verticale de descente avec une poussée minimale des moteurs, une vitesse cible de rattrapage en palier VCRP et une vitesse cible de rattrapage en trajectoire descendante VCRD. Dans le procédé selon l'invention, la vitesse cible de rejointe en palier VCRP est égale à la vitesse de finesse maximale de l'aéronef majorée d'une première valeur V1 comprise entre 5 et 15 noeuds et la vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD est égale à la vitesse maximale d'opération VMO minorée d'une deuxième valeur V2 comprise entre de 3 et 10 noeuds. Un noeud est égal à 0,514 m / s. La valeur du seuil d'écart SVDEV est de préférence supérieure ou égale à environ 700 pieds et par exemple égale à 700 pieds. Un pied ou ft est l'unité de mesure du système du système anglo-saxon. Un pied anglais (ft) est égal à 304,8 mm. Dans le premier mode de réalisation du procédé représenté sur la figure 1, l'étape 12 lors de laquelle on autorise l'activation d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, est une étape lors de laquelle on met à disposition de l'équipage, un moyen d'activation manuelle d'un mode de rattrapage optimisé. Dans un deuxième mode de réalisation l'étape 12 d'autorisation de l'activation est une étape d'activation 13 du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente. Dans ce mode de réalisation, le mode de rattrapage optimisé reste activé jusqu'à ce que l'aéronef rejoigne la trajectoire verticale de rejointe.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de suppression 15b du moyen d'activation du mode de rattrapage optimisé, par exemple au moment de l'activation 13 du mode de rattrapage optimisé ou lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente. Ainsi, tant que le mode de rattrapage optimisé n'est pas activé et que l'aéronef n'a pas rejoint la trajectoire verticale 1 o de descente, le moyen d'activation est disponible même si l'écart vertical VDEV repasse en dessous du seuil SVDEV. Avantageusement, un moyen de désactivation manuelle du mode de rattrapage optimisé est mis à disposition 15 de l'équipage. Cette étape est avantageusement mise en oeuvre en cas d'activation 13. Le moyen de 15 désactivation est avantageusement disponible lorsque le mode de rattrapage optimisé est activé. Avantageusement, en cas de désactivation 16 du mode de rattrapage optimisé, le procédé comprend une étape 17 de suppression du moyen de désactivation du mode de rattrapage optimisé. La désactivation 16 peut être est réalisée manuellement par l'équipage ou automatiquement 20 lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente (profil vertical de descente) alors que le mode de rattrapage optimisé est activé. On considère que l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente lorsque l'écart vertical VDEV est inférieur ou égal à un seuil de tolérance T prédéterminé. La désactivation 16 manuelle est réalisée au moyen du moyen de désactivation 25 du mode de rattrapage optimisé ou au moyen d'un moyen pour configurer l'aéronef en mode de pilotage manuel (dans lequel c'est l'équipage qui pilote l'aéronef). En variante, le procédé ne comporte pas d'étape de mise à disposition 15 d'un moyen de désactivation du mode de rattrapage optimisé du plan de vol lorsque le mode de rattrapage optimisé est activé 13, le mode 30 de rattrapage optimisé est automatiquement désactivé à la rejointe de la trajectoire verticale de descente. En cas de désactivation 16 du mode de rattrapage optimisé, ou lorsque celui-ci n'a pas été activé, l'aéronef est soit piloté automatiquement soit piloté par le FMS. Le FMS pilote l'aéronef selon le mode de 35 fonctionnement dans lequel il est configuré initialement avant l'activation 13 du mode de rattrapage optimisé. Par exemple, le FMS pilote l'aéronef en mode de rattrapage semblable à l'état de l'art antérieur décrit précédemment. Si l'équipage de l'aéronef désactive 16 le mode de rattrapage optimisé et l'aéronef n'a pas rejoint la trajectoire verticale de descente, on retourne avantageusement à l'étape 12 de mise à disposition du moyen d'activation (ce retour n'est pas représenté sur la figure 5). Le procédé peut ainsi comprendre une suite d'activations et de désactivations du mode de rattrapage optimisé. Dans une variante du procédé selon l'invention, l'étape 12 d'autorisation de l'activation a lieu lorsque l'écart vertical VDEV dépasse le seuil d'écart vertical SVDEV uniquement si l'aéronef est configuré en mode pilotage automatique.
Nous allons maintenant expliquer plus précisément le procédé selon le premier mode de réalisation de l'invention et notamment l'étape 14 de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente. Nous avons représenté schématiquement sur la figure 3 un exemple de trajectoire verticale de descente (en trait épais) et de trajectoire verticale suivie par l'aéronef (en trait continu fin), en fonction de la position P de l'aéronef sur la trajectoire latérale entre une position horizontale de début de descente Pi et une position horizontale de fin de descente Pf. Entre ces positions, l'aéronef est supposé suivre la trajectoire latérale de descente. La trajectoire verticale de descente est précédée d'une trajectoire verticale plane représentée en traits pointillés correspondant au palier suivi par l'aéronef pendant la phase de croisière. Nous supposons que, pendant la phase de croisière, l'aéronef est configuré en pilotage automatique et qu'il est guidé avec une vitesse de croisière Vc sur un palier (en trajectoire horizontale), ce palier est appelé palier de croisière. A la position de réception Pr, une unité de contrôle aérien ATC envoie au FMS, 2, par l'intermédiaire de la liaison de données numériques DATALINK, 180, une consigne de vol lui interdisant d'adopter une trajectoire descendante tant qu'il n'a pas reçu une consigne inverse. En variante, l'équipage envoie des consignes au FMS au moyen des moyens CONS, 250.
Ainsi, lorsque l'aéronef arrive à la position initiale de descente Pi, le FMS continue de guider l'aéronef sur le palier de croisière tout en suivant la trajectoire latérale de descente ce qui a pour conséquence de créer un écart vertical entre l'aéronef et la trajectoire verticale de descente. Le FMS calcule régulièrement l'écart vertical VDEV. Avantageusement, la valeur de l'écart VDEV est affichée sur l'écran 5 de la console 3. Lorsqu'à la position Po, l'écart vertical VDEV dépasse le seuil SVDEV prédéterminé, le FMS met à disposition 12 de l'équipage, un moyen d'activation du mode de rattrapage optimisé. Cette étape comprend, par exemple, comme représenté sur la figure 4, une étape d'affichage, sur une première zone Z1 de l'écran 5 de la console MCDU, 3, d'une première information 11 (ici "SPD TO PATH") informant l'équipage qu'il peut activer un mode de rattrapage optimisé. Cette étape 12 comprend également une étape de configuration de la zone Z1 de sorte que lorsque l'équipage appuie sur la touche 4Z1 du clavier 4 qui est adjacente à la zone Z1, c'est-à-dire lorsque l'équipage sélectionne la zone Z1 au moyen du clavier 4, le mode de fonctionnement en rattrapage optimisé du FMS est déclenché. En cas d'activation 13 du mode de rattrapage optimisé, comme représenté sur la figure 5, l'étape 15 de mise à disposition d'un moyen de désactivation comprend une étape d'affichage sur une deuxième zone Z2, d'une deuxième information 12 informant le pilote qu'il peut désactiver le mode de rattrapage optimisé (ici "CANCEL SPEED TO PATH") et une étape de configuration de la deuxième zone d'affichage Z2 de sorte que lorsque l'équipage appuie sur la touche 4Z2 du clavier 4 qui est située face à la zone Z2, c'est-à-dire lorsque l'équipage sélectionne la zone Z2 au moyen du clavier 4, le mode de fonctionnement en rattrapage optimisé du FMS est désactivé. Sur l'exemple représenté sur les figures 3 et 4, la première Z1 est identique à la deuxième zone Z2, l'information 12 vient remplacer l'information 11. Ces zones peuvent être différentes. C'est classiquement le FMS qui commande l'affichage d'informations sur la console de bord MCDU et qui pilote la configuration des zones d'affichage. En résumé les moyens d'activation et de désactivation sont compris dans la console de bord MCDU et interagissent avec le FMS. En variante, le dispositif d'aide à la navigation comprend initialement 35 des moyens d'activation et de désactivation du mode de rattrapage optimisé.
La mise à disposition et respectivement la suppression des moyens d'activation et de désactivation correspondent au déverrouillage et respectivement au verrouillage des moyens correspondants. Lorsqu'un moyen est verrouillé (déverrouillé) il ne communique pas (il communique) avec le FMS. On suppose que l'utilisateur active le mode de rattrapage optimisé à la position horizontale P1. Entre la position P1 et la position P2, le système de gestion de vol FMS, 2, guide l'aéronef sur le palier de croisière avec une poussée minimale des moteurs de l'aéronef en considérant une vitesse cible 1 o de rejointe en palier peu différente de la vitesse de finesse maximale comme défini précédemment. Autrement dit l'aéronef, contraint à suivre le palier de croisière, ralentit jusqu'à VCRD pour limiter l'accroissement dans le temps de l'écart vertical entre l'aéronef et le plan de vol de descente. Le procédé selon l'invention permet de limiter l'écart entre l'aéronef et le plan de vol très 15 tôt pendant la phase de descente avant même d'avoir commencé à descendre. La vitesse de finesse maximum est la vitesse qui garantit une sustentation dans l'air avec une marge acceptable protégeant du décrochage. Cette vitesse étant très faible, l'aéronef dispose d'une large marge de réduction de la vitesse sur le palier. En effet, quelque soit l'altitude 20 considérée, la vitesse de descente est supérieure à la vitesse de finesse maximale de l'aéronef. Un exemple d'aéronef présente à 30 000 pieds (ft) une vitesse de descente de l'ordre de 300 noeuds, et une vitesse de finesse maximale de l'ordre de 190 à 200 noeuds. La vitesse cible de rejointe en palier est un peu supérieure à la vitesse de finesse maximale de sorte à 25 éviter qu'en zone de turbulence l'aéronef n'atteigne une vitesse inférieure à la vitesse de finesse maximale ce qui provoquerait le décrochage de l'aéronef. Au point P2, l'équipage envoie au FMS, 2, une consigne de vol autorisant l'aéronef à adopter une trajectoire descendante, au moyen des 30 moyens CONS, 250. Le FMS règle la poussée des moteurs au ralenti et règle l'angle de tangage (ou inclinaison par rapport au sol) de l'aéronef de sorte que l'aéronef rallie une vitesse cible de rejointe en descente VCRD en accélérant. Autrement dit, comme visible sur la figure 3, tant que la vitesse V est supérieure à la vitesse cible de descente VCRD, l'aéronef présente un 35 angle de tangage important (inclinaison importante par rapport au sol) et lorsque la vitesse cible de descente VCRD est atteinte au point P3, le FMS ajuste l'angle de tangage de l'aéronef pour maintenir la vitesse V égale à la vitesse cible de rejointe en descente VCRD. L'angle de tangage répond à une boucle fermée en loi de guidage, qui asservit la vitesse de l'aéronef sur la vitesse cible de rejointe en descente VCRD peu supérieure à la vitesse maximale d'opération VMO. La vitesse maximale d'opération VMO est supérieure, quelque soit l'altitude, à la vitesse de descente de l'aéronef. Par exemple, l'aéronef déjà cité présente à 30000 pieds, une vitesse maximale d'opération VMO de l'ordre de 350 noeuds. On permet ainsi à l'aéronef d'accélérer sur une grande plage de vitesse jusqu'à une vitesse cible VCRD élevée, ce qui permet de se rapprocher rapidement (c'est-à-dire sur une distance minimale) de la trajectoire verticale plan de vol de descente. La vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD est choisie un peu inférieure à la vitesse maximale d'opération VMO qui est la vitesse maximale avec laquelle l'aéronef est autorisé à voler, on s'assure qu'une rafale de vent n'amène pas l'aéronef au-delà de la vitesse maximale d'opération. En résumé, les vitesses de rejointe de descente VCRD et de palier VCRP sont choisies les plus éloignées possible l'une de l'autre. Lors de la phase de descente, l'aéronef peut suivre une succession de paliers et de trajectoires descendantes. Or, la vitesse de finesse maximale diminue quand l'altitude de l'aéronef diminue et la vitesse maximale d'opération VMO augmente lorsque l'altitude de l'aéronef diminue. Ainsi, en mode de rattrapage optimisé, l'écart entre la vitesse cible de rejointe en palier VCRP et la vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD augmente lorsque l'aéronef descend. L'aéronef présente un réservoir d'accélération d'autant plus important que l'aéronef est en basse altitude. A basse altitude l'avion peut donc voler avec une pente plus forte car la plage des vitesses utilisables est plus importante (VMO est plus grande et la différence entre les vitesses cible de descente et de palier est plus important.) Lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente au point P4, le mode de rattrapage optimisé est automatiquement désactivé. Le système de gestion de vol FMS, 2, supprime 17, le moyen de désactivation du mode du rattrapage optimisé (il efface l'information 12 et change la configuration de la zone Z2 associée.) Le FMS guide l'aéronef sur le long de la route associée au plan de vol de descente, il ramène la vitesse V à la vitesse déterminée par le plan de vol de descente. Ainsi l'aéronef rejoint le plan de vol de descente. C'est une étape de décélération vers la vitesse de descente.
En variante, l'étape 10 de calcul de l'écart VDEV est couplée à une étape de calcul de la vitesse de variation de l'écart VVDEV et le seuil d'écart SVDEV dépend de la vitesse de variation de l'écart. Avantageusement, le seuil d'écart SVDEV diminue lorsque la vitesse de variation de l'écart VVDEV augmente. Ainsi, on donne la possibilité au pilote d'activer plus rapidement le mode de rattrapage optimisé lorsque l'écart augmente rapidement. En activant le mode de rattrapage optimisé dès le début d'un palier, on limite pendant un maximum de temps l'augmentation de l'écart et on dispose d'un plus grand réservoir d'énergie cinétique pour rejoindre la trajectoire verticale de descente.
La trajectoire latérale et la trajectoire verticale d'un plan de vol de descente passent classiquement par des points de passage WP1, WP2, WP3 contraints en altitude (en référence à l'anglo-saxon "waypoints") comme représenté sur la figure 6 qui représente un exemple d'affichage sur l'écran de navigation ND, 6 affichant la trajectoire latérale de descente 8 et la position de l'aéronef 9. Un point de passage WP; contraint en altitude est défini par une position horizontale et une position verticale (altitude) prédéfinies. En mode de rattrapage optimisé, le FMS calcule classiquement, lorsque l'aéronef est en palier, une position horizontale maximale de début de pente PM à partir de laquelle l'aéronef doit commencer à adopter une trajectoire descendante pour pouvoir rejoindre le prochain point de passage en mode de rattrapage optimisé. Le FMS affiche avantageusement cette position PM sur l'écran de navigation ND, 6 pour en informer le pilote qui peut prendre les dispositions appropriées s'il atteint ce point.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'aide à la rejointe, d'une trajectoire verticale de descente qu'un aéronef est supposé devoir suivre, ledit procédé utilisant un système de gestion de vol FMS (2) embarqué à bord de l'aéronef caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - calcule (10) d'un écart vertical VDEV, dans un plan vertical, entre l'aéronef et la trajectoire latérale de descente, - comparaison (11) entre l'écart vertical VDEV et un seuil d'écart 10 SVDEV prédéterminé, - lorsque l'écart vertical VDEV atteint le seuil d'écart SVDEV, une étape (12) lors de laquelle on rend possible l'activation (13) d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, - en cas d'activation (13) du mode de rattrapage optimisé de la 15 trajectoire verticale de descente, pilotage (14) de l'aéronef par le système de gestion de vol FMS (2) en mode de rattrapage optimisé, c'est-à-dire à poussée minimale avec une vitesse cible de rejointe en palier VCRP et une vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD, la vitesse cible de rejointe en palier VCRP étant égale à la vitesse de finesse maximale de 20 l'aéronef majorée d'une première valeur V1 comprise entre 5 et 15 noeuds, et la vitesse cible de rejointe en trajectoire descendante VCRD étant égale à la vitesse maximale d'opération VMO minorée d'une deuxième valeur V2 comprise entre 3 et 10 noeuds, un noeud étant égal à 0,514 m.s-'. 25
- 2. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil d'écart SVDEV est d'autant plus petit que la vitesse de variation de l'écart VVDEV est importante. 30
- 3. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape (12) lors de laquelle on rend possible l'activation (13) d'un mode de rattrapage optimisé est une étape de mise à disposition de l'équipage d'un moyen d'activation manuelle d'un mode de rattrapage optimisé de la 35 trajectoire verticale de descente.
- 4. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'activation (13) du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente.
- 5. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas d'activation (13), il comprend une étape de mise à disposition (15) 1 o de l'équipage d'un moyen de désactivation manuelle du mode de rattrapage optimisé.
- 6. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que 15 l'étape (12) lors de laquelle on rend possible l'activation (13) est une étape d'activation (13) automatique du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente.
- 7. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente 20 selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de suppression (15b) du moyen d'activation manuelle en cas d'activation (13) du mode de rattrapage optimisé et/ou une étape de suppression (15b) du moyen d'activation manuelle lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de descente. 25
- 8. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de désactivation (16) automatique du mode de rattrapage optimisé lorsque l'aéronef rejoint la trajectoire verticale de 30 descente alors que le mode de rattrapage optimisé est activé et/ou au moins une étape de désactivation (16) manuelle du mode de rattrapage optimisé au moyen d'un moyen de désactivation manuelle.
- 9. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente 35 selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'en cas de désactivation (16)manuelle du mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente lorsque l'aéronef n'a pas rejoint la trajectoire verticale de descente on retourne à l'étape (12) de mise à disposition du moyen d'activation manuelle.
- 10. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 ou 7 à 9, caractérisé en ce que l'étape (12) de mise à disposition de l'équipage d'un moyen d'activation d'un mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente comprend une étape d'affichage, sur une première zone (Z1) d'un écran (5) d'une console d'affichage et d'entrées de données MCDU (3) comprenant en outre un clavier (4), d'une première information (I1) informant l'équipage qu'il peut activer un mode de rattrapage optimisé ainsi qu'une étape de configuration de la première zone (Z1) de sorte que lorsque l'équipage sélectionne la première zone (Z1) au moyen du clavier (4) le mode de rattrapage optimisé est activé.
- 11. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que l'étape (15) de mise à disposition d'un moyen de désactivation du mode de rattrapage optimisé comprend une étape d'affichage, sur une deuxième zone (Z2) d'un écran (5) d'une console d'affichage et d'entrées de données MCDU (3) comprenant en outre un clavier (4), d'une deuxième information (12) informant l'équipage qu'il peut activer un mode de rattrapage optimisée ainsi qu'une étape de configuration de la deuxième zone (Z2) de sorte que lorsque l'équipage sélectionne la deuxième zone (Z2) au moyen du clavier (4) le mode de rattrapage optimisé est activé.
- 12. Procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas d'activation (13) du mode de rattrapage optimisé, le système de gestion de vol FMS (2) calcule, lorsque l'aéronef est en palier, une position horizontale maximale de début de pente à partir de laquelle l'aéronef doit commencer à adopter une trajectoire descendante pour pouvoir rejoindre un prochain point de passage WP du plan de vol, contraint en altitude, en étantpiloté en mode de rattrapage optimisé de la trajectoire verticale de descente, et affiche, sur un écran de navigation (6), la position maximale PM de début de pente.
- 13. Procédé d'aide à la rejointe d'un plan de vol de descente comprenant une trajectoire verticale de descente et une trajectoire latérale de descente comprenant les étapes d'un procédé d'aide à la rejointe d'une trajectoire verticale de descente selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque l'aéronef a rejoint la trajectoire 1 o verticale de descente, il comprend une étape de décélération jusqu'à la vitesse de descente.
- 14. Dispositif d'aide à la navigation apte à mettre en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 15
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