FR3012630A1 - Procede d'aide a la navigation pour un aeronef en descente et en approche a poussee reduite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'aide à la navigation pour un aéronef entre un point de début de descente (T/D) et un point de fin de calcul (WPTend), comprenant des étapes de calcul consistant à : • collecter un plan de vol constitué d'une succession de points de passage (WPTi) et des contraintes verticales (CVi) associées, • déterminer un corridor constitué d'une trajectoire plancher (Binf) et d'une trajectoire plafond (Bsup) définissant les altitudes minimales et maximales autorisées à l'aéronef, • scinder le corridor en plusieurs cellules (CELj) définies entre deux points de passage les plus éloignés entre lesquels la trajectoire plafond (Bsup) est distincte de la trajectoire plancher (Binf), • déterminer pour au moins une cellule (CELj) une trajectoire verticale respectant les contraintes d'altitude et comprenant un segment IDLE le plus long possible, et une étape consistant à déterminer et afficher des points de manœuvres de l'aéronef permettant de suivre la trajectoire verticale cible.

Description

Procédé d'aide à la navigation pour un aéronef en descente et en approche à poussée réduite L'invention concerne un procédé de construction de trajectoire verticale d'un aéronef, et plus particulièrement un procédé de construction de trajectoire verticale destiné à optimiser les manoeuvres d'un aéronef dans une phase de descente et d'approche de la piste de l'aéroport d'arrivée.

Les procédures terminales, couvrant les phases de décollage et d'atterrissage, font l'objet de recherches afin de diminuer les nuisances environnementales, en particulier le bruit ou les émissions de gaz polluant ou à effet de serre. Les procédures d'approche couramment mises en oeuvre comportent généralement une série alternée de segments de descente et de paliers d'altitude constante. Une telle procédure d'approche est schématisée en figure 1 par la trajectoire référencée 10. Les paliers 11 réalisés à altitude constante permettent au contrôle aérien de surveiller et séparer l'aéronef du relief ou d'autres aéronefs. Ils permettent également d'effectuer diverses manoeuvres, comme réduire la vitesse aéronef ou modifier sa configuration aérodynamique (sortie des becs, des volets, des aérofreins) tout en préservant le confort des passagers. Des procédures alternatives à cette approche par paliers sont envisagées. On connait par exemple les procédures CDA, pour l'acronyme anglo-saxon Continuous Descent Approach, qui ont pour but de descendre vers la piste d'atterrissage en maintenant une poussée réduite afin de minimiser les nuisances (bruit et pollution). Pour cela, on cherche à maintenir l'aéronef en poussée réduite, ou régime IDLE thrust selon la terminologie anglo-saxonne, le plus longtemps possible, entre un point de début de descente et un point de sortie au-delà duquel la poussée réduite ne peut plus être tenue pour permettre l'atterrissage de l'aéronef. Une procédure CDA sans contrainte verticale, ou CDA-SCV, est représentée par la trajectoire 12 sur la figure 1. L'aéronef est maintenu en poussée réduite sur cette trajectoire le plus longtemps possible, et sans palier d'altitude constante. Une procédure CDA avec contrainte verticale, ou CDA-PVC, est représentée par la trajectoire 13. Dans ce cas, la descente est également réalisée en régime ralenti mais tient également compte d'éventuelles contraintes verticales, en altitude et/ou en vitesse en un ou plusieurs points intermédiaires entre le point de début de descente et le point de sortie. On connait aussi les procédures dites « green » dans la terminologie anglo-saxonne, pour lesquels les procédures de descente à 5 poussée réduite permettent de réduire les émissions de polluants et de gaz à effet de serre. En maintenant autant que possible le régime de ralenti, on réduit d'autant la consommation en carburant, ainsi que les coûts d'exploitation des compagnies aériennes. Ces procédures de descente à poussée réduite et leurs mises en oeuvre sont expliquées en détail dans la 10 suite. Systèmes FMS de l'art antérieur Divers systèmes existent pour aider un équipage au pilotage d'un 15 aéronef notamment lors d'une phase d'approche. Parmi ces systèmes on connaît en particulier les systèmes de gestion de vol, dit FMS, pour son acronyme anglo-saxon Flight Management System, schématisé sur la figure 2 et comprenant les fonctions suivantes : - Localisation LOCNAV, repérée 1 : permettant de localiser l'aéronef au 20 moyen de divers outils ou instruments de géo localisation (GPS, GALILEO, balises radios VHF, centrales inertielles), - Plan de vol FPLN, repérée 2: permettant de saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre (procédures de départ et d'arrivée, points de passages, etc...), 25 - Base de donnée de navigation NAVDB 3 : permettant de construire des routes géographiques et des procédures à partir de données inclues dans les bases (points, balises, legs d'interception ou d'altitude, etc...), - Base de données de performance PRF DB 4 : contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil, 30 - Trajectoire latérale TRAJ 5: permettant de construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances avion et les contraintes de confinement, - Prédictions PRED 6 : permettant de construire un profil vertical optimisé compatible de la trajectoire latérale, - Guidage GUIDANCE 7 : permettant de guider dans les plans latéraux et verticaux l'aéronef sur sa trajectoire 3D, tout en optimisant la vitesse, - Liaison de donnée numérique DATALINK 8 : permettant de communiquer avec les centres de contrôle, les compagnies aériennes et les autres 5 aéronefs. Plan de vol & contraintes verticales Un plan de vol défini par le pilote comprend une liste de points de 10 passage communément appelés waypoints et caractérisés notamment par des coordonnées géographiques latérales et verticales, des contraintes de vitesse et/ou des contraintes de temps de passage. La figure 3 illustre un plan de vol classique d'un aéronef 20 se rendant vers une piste d'atterrissage en un point d'atterrissage 21, et comprenant une séquence de 15 points de passage WPTi. A partir de ces points de passage, le FMS détermine une trajectoire cible pour l'aéronef, constituée d'une série de segments 22 reliant deux points de passage successifs. La trajectoire est généralement scindée entre une trajectoire latérale, déterminée par la fonction TRAJ 5, et une trajectoire verticale, déterminée au moyen de la 20 fonction PRED 6. Sur la figure 3 est représentée la trajectoire latérale, référencée PP. Les contraintes en altitude, vitesse ou heure de passage des points de passage peuvent être exprimées de diverses façons. On connait en particulier : 25 - des contraintes en altitude, par exemple du type « AT » (passage au point à l'altitude donnée), « AT OR ABOVE » (passage à ou au dessus de l'altitude donnée), « AT OR BELOW » (passage à ou en dessous de l'altitude) ou « WINDOW » (passage entre deux altitudes), - des contraintes en vitesse, par exemple de type « AT » (passage au 30 point à la vitesse donnée), « AT OR FASTER » (passage à ou au dessus de la vitesse donnée), « AT OR LESS » (passage à ou en dessous de la vitesse) ou « WINDOW » (passage entre deux vitesses), et - des contraintes horaires, par exemple de type « AT » (passage au point à l'heure donnée), « AT OR AFTER » (passage à ou après l'heure donnée), « AT OR BEFORE » (passage à ou avant l'heure donnée) ou « WINDOW » (passage entre deux heures). Notons que les contraintes en vitesse sont généralement définies en vitesse conventionnelle dite CAS, pour l'acronyme anglo-saxon Calibrated 5 Air Speed. Cela ne constitue pas une limitation de la présente invention qui s'applique plus généralement à tout type de contrainte de vitesse, par exemple exprimée en nombre de Mach, en vitesse air dite TAS pour l'acronyme anglo-saxon True Airspeed, ou encore en vitesse sol dite GS pour l'acronyme anglo-saxon Ground Speed ; toutes ces vitesses étant bien 10 connues de l'homme du métier. D'autres contraintes existent et ne sont pas liées à un waypoint donné. On peut citer la « SPEED LIMIT » ou « limite de vitesse de descente » qui représente une vitesse à ne pas dépasser en dessous d'une altitude donnée pour des raisons de bruit et de séquencement du trafic à proximité 15 des aéroports. Pour la plupart des aéroports mondiaux, cette vitesse est de 250 kts (kts = noeuds, soit environ 130 m/s ou 460 km/h) en dessous de 10.000 ft (ft = feet = pieds, soit environ 3050 m). D'autres types de contraintes en vitesse ou altitude peuvent également exister comme des contraintes en vitesse à une certaine distance de la piste. 20 Profils de descente et d'approche Les figures 4a, 4b, 4c, 4d, 4e et 4f illustrent plusieurs profils typiques de descente en altitude et en vitesse. Pour l'ensemble de ces figures, le profil 25 en altitude est représenté en partie supérieure de la figure, et le profil en vitesse est représenté en partie inférieure. Le profil de vitesse est représenté en vitesse conventionnelle CAS. L'abscisse représente la distance DtD (acronyme anglo-saxon pour « Distance To Destination ») séparant l'aéronef du point d'atterrissage 21 représentée à l'extrême droite de la figure. 30 Avant de décrire en détail ces différents profils de descente classiques, rappelons par quelques équations les principes de l'évolution verticale d'un aéronef en vol. L'évolution verticale d'un aéronef à voilure fixe peut être définie par l'équation de la dynamique suivante : EPext dt (1) dans laquelle Fext représentent les forces extérieures appliquées à l'aéronef, m la masse de l'aéronef, et V sa vitesse. En projection sur deux axes horizontaux et verticaux, l'équation (1) 5 s'exprime par les deux équations suivantes : - dans le plan horizontal : m.d d = Tx - Fx - mg. sin y (2) - et dans le plan vertical : F, = mg.cos y (3) 10 dans lesquelles Tx est la poussée (thrust en anglais), Fx est la trainée, Fz est la portance, et y est la pente aérodynamique. La portance peut s'exprimer par la relation : Fz = Y2 p.S.Vair2.Cz (4) 15 dans laquelle p est la masse volumique de l'air, S la surface aérodynamique, Vair la vitesse air et Cz le coefficient de portance. De même, la trainée peut s'exprimer par la relation : Fx = Y2 p.S.Vair2.Cx (5) 20 dans laquelle Cx est le coefficient de trainée. La trainée et la portance de l'aéronef sont liées par une même aérodynamique de l'aéronef. Les coefficients de portance C, et de portance Cx sont donc liés par une équation du type : Cx = f (Cz) (6) 25 Le coefficient de trainée Cx peut généralement être déterminé de manière empirique, au moyen de calculs numériques ou d'essais préalables en soufflerie. Ce coefficient peut généralement être exprimé au moyen d'une relation du type : Cx = f (Cx lisse ; Cx conf(t) avec i = 1 ... Nconf ; Cx m) (7) 30 dans laquelle Cx lisse représente la trainée de l'aéronef dans le cas où l'aéronef est en configuration dite lisse, c'est-à-dire lorsque les becs, volets, aérofreins et trains d'atterrissage sont rentrés ; Cx conf(i) avec i = 1 ... Nconf représente la trainée supplémentaire dans les différentes situations aérodynamiques possibles en approche, c'est-à-dire avec les becs, et/ou les 35 volets, et/ou les aérofreins et/ou les trains d'atterrissage sortis ; et Cx m représente la traînée induite par la masse aéronef ; la fonction « f» étant généralement une simple somme pondérée des différents coefficients. On sait enfin que la position aéronef, en latéral (x) et vertical (z), peut se calculer par intégration en fonction de la vitesse V et de la pente 5 aérodynamique y au moyen des deux relations suivantes : dx / dt = V . cos y, et dz / dt = V . sin y (8) En résumé, les trois variables vitesse V, pente aérodynamique y et poussée TX, sont reliées par deux équations (les équations référencées (2) et 10 (3)). Il existe donc un lien entre ces trois grandeurs. En pratique, cela signifie que le pilotage de l'aéronef dans le plan vertical peut être réalisé en figeant deux variables, la troisième se déduisant des équations décrites ci-dessus. Plusieurs modes de contrôle dans le plan vertical sont ainsi mis en oeuvre: - Mode poussée fixe et vitesse imposée ; la résultante étant la pente, 15 - Mode pente fixe et vitesse imposée ; la résultante étant la poussée, - Mode pente fixe et poussée imposée ; la résultante étant la vitesse, - Mode poussée fixe et accélération/décélération imposée ; la résultante étant la pente. D'autres modes de contrôle, aujourd'hui non implémentés dans les suites 20 avioniques, pourraient être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention. La figure 4a représente un premier profil classique de descente en altitude et en vitesse. Le profil représente la trajectoire verticale cible de 25 l'aéronef entre le point de début de descente et la piste d'atterrissage 21. Le point de début de descente, référencé T/D pour l'acronyme anglo-saxon Top of Descent, est caractérisé par une distance T/D Dist le séparant du point d'atterrissage 21, une altitude CRZ ALT, et une vitesse CRZ MACH. Dans la phase de croisière précédant le point T/D, l'aéronef est généralement en 30 configuration lisse. A partir de ce point, la descente et la décélération sont réalisées en plusieurs étapes jusqu'à atteindre le point d'atterrissage 21 à une altitude RWY ALT et pour une vitesse d'atterrissage VAPP. Ce premier profil de descente comprend trois segments successifs : - Un premier segment 25 réalisé à vitesse imposée et poussée fixe. Sur ce segment, la descente s'effectue en général en deux portions : une première portion sur laquelle la descente s'effectue à une vitesse MACH imposée égale à la vitesse DES MACH, et une seconde portion sur laquelle 5 la descente s'effectue à une vitesse CAS imposée égale à DES CAS. La transition de vitesse entre les deux portions est réalisée à une altitude XOVER ALT pour laquelle la vitesse air (TAS) correspondant à DES MACH est égale à la vitesse air correspondant au DES CAS. Ainsi, le changement de mode de vitesse de MACH vers CAS s'effectue à une même vitesse air et 10 il n'y a donc pas de changement de régime moteur. Ce segment 25 est en général réalisé au régime ralenti (IDLE). Typiquement, l'avion se laisse tomber à poussée fixe en modifiant son attitude (i.e. en cabrant, ou en piquant) pour s'asservir sur la vitesse (DES MACH sur la première portion, puis DES CAS sur la seconde portion). 15 Comme précédemment expliqué, la résultante de ce mode de pilotage à poussée fixe et vitesse imposée est la pente aérodynamique. On constate une pente légèrement plus forte sur le segment en MACH. Ceci s'explique par le fait que la pente croît avec la vitesse CAS, et qu'à MACH constant, la CAS augmente lorsque l'altitude diminue. 20 - Un second segment 26 qui a pour but de rejoindre un point DECEL d'altitude et de vitesse prédéterminées, respectivement FCA ALT et SPDLIM CAS, avec pour contrainte une vitesse inférieure ou égale à SPDLIM CAS pour une altitude inférieure à une altitude intermédiaire SPDLIM ALT. A partir de cette double contrainte du point d'arrivée DECEL et 25 du point intermédiaire, les systèmes FMS déterminent par des calculs itératifs le point 27 à partir duquel il faut commencer la décélération, ou autrement dit le point de transition entre les segments 25 et 26. Ce point 27 de changement de vitesse est repéré en distance à SPDCHG Dist et/ou en altitude à SPDCHG ALT. 30 - Un troisième segment 28 à partir duquel l'équipage doit commencer à engager les configurations aérodynamiques d'approche, en sortant les becs, et/ou les volets, et/ou les trains d'atterrissage, et/ou les aérofreins. Le troisième segment a pour but de rejoindre le point d'atterrissage 21 à partir du point DECEL. Une première portion 28a de ce 35 dernier segment est réalisée à altitude constante, permettant de stabiliser l'aéronef pendant la phase d'engagement des configurations aérodynamiques d'approche. L'approche se termine par une dernière portion 28b au cours de laquelle l'aéronef rejoint la piste en général à pente imposée.

Ce découpage en trois segments permet d'illustrer les grandes étapes de ce profil de descente typique en aéronautique. Dans l'état connu de la technique, on parle aussi de « phase de descente » ou DES PHASE pour la partie précédant le point DECEL (i.e. les segments 25 et 26), et de « phase d'approche » ou APP PHASE pour la partie suivant le point DECEL (i.e. le segment 28). La phase d'approche correspond à une phase où la configuration dynamique n'est pas lisse. Les deux portions du segment 28, respectivement référencées 28a et 28b, sont respectivement dénommés « approche intermédiaire » ou INT APP, et « segment d'approche finale » ou FINAL APP, et correspondent respectivement à la portion réalisée à altitude constante et à la portion réalisée à pente constante. Sur ce premier profil de descente représenté en figure 4a, la phase de descente et la phase d'approche intermédiaire peuvent être réalisées en régime ralenti. En revanche, l'approche finale est en régime calculé, la pente et la vitesse étant figées. Ce profil vertical est largement répandu et régulièrement mis en oeuvre sur les aéronefs commerciaux en phase de descente et d'approche vers la piste d'atterrissage. Ce profil correspond à la trajectoire 10 de la figure 1 décrite en préambule. La figure 4b représente un second profil classique de descente en altitude et en vitesse. Ce profil présente de nombreux points communs avec le premier profil décrit en figure 4a qui ne seront pas repris ici en détail. Ce second profil a pour but de supprimer les paliers d'altitude constante réalisés à basse altitude. Pour cela le point DECEL est décalé de manière à permettre une décélération d'approche, entre le point DECEL et le point d'atterrissage 21, réalisée en régime ralenti (la résultante est donc la pente). Autrement dit, le segment 29 ne comprend pas de palier. Le segment d'approche intermédiaire 29a, au cours duquel la configuration aérodynamique est modifiée, est réalisé à altitude décroissante, au contraire du segment d'approche intermédiaire 28a en figure 4a. Ce second profil de descente correspond donc à la trajectoire 12 de la figure 1 décrite en préambule. C'est le profil de descente typique d'une descente CDA « Continuous Descent Approach » sans contrainte verticale. Une telle descente permet de limiter les nuisances (sonores, polluants, etc...) à proximité de la piste d'atterrissage en supprimant les paliers réalisés à basse altitude. La figure 4c représente un troisième profil de descente en altitude et en vitesse. Comme précédemment, les points communs avec les profils décrits en figures 4a et 4b ne sont pas repris en détail. Notons que les profils des figures 4a et 4b sont représentés sur la figure 4c respectivement par les trajectoires 30 et 31 en traits pointillés. Ce troisième profil comprend une contrainte verticale en un point WPT6 situé entre le point de début de descente T/D et le point DECEL. Dans cet exemple, la contrainte verticale est de type « AT OR ABOVE » en altitude, l'aéronef devant passer le point WPT6 à une altitude supérieure ou égale à WPT6 ALT, et de type « AT OR LESS » en vitesse, l'aéronef devant passer le point WPT6 à une vitesse inférieure ou égale à WPT6 SPD. Partant des profils tels que décrits par les figures 4a et 4b, le profil de descente est modifié, par exemple par l'ajout des deux segments suivants : - Un segment 32 de changement de vitesse, réalisé à poussée fixe et accélération/décélération imposée, reliant un point SPDCHG au point de passage WPT6 ; le point SPDCHG étant déterminé de manière à respecter la contrainte verticale au point WPT6. - Un segment 33 réalisé à pente fixe et vitesse imposée au de là du point WPT6. La pente est plus importante que celle résultant du régime ralenti IDLE pour permettre de rattraper le profil de descente 30 au second point SPDCHG permettant de respecter la double contrainte du point DECEL décrite en figure 4a. Ce segment 33 de forte pente et de vitesse imposée nécessite de maintenir une poussée minimale (au régime ralenti IDLE) et une modification de la configuration aérodynamique (par exemple sortie des aérofreins) pour pouvoir maintenir la vitesse, sans quoi il y aurait accélération de l'aéronef. Sur ce profil de descente, le point WPT6 est donc le point marquant la fin du tronçon IDLE, on parle généralement de « last IDLE point ». L'aéronef 35 est en configuration lisse et à poussée IDLE fixe avant ce point. Au-delà de ce point, la descente devient géométrique : l'aéronef est à une poussée potentiellement supérieure à l'IDLE et la configuration aérodynamique est éventuellement modifiée. Les nuisances sonores et les émissions de polluants au-delà de ce point sont donc plus importantes.

La figure 4d représente un quatrième profil de descente en altitude et en vitesse. Comme précédemment, les profils des figures 4a et 4b sont représentés respectivement par les trajectoires 30 et 31 en traits pointillés. Ce quatrième profil comprend une contrainte verticale en un point WPT5 de type « AT OR BELOW » en altitude. Dans certains systèmes FMS connus, cette contrainte verticale est prise en compte en ajoutant au profil de descente 30 tel que décrit par la figure 4a un segment 35 réalisé à partir du point WPT5. Le segment 35 est réalisé à pente fixe, une pente plus faible que la pente IDLE pour rattraper le profil de descente 30, et à vitesse imposée, la vitesse DES CAS. La résultante est une poussée supérieure à la poussée réduite IDLE, permettant de maintenir une vitesse constante jusqu'au point SPD CHG, sans quoi il y aurait décélération. Autrement dit, l'introduction d'une contrainte verticale de type « AT OR BELOW » en altitude au point WPT5 est prise en compte par le FMS, par l'ajout d'un segment nécessitant de quitter le régime ralenti IDLE au-delà de ce point, avec là encore comme corollaire une augmentation du bruit et des émissions de polluants. Le point WPT5 est le « last IDLE point ». Face à ce type de contrainte verticale, d'autres systèmes FMS adaptent le profil de descente de manière légèrement différente comme décrit sur la figure suivante. La figure 4e représente un cinquième profil de descente en altitude et en vitesse. Comme pour la figure 4d, ce cinquième profil comprend une contrainte verticale au point WPT5 de type « AT OR BELOW » en altitude. Dans ce cas, la contrainte verticale est prise en compte en ajoutant au profil de descente 30 tel que décrit par la figure 4a deux segments successifs 36 et 37, réalisés à partir du point WPT5. Le segment 36 est réalisé à altitude constante (pente fixe nulle) et à vitesse imposée. Il nécessite donc une poussée supérieure à la poussée réduite IDLE. Le segment suivant 37 est réalisé à poussée fixe égale à la poussée IDLE et à vitesse imposée. Ce segment est réalisé dès lors que l'aéronef a rejoint le profil 30, c'est-à-dire dès lors qu'un retour à une descente en poussée réduite. Autrement dit, l'introduction d'une contrainte verticale de type « AT OR BELOW » en altitude au point WPT5 est prise en compte par le FMS, par l'ajout d'un premier segment à poussée augmentée permettant de rattraper au plus vite un profil de descente à poussée IDLE. Comme dans le profil décrit par la figure 4d, le point WPT5 est le « last IDLE point ».

La figure 4f représente un sixième profil de descente en altitude et en vitesse. Ce profil associe les deux contraintes verticales précédemment introduites, c'est-à-dire une contrainte au point WPT5 de type « AT OR BELOW » en altitude, et une contrainte au point WPT6 de type « AT OR ABOVE » en altitude et « AT OR LESS » en vitesse. Dans les systèmes FMS connus, le profil de descente permettant de respecter ces contraintes verticales combine les segments des profils de descente décrits par les figures 4c et 4d (ou 4c et 4e). Ainsi, partant du profil 30 tel que décrit en figure 4a, les modifications consistent à ajouter : - Un segment 40 en palier après le point WPT5, de pente nulle et de 20 vitesse imposée, jusqu'au point où la descente peut être poursuivie en poussée IDLE. - Un segment 41 à poussée fixe égale à la poussée IDLE, et à vitesse imposée. Ces deux segments 40 et 41 permettent de respecter la contrainte verticale au point WPT5 selon une stratégie similaire à celle décrite en figure 25 4e. - Un segment 42 de changement de vitesse avant le point WPT6, réalisé à partir du point SPD CHG, et pour une poussée fixe et une accélération/décélération imposée. - Un segment 43 à pente fixe et vitesse imposée après le point WPT6, 30 et avec une pente plus forte que la pente obtenue en IDLE, rendue nécessaire pour le respect de la contrainte d'altitude au point WPT6. Pour cela, une poussée IDLE est sollicitée, combinée à une sortie des aérofreins. Ces deux derniers segments 42 et 43 permettent de respecter la contrainte verticale au point WPT6 selon une stratégie similaire à celle décrite en figure 35 4c.

Ainsi, les deux contraintes verticales aux points WPT5 et WPT6 ont pu être prises en compte successivement. Pour respecter chaque contrainte, des manoeuvres spécifiques sont nécessaires. Sur cet exemple, le respect de la contrainte verticale en WPT5 impose un segment 40 sur lequel la poussée IDLE n'est pas tenue, le respect de la contrainte en WPT6 impose un segment 43 sur lequel les aérofreins sont utilisés. Le point WPT5 est le « last IDLE point ». Les profils typiques de descente décrits par les figures 4a à 4f permettent d'illustrer le principe de fonctionnement des procédures de descente mises en oeuvre dans les systèmes FMS actuels. Cela permet également de mettre en évidence les limites des systèmes FMS connus, en particulier dans le cas où des contraintes verticales doivent être prises en compte dans la phase de descente et d'approche. Chaque contrainte verticale étant prise en compte de manière individuelle, les manoeuvres permettant de respecter chaque contrainte sont engagées successivement sans prendre en compte l'ensemble des contraintes. Les manoeuvres engagées conduisent en général à quitter le mode de poussée réduite. Il est donc désirable de disposer d'un moyen de calcul d'une trajectoire verticale de descente capable d'optimiser la procédure CDA, c'est-à-dire de maximiser la longueur du segment réalisé à poussée réduite et en configuration aérodynamique lisse, entre le point de début de descente et le point au-delà duquel la poussée réduite ne peut être tenu. Il est aussi désirable de maximiser le nombre et la longueur des segments réalisés à poussée réduite pouvant être intégrés dans la procédure de descente et d'approche jusqu'au point d'atterrissage. Enfin, il est aussi désirable de maximiser la longueur du segment réalisé à poussée réduite et en configuration aérodynamique sortie, entre le point de début de l'approche et la piste.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'aide à la navigation d'un aéronef, destiné à être implémenté dans un système de gestion de vol, pour un aéronef entre un point de début de calcul et un point de fin de calcul ; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de calcul consistant à : - collecter un ensemble de données comprenant un plan de vol constitué d'une succession de points de passage entre le point de début de calcul et le point de fin de calcul ; à chaque point de passage pouvant être associée des contraintes verticales, - déterminer un corridor, entre le point de début de calcul et le point de fin de calcul, constitué : o d'une trajectoire plancher, constituée d'une série de profils définissant l'altitude minimale autorisée à l'aéronef, en fonction des contraintes verticales des points de passage, o d'une trajectoire plafond, constituée d'une série de profils définissant l'altitude maximale autorisée à l'aéronef, en fonction des contraintes verticales des points de passage, - scinder le corridor en une ou plusieurs cellules entre le point de début de calcul et le point de fin de calcul; chaque cellule étant définie par un point de départ et un point d'arrivée ; les points de départ et d'arrivée étant deux points de passage les plus éloignés de l'ensemble de données entre lesquels la trajectoire plafond est distincte de la trajectoire plancher, - déterminer pour au moins une cellule une trajectoire verticale entre le point de départ et d'arrivée, respectant les contraintes d'altitude de la cellule définies par les trajectoires plafond et plancher, et comprenant un segment IDLE le plus long possible, - assembler une trajectoire verticale cible entre le point de début de calcul et le point de fin de calcul, intégrant la trajectoire verticale de l'au moins une cellule; et une étape consistant à déterminer et afficher des points de manoeuvres de l'aéronef permettant de suivre la trajectoire verticale cible. Avantageusement, le calcul de la trajectoire plancher comprend : - une première étape d'initialisation consistant à définir un point support comme le point de début de calcul, - un processus itératif, sur les points de passage de l'ensemble de données, jusqu'au point de fin de calcul, consistant à : o identifier le premier point de passage après le point support comprenant une contrainte verticale de type « AT » ou « AT OR ABOVE », o définir un profil d'altitude constante égale à la valeur de la contrainte verticale du point de passage identifié, entre le point support et le point de passage identifié, o définir le point de support pour le calcul itératif suivant comme le point de passage identifié.

Avantageusement, le calcul de la trajectoire plafond comprend : - une première étape d'initialisation consistant à définir un point support comme le point de début de calcul, - un processus itératif, sur les points de passage de l'ensemble de données, jusqu'au point de fin de calcul, consistant à : o identifier le premier point de passage après le point support comprenant une contrainte verticale de type « AT » ou « AT OR BELOW », o définir un profil d'altitude constante égale à la valeur de la contrainte verticale du point support, entre le point support et le point de passage identifié, o définir le point support pour le calcul itératif suivant comme le point de passage. Avantageusement, le processus itératif du calcul de trajectoire plancher ou supérieur comprend aussi des étapes consistant à : - identifier un point de passage après le point support comprenant une contrainte en pente de type « FPA », - déterminer un point de descente au-delà duquel l'aéronef doit descendre pour atteindre le point de passage en respectant la contrainte de pente, - définir un premier profil d'altitude constante entre le point support et le point de descente, suivi d'un second profil d'altitude décroissante selon la contrainte de pente jusqu'au point de passage.

Avantageusement, le calcul de trajectoire plancher ou supérieur, est configuré pour ignorer toute contrainte verticale en un point de passage qui impose à l'aéronef de remonter en altitude pour respecter une contrainte verticale en un point de passage suivant.

Avantageusement, le calcul des cellules comprend : - une première étape d'initialisation consistant à définir le point de départ d'une première cellule comme le point de début de calcul, - un processus itératif, sur les points de passage de l'ensemble de données, jusqu'au point de fin de calcul, consistant à : o identifier le premier point de passage après le point de départ, appartenant à la fois à la trajectoire plancher et à la trajectoire plafond, o définir ce point de passage comme le point d'arrivée de la cellule, o identifier le premier point de passage à partir du point d'arrivée, tel que la trajectoire plancher est distincte de la trajectoire plafond après ce point de passage, o définir ce point de passage comme le point de départ de la cellule suivante. Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale est effectué pour la cellule dont le point de départ est le point de début de calcul, puis est répété dans les cellules suivantes tant que le segment IDLE le plus long possible de la trajectoire verticale de la cellule considérée permet de joindre le point de départ au point d'arrivée ; la trajectoire verticale cible résultante définissant un segment IDLE le plus long possible à haute altitude. Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale est effectué pour la cellule dont le point d'arrivée est le point de fin de calcul, puis est répété dans les cellules précédentes tant que le segment IDLE le plus long possible de la trajectoire verticale de la cellule considérée permet, par un calcul à rebours, de joindre le point d'arrivée au point de départ ; la trajectoire verticale cible résultante définissant un segment IDLE le plus long possible à basse altitude.

Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale est effectué dans chacune des cellules ; la trajectoire verticale cible résultante présentant une longueur cumulée des segments IDLE de chacune des cellules la plus 5 longue possible. Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale dans une cellule, comprend des étapes consistant à : - déterminer un segment IDLE non contraint maintenant la vitesse 10 aéronef constante entre le point de départ et le point d'arrivée, - définir la trajectoire verticale de la cellule comme le segment IDLE non contraint, lorsque le segment IDLE non contraint respecte les contraintes de la cellule, ou - rechercher s'il existe un segment IDLE modifié, permettant de joindre 15 le point de départ et le point d'arrivée, par modification de la la vitesse aéronef, lorsque le segment IDLE non contraint ne respecte pas les contraintes d'altitude de la cellule, et déterminer la trajectoire verticale de la cellule comme le segment IDLE modifié lorsqu'il existe, ou - définir la trajectoire verticale de la cellule comme une succession d'un 20 premier segment IDLE et d'un second segment non IDLE, lorsqu'aucune trajectoire IDLE respectant les contraintes d'altitude de la cellule ne peut être trouvé ; un premier segment IDLE correspondant à une portion du segment IDLE non contraint. 25 Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale dans la cellule dont le point de départ est le point de début de calcul, comprend une étape consistant à, lorsque le segment IDLE non contraint ne respecte pas la contrainte d'altitude définie par la trajectoire plancher de la cellule, rechercher s'il existe un segment IDLE non contraint, initié après le point de 30 début de calcul respectant les contraintes de la cellule. Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale dans une cellule dans le cas où le segment IDLE non contraint ne respecte pas la contrainte d'altitude définie par la trajectoire plancher de la cellule, comprend des 35 étapes consistant à : - identifier un point de passage courant et un point de passage cible entre lesquels le segment IDLE non contraint franchit la trajectoire plancher, - déterminer un segment cible permettant de joindre le point courant au point cible en respectant la contrainte plancher, le long d'une pente cible ; le point courant et le point cible étant séparés d'une longueur cible, - déterminer un segment IDLE corrigé à partir du point courant, de pente minimale constante, le long duquel la vitesse aéronef est réduite jusqu'à une valeur seuil prédéfinie ; la pente minimale étant déterminée de manière à maximiser la longueur du segment IDLE corrigé ; - déterminer la trajectoire verticale dans la cellule par comparaison du segment cible avec le segment IDLE corrigé ; la trajectoire verticale entre le point courant et le point cible pouvant comprendre : o un segment IDLE de pente égale à la pente minimale, et un second segment IDLE réalisé à vitesse constante ; ou o un segment IDLE de pente et de longueur égale au segment IDLE corrigé suivi d'un segment non IDLE.

Avantageusement, le calcul de trajectoire verticale dans une cellule dans le cas où le segment IDLE non contraint ne respecte pas la contrainte d'altitude définie par la trajectoire plafond de la cellule, comprend des étapes consistant à : - identifier un point de passage courant et un point de passage cible entre lesquels le segment IDLE non contraint franchit la trajectoire plafond, - déterminer un segment cible permettant de joindre le point courant au point cible en respectant la contrainte plafond, le long d'une pente cible ; le point courant et le point cible étant séparés d'une longueur cible, - déterminer un segment IDLE corrigé à partir du point courant, de pente maximale constante, le long duquel la vitesse aéronef est augmentée jusqu'à une valeur seuil prédéfinie ; la pente minimale étant déterminée de manière à maximiser la longueur du segment IDLE corrigé ; - déterminer la trajectoire verticale par comparaison du segment cible avec le segment IDLE corrigé ; la trajectoire verticale entre le point courant et le point cible pouvant comprendre : o un segment IDLE de pente égale à la pente maximale, et un second segment IDLE réalisé à vitesse constante ; ou o un segment IDLE de pente et de longueur égale au segment IDLE corrigé suivi d'un segment non IDLE.

L'invention porte également sur un système de gestion de vol comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes de calcul du procédé d'aide à la navigation ayant les caractéristiques précédemment décrites.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnés à titre d'exemple sur les figures suivantes. La figure 1, déjà présentée, illustre plusieurs types d'approches d'un 20 aéronef vers une piste d'atterrissage, la figure 2, déjà présentée, représente un système d'aide à la navigation connu, communément appelé FMS, la figure 3, déjà présentée, illustre un plan de vol classique d'un aéronef se rendant à une piste d'atterrissage, 25 les figures 4a, 4b, 4c, 4d, 4e et 4f, déjà présentées, illustrent plusieurs profils typiques de descente en altitude et en vitesse, la figure 5 représente sous la forme d'un logigramme les étapes d'un exemple de procédé d'aide à la navigation selon l'invention, les figures 6a, 6b, 6c, 6d et 6e illustrent un exemple de construction 30 d'un corridor en altitude. la figure 7 représente sous la forme d'un logigramme les sous-étapes du calcul d'une trajectoire « MAX IDLE high » permettant d'optimiser la longueur du segment à haute altitude, la figure 8 illustre un exemple de calcul d'une trajectoire IDLE modifiée 35 par correction en distance, les figures 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f et 9g illustrent un exemple de calcul d'une trajectoire IDLE modifiée par correction de pente, les figures 10a, 10b et 10c illustrent un exemple de calcul d'une trajectoire IDLE autorisant l'accélération de l'aéronef, les figures lia et 11 b illustrent un exemple de calcul d'une trajectoire IDLE dans le cas d'un corridor avec bornes supérieures et inférieures en pente, la figure 12 représente sous la forme d'un logigramme les sous-étapes du calcul d'une trajectoire « MAX IDLE length» permettant d'optimiser la 10 longueur cumulée des segments IDLE, les figures 13a et 13b illustrent un exemple de calcul de trajectoire « MAX IDLE length », la figure 14 illustre un exemple d'affichage de points de manoeuvre permettant de maintenir une trajectoire IDLE calculée par le procédé. 15 Par souci de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes repères dans les différentes figures. Logigramme général du procédé d'aide à la navigation 20 La figure 5 représente sous la forme d'un logigramme les étapes d'un exemple de procédé d'aide à la navigation selon l'invention. Nous allons rapidement décrire ces étapes. Les modes de réalisation détaillés de ces étapes sont décrites par la suite. Le procédé selon l'invention est un procédé d'aide à la navigation d'un aéronef consistant à calculer une trajectoire 25 verticale de descente et d'approche et afficher des points de manoeuvre permettant de suivre la trajectoire calculée. Le calcul de trajectoire est préférentiellement réalisé à bord de l'aéronef, avant d'entamer la procédure de descente vers la piste d'atterrissage. Le calcul de trajectoire peut être répété plusieurs fois, même au cours de la procédure de descente et 30 d'approche, par exemple lorsqu'une contrainte nouvelle, non intégrée dans un premier calcul de trajectoire, doit être prise en compte. Il est aussi envisagé de mettre en oeuvre le procédé de calcul de trajectoire au moyen d'une station de calcul au sol, par exemple au sein du contrôle aérien d'un aéroport pour un aéronef en approche de l'aéroport.

Le procédé de calcul de trajectoire s'appuie sur les fonctions disponibles dans les systèmes FMS connus, et notamment les fonctions présentées par la figure 2. Il est envisagé d'implémenter le procédé de calcul selon l'invention au sein des systèmes FMS embarqués sur aéronef. Ce type 5 de procédé peut également être implémenté à bord par d'autres systèmes connus de l'homme du métier tels que des EFB pour l'acronyme anglo-saxon Electronic Flight Bag, ou des tablettes tactiles. Préférentiellement, le procédé met en oeuvre un calcul à rebours, partant de la piste d'atterrissage et remontant la trajectoire verticale jusqu'au point de début de descente. Il est 10 aussi envisagé, dans une mise en oeuvre alternative, de procéder à un calcul de trajectoire vers l'avant. Le procédé porte sur le calcul et l'affichage d'une trajectoire verticale, entre un point de début de calcul WPTstart, par exemple le point de début de descente T/D, et un point de sortie de calcul WPTend, par exemple 15 le point d'atterrissage 21, et comprenant un segment de descente suivi d'un segment d'approche. La trajectoire verticale doit permettre de respecter un ensemble prédéfini de contraintes verticales CV; en des points de passage WPT; du plan de vol. La trajectoire verticale calculée doit également tenir compte d'un ensemble de contraintes d'atterrissage, portant notamment sur 20 la définition du point DECEL, ou sur la nécessité, la possibilité ou l'impossibilité de réaliser un segment d'approche intermédiaire à altitude constante. Le procédé cherche à définir une trajectoire verticale pour l'aéronef comprenant au moins un segment IDLE entre le point de début de 25 calcul WPTstart et le point de sortie de calcul WPTend. Le procédé a aussi pour but de permettre d'optimiser la longueur du segment IDLE selon plusieurs critères possibles. Pour cela, le procédé comprend les étapes suivantes : 30 - Une étape 100 d'initialisation, consistant à sélectionner entre trois options : o le segment d'approche doit être réalisé au moins partiellement à altitude constante ; le segment d'approche comprenant alors un segment d'approche intermédiaire d'altitude constante tel que le segment 28a du profil décrit par la figure 4a, ou o le segment d'approche ne doit pas être réalisé à altitude constante ; le segment d'approche comprenant un segment d'approche intermédiaire d'altitude décroissante tel que le segment 29a du profil décrit par la figure 4b, ou o le segment d'approche peut être réalisé au moins partiellement à altitude constante ; le segment d'approche comprenant un segment d'approche intermédiaire d'altitude constante ou d'altitude décroissante, tel que les segments 28a ou 29a des profils décrits par les figures 4a et 4b. Cette sélection peut être réalisée au moyen d'un fichier de configuration préétabli, ou par réception d'une commande venant du sol, ou en début de calcul par un opérateur, par exemple le pilote de 15 l'aéronef lorsque le procédé est implémenté dans un système FMS embarqué. - Une étape 101 de construction d'un corridor en altitude, entre le point de début de descente et le point d'atterrissage, et constitué : 20 o d'une trajectoire plancher Binf, constituée d'une série de profils définissant l'altitude minimale autorisée à l'aéronef, en fonction des contraintes verticales CV; des points de passage WPTi, o d'une trajectoire plafond Bsup, constituée d'une série de profils définissant l'altitude maximale autorisée à l'aéronef, en fonction 25 des contraintes verticales CV; des points de passage WPTi, - Une étape 102 de sélection entre trois modes de calcul de la trajectoire verticale, permettant d'optimiser soit : o la longueur du segment IDLE à haute altitude, 30 o la longueur du segment IDLE à basse altitude, ou o la longueur cumulée des segments IDLE. La sélection peut être faite au moyen d'un fichier de configuration préétabli, ou par un système automatique tiers, ou encore directement par un opérateur. 35 - Une étape 103 de calcul de trajectoire verticale permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à haute altitude, la trajectoire verticale correspondante étant dénommée trajectoire « MAX IDLE high ». - Une étape 104 de calcul de trajectoire verticale permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à basse altitude, la trajectoire verticale correspondante étant dénommée trajectoire « MAX IDLE low». - Une étape 105 de calcul de trajectoire verticale permettant d'optimiser la longueur cumulée de segments IDLE, la trajectoire verticale correspondante étant dénommée trajectoire « MAX IDLE length ». - Une étape 106 de calcul et d'affichage des points de manoeuvres, permettant, par des modifications de la vitesse et/ou de la configuration aérodynamique de l'aéronef, de suivre la trajectoire verticale calculée lors d'une des étapes 103, 104 ou 105. - Une étape 107 de mise à jour, consistant à relancer le procédé de calcul à partir de l'étape d'initialisation 100, dans le cas où des paramètres ont été modifiés, nécessitant un nouveau calcul de trajectoire. A titre d'exemple, les paramètres suivants peuvent être pris en compte pour décider d'une mise à jour de la trajectoire verticale calculée : o une modification d'une entrée pilote ou ATM, pour l'acronyme anglo-saxon Air Traffic Management désignant les opérateur de contrôle aérien, ayant un impact sur les équations de trajectoire ou de prédictions, o un événement remettant en cause la pertinence du calcul précédent, comme par exemple le constat d'une trajectoire verticale réelle trop éloignée de la trajectoire calculée, o un décompte de temps déclenchant périodiquement un nouveau calcul permettant d'optimiser la trajectoire à intervalles réguliers, o une non-convergence de l'option « avec palier » lorsque l'option « sans palier » est autorisée dans l'étape 100 d'initialisation ; ou une non convergence de l'option « sans palier » lorsque l'option « avec palier » est autorisée par l'étape d'initialisation ; la seconde option étant dans ce cas privilégiée. Bien entendu, lorsque le calcul (ou un nouveau calcul) de trajectoire est effectué après que l'aéronef ait engagé la descente (le point T/D étant alors dépassé), le calcul de trajectoire est initialisé à la position latérale de l'aéronef. Autrement dit, le procédé de calcul assimile la position aéronef au moment du calcul au point de début de descente T/D. Il est aussi envisagé de considérer comme point de début de descente un point fictif correspondant à une position aéronef anticipée, par exemple de quelques secondes, dans le but d'éviter une erreur initiale qui se propagerait ensuite. Construction d'un corridor autorisé à l'aéronef Les figures 6a, 6b, 6c, 6d et 6e illustrent un mode de réalisation privilégié de l'étape 101 de construction d'un corridor en altitude. La figure 6a représente sous la forme d'un logigramme les sous-étapes de ce calcul. Après la sélection du mode de calcul du segment d'approche réalisée dans l'étape 100, l'étape 101 de construction du corridor comprend une première sous-étape 200 d'initialisation consistant à collecter un ensemble de données d'entrée comprenant le plan de vol et les contraintes verticales CV; pouvant être associées aux points de passage WPT; du plan de vol, entre un point de début de calcul WPTstart et un point de fin de calcul WPTend, par exemple le point d'atterrissage 21. Le point de début de calcul WPTstart peut être le point de début de descente T/D, ou un point fictif à partir duquel le calcul de trajectoire verticale doit être engagé. De même, le point WPTend peut être le point d'atterrissage ou le point DECEL lorsqu'on ne souhaite pas intégrer au calcul le segment d'approche mais uniquement le segment de descente. Le point WPTend peut également être tout autre point de sortie de l'algorithme en deçà duquel on ne souhaite pas appliquer l'algorithme.

La figure 6b illustre un exemple de plan de vol en phase de descente et d'approche comprenant les points de passage WPT1 à WPT8 et des contraintes verticales CV; associées, en particulier: des contraintes de type « AT » associées aux points de passage WPT1, WPT6 et WPT7, et représentées par des sabliers, une contrainte de type « AT OR ABOVE » associée au point de passage WPT4, et représentée par un triangle dont la pointe est orientée vers le haut, des contraintes de type « AT OR BELOW » associées aux points de passage WPT2 et WPT5, et représentées par des triangles dont la pointe est orientée vers le bas, une contrainte de type « WINDOW » associée au point de passage WPT3, représentée par un sablier ouvert L'étape 101 comprend ensuite une sous-étape 201 de filtrage consistant à retirer de l'ensemble de données d'entrée des contraintes verticales à ignorer. En effet, au cours d'une procédure de descente, les réglementations aéronautiques interdisent à l'aéronef de remonter en altitude. Les procédures de descente et d'approche sont généralement construites pour respecter cette exigence, de sorte que dans la majorité des situations, la sous-étape 201 de filtrage ne conduira pas à éliminer des contraintes verticales. Cependant, dans la mesure où l'équipage est libre de modifier manuellement les contraintes verticales de plan de vol, des situations peuvent se présenter où il est nécessaire d'ignorer des contraintes verticales ne respectant pas l'exigence réglementaire de non-remontée en altitude. Cette situation est illustrée sur la figure 6b pour les points de passage WPT1 et WPT5. La contrainte « AT » au point WPT1 forcerait l'avion à remonter pour respecter la contrainte « WINDOW » de WPT3. Cette contrainte verticale est ignorée. De même, la contrainte « AT OR BELOW » sur WPT5 est ignorée car elle imposerait de remonter en altitude pour permettre de respecter la contrainte « AT » du point WPT6. Notons ici qu'une contrainte de type « WINDOW » est traitée dans la suite comme étant à la fois une contrainte de type « AT OR BELOW » et « AT OR ABOVE ». A l'issue de la sous-étape de filtrage sont déterminées les trajectoires plafond et plancher définissant le corridor dans deux sous-étapes 35 de calcul 202 et 203.

La figure 6c illustre la sous-étape 202 de calcul de la trajectoire plancher Binf. Cette trajectoire est constituée d'une série de profils d'altitude minimale autorisée à l'aéronef. La zone hachurée représente une zone interdite à l'aéronef pour respecter les contraintes verticales CV; après la sous-étape de filtrage. La sous-étape 202 de calcul de la trajectoire plancher Binf comprend : une première étape d'initialisation consistant à définir un point support comme le point de début de calcul WPTstart un processus itératif, sur les points de passage, consistant à : o identifier le premier point de passage WPT; après le point support comprenant une contrainte verticale CV; de type « AT » ou « AT OR ABOVE », o définir un profil d'altitude constante égale à la valeur de la contrainte verticale en ce point de passage, entre le point support et le point de passage identifié, o définir le point de support pour le calcul itératif suivant comme le point de passage identifié; ce processus itératif étant répété jusqu'à atteindre le point de fin de calcul WPTend, un dernier profil vertical d'altitude constante égale à la contrainte verticale en ce point étant défini entre ce point et le dernier point support. La trajectoire plancher Binf est ainsi définie comme la succession des profils définis par le processus itératif. Dans la suite la contrainte plancher signifie 25 l'altitude minimale autorisée à l'aéronef par la trajectoire plancher Binf. Avantageusement, cet algorithme peut être enrichi pour permettre de prendre en compte des contraintes en pente, connues dans l'aéronautique sous l'acronyme anglo-saxon de « FPA » pour Flight Path Angle. C'est par exemple le cas entre les points WPT6 et WPT7 dans l'exemple représenté 30 sur la figure 6c. L'algorithme est adapté de manière à ce que, au cours du processus itératif, le point support étant le point WPT6, il permette de : détecter une contrainte en pente de type « FPA », déterminer un point de début de descente au-delà duquel l'aéronef doit descendre pour atteindre le point de passage associé à la 35 contrainte FPA en respectant l'exigence de pente, définir un premier profil d'altitude constante entre le point support et ce point de début de descente, suivi d'un second profil d'altitude décroissante de pente conforme à la contrainte « FPA », jusqu'au point de passage associé à cette contrainte.

Le calcul de trajectoire plancher Bi« dans le cas représenté sur la figure 6c peut être résumé de la manière suivante. Partant du point de début de calcul WPTstart (ici le point T/D), le calcul identifie WPT3 comme premier point comprenant une contrainte de type « AT OR ABOVE » et définit le segment 45; puis partant du point support WPT3, identifie le point WPT4 comprenant une contrainte « AT OR ABOVE » et définit le segment 46; puis partant du point support WPT4, identifie le point WPT6 comprenant une contrainte « AT » et définit le segment 47; puis partant du point support WPT6, le calcul détecte une contrainte de pente au point WPT7, détermine le point 50 de début de descente, et définit les segments 48 et 49 ; et enfin, partant du point support WPT7, identifie le point WPTend (ici le point DECEL) et définit le segment 51. La figure 6d illustre la sous-étape 203 de calcul de la trajectoire plafond Bsup. Cette trajectoire est constituée d'une série de profils d'altitude maximale autorisée à l'aéronef. La zone hachurée représente une zone interdite à l'aéronef pour respecter les contraintes verticales CVi après la sous-étape de filtrage. De manière similaire au calcul de la trajectoire plancher la sous-étape 203 de calcul de la trajectoire plafond Bsup comprend : une première étape d'initialisation consistant à définir un point support comme le point de début de calcul WPTstart, un processus itératif, sur les points de passage, consistant à : o identifier le premier point de passage WPT; après le point support comprenant une contrainte verticale CV; de type « AT » ou « AT OR BELOW », o définir un profil d'altitude constante égale à la valeur de la contrainte verticale en ce point support, entre le point support et le point de passage identifié, o définir le point de support pour le calcul itératif suivant comme le point de passage identifié; ce processus itératif étant répété jusqu'à atteindre le point de fin de calcul WPTend. La trajectoire plafond Bsup est ainsi définie comme la succession des profils définis par le processus itératif. Dans la suite la contrainte plafond signifie 5 l'altitude maximale autorisée à l'aéronef par la trajectoire plafond Bsup. De manière identique au calcul de la trajectoire plancher, l'algorithme peut être enrichi pour permettre de prendre en compte des contraintes en pente de type « FPA ». L'adaptation de l'algorithme est la même que pour le calcul de la trajectoire plancher, et n'est pas reprise en détail ici. 10 Le calcul de trajectoire plafond Bsup dans le cas représenté sur la figure 6d peut être résumé de la manière suivante. Partant du point de début de calcul WPTstart (ici le point T/D), le calcul identifie WPT2 comme premier point comprenant une contrainte de type « AT OR BELOW » et définit le segment 52; puis partant du point support WPT2, identifie le point WPT6 15 comprenant une contrainte « AT » et définit le segment 53; puis partant du point support WPT6, le calcul détecte une contrainte de pente au point WPT7, détermine le point 56 de début de descente, et définit les segments 54 et 55 ; et enfin, partant du point support WPT7, identifie le point WPTend et définit le segment 57. D'autres manières de calculer les plafonds et planchers peuvent 20 être effectuées, comme ceux de la figure 11a ou 11b, qui sera expliquée dans la suite. La figure 6e illustre la sous-étape 204 de construction du corridor. Cette sous-étape définit un corridor 60, entre le point de début de calcul 25 WPTstart et le point de fin de calcul WPTend, constitué de la trajectoire plancher Binf et la trajectoire plafond Bsup. Cette sous-étape consiste également à scinder le corridor 60 en une ou plusieurs cellules CELA ; chaque cellule CELA étant définie par un point de départ Pdi et un point d'arrivée Pat ; les points de départ Pdi et d'arrivée Pat étant deux points de passage WPT; 30 de l'ensemble de données les plus éloignés entre lesquels la trajectoire plancher Binf est distincte de la trajectoire plafond Bsup. Plus précisément, le calcul des cellules CELA comprend : une première étape d'initialisation consistant à définir le point de départ Pdi d'une première cellule CEL1 comme le point de début de 35 calcul WPTstart un processus itératif, sur les points de passage, consistant à : o identifier le premier point de passage WPT; après le point de départ Pdi, appartenant à la fois à la trajectoire plancher Binf et à la trajectoire plafond Bsup, o définir ce point de passage WPT; comme le point d'arrivée Pat de la cellule CELA o identifier le premier point de passage WPT; à partir du point d'arrivée Pat, tel que la trajectoire plancher Binf est distincte de la trajectoire plafond Bsup après ce point de passage WPT;, o définir ce point de passage WPT; comme le point de départ Pdi.i de la cellule ce processus itératif étant répété jusqu'à atteindre le point de fin de calcul WPTend. Ainsi, chaque cellule est délimitée de sorte à permettre des degrés de 15 liberté en altitude à l'aéronef, entre la trajectoire plancher et la trajectoire plafond, et entre le point de départ et le point d'arrivée. Dans le cas représenté sur la figure 6e, le calcul conduit à scinder le corridor 60 en deux cellules CEL1 et CEL2. La première cellule est définie par un point de départ Pd1 correspondant au point T/D et un point d'arrivée Pal correspondant au 20 point WPT6. La seconde cellule est définie par un point de départ Pd2 correspondant au point WPT 7 et un point d'arrivée Pat correspondant au point DECEL. Notons que l'ensemble des figures représente la trajectoire selon une trajectoire indexée en distance au point d'atterrissage (DtD en abscisse sur 25 les figures, pour Distance to Destination en anglais). Toute autre représentation, par exemple en temps, en distance par rapport à l'aéronef, ou en point, est également applicable au procédé selon l'invention. A l'issue de l'étape 101 de construction du corridor, le procédé sélectionne dans l'étape 102 entre trois modes de calcul de la trajectoire 30 verticale. Nous allons tout d'abord détailler le calcul de trajectoire verticale pour le mode permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à haute altitude, dénommée trajectoire « MAX IDLE high ». Dans la suite les contraintes d'une cellule CELA signifie les altitudes minimale et maximale autorisées à l'aéronef par les trajectoires plancher Binf et plafond Bsup. 35 Calcul de la trajectoire verticale « MAX IDLE high » Les figures 7, 8, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 10a, 10b et 10c illustrent un mode de réalisation privilégié de l'étape 103 de calcul de trajectoire 5 verticale permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à haute altitude. La figure 7 représente sous la forme d'un logigramme les sous-étapes du calcul d'une trajectoire « MAX IDLE high ». Ce calcul détermine une 10 trajectoire verticale IDLE, i.e. réalisable à poussée réduite, la plus longue possible à haute altitude. Partant de la cellule la plus haute vers la cellule la plus basse, le calcul s'effectue dans chacune des cellules jusqu'à la dernière cellule, ou jusqu'à une cellule dans laquelle il n'est pas possible de trouver une trajectoire IDLE satisfaisant aux contraintes géométriques de la cellule. 15 Plus précisément, le calcul de la trajectoire verticale « MAX IDLE high » comporte des étapes consistant à : initialiser le calcul, dans une sous-étape 300, à la première cellule CEL1, c'est-à-dire la cellule dont le point de départ est le point de début de calcul WPTstart, 20 déterminer, dans une sous-étape 301, une trajectoire verticale IDLE non contrainte 61. Partant de l'état aéronef (position, vitesse, altitude, masse, etc...) au point de départ Pdi de la cellule CELA, la trajectoire IDEL non contrainte 61 est déterminée en intégrant les équations de la dynamique (1) à (8) décrites en préambule de la demande, en 25 retenant pour mode de poussée : o Soit le mode « poussée fixe et vitesse imposée » en retenant une poussée réduite (IDLE) et la vitesse aéronef au point de départ de la cellule, o Soit le mode « poussée fixe et accélération/décélération 30 imposée » en retenant une poussée réduite et une accélération ou décélération permettant de respecter une contrainte de vitesse sur un point de passage de la cellule, ou une contrainte de vitesse maximale, ou encore une contrainte de vitesse d'approche.

Ce calcul de trajectoire par intégration peut être effectué par les fonctions disponibles dans les systèmes FMS actuels telles que décrites précédemment. déterminer, dans une sous-étape 302, si la trajectoire IDLE non contrainte 61 reste à l'intérieur de la cellule GEL', ou autrement dit si la trajectoire respecte les contraintes définies par les trajectoires plancher Binf et plafond Bsup de la cellule considérée, ou encore autrement dit si la trajectoire respecte les contraintes de la cellule, lorsque la trajectoire IDLE 61 respecte les contraintes de la cellule CELi, poursuivre le calcul dans la cellule suivante CELH1 (sous-étapes 306 et 307), ou lorsque la trajectoire IDLE 61 ne permet pas de respecter les contraintes de la cellule CELi, rechercher une trajectoire modifiée capable de respecter les contraintes de la cellule CEL; tout en maintenant une poussée réduite (sous-étape 303). Ce calcul peut ensuite être interrompu lorsque pour la dernière cellule, la trajectoire IDLE non contrainte 61 respecte les contraintes de la cellule (sous-étapes 306 et 305), ou lorsque, pour une des cellules CELI, le calcul n'a pas permis d'identifier une trajectoire IDLE modifiée permettant de respecter les contraintes de cette cellule (sous-étapes 304 et 305). Nous allons décrire plus en détail la sous-étape 303 consistant à rechercher une trajectoire IDLE modifiée respectant les contraintes de la cellule. Cette sous-étape procède tout d'abord à un premier choix : lorsqu'il s'agit de la première cellule, le calcul cherche en premier lieu à retarder autant que possible le début de la descente tout en respectant la contrainte définie par la trajectoire plafond Bsup- Autrement dit, on corrige la trajectoire en distance, en la décalant selon l'axe des abscisses. le calcul cherche à modifier la pente de la trajectoire en modifiant la vitesse aéronef. La figure 8 illustre un exemple de calcul, réalisé dans la sous-étape 303, d'une trajectoire IDLE modifiée par correction en distance. En prenant pour hypothèse que l'aéronef ne doit pas accélérer en phase de descente ou 35 d'approche, ce qui est l'hypothèse la plus fréquente des systèmes FMS actuels, la pente de la trajectoire IDLE non contrainte 61 correspond à la plus forte pente. Pour cette raison, le calcul cherche en premier lieu à atteindre la trajectoire plafond Bsup, puisque l'aéronef ne peut descendre avec une pente plus forte.

Ainsi, lorsque le calcul de trajectoire parcourt la première cellule, le procédé comporte une première étape consistant à rechercher un nouveau point de passage d'altitude égale à l'altitude au point de début de calcul WPTstart ou au point de début de descente T/D, à partir duquel une trajectoire IDLE non contrainte atteint la trajectoire plafond Bsup. Cette nouvelle trajectoire IDLE non contrainte comprend un point de passage dont l'altitude est égale à l'altitude maximale autorisée par la trajectoire plafond Bsup. Comme représenté en figure 8, cela revient à décaler la trajectoire initiale 61 selon l'axe des abscisses, d'une valeur référencée Xcorr, jusqu'à une trajectoire 62 atteignant la première contrainte verticale de la trajectoire plafond Bsup, ici le point de passage WPT2. La trajectoire IDLE 62 respecte mes contraintes de la cellule. Les figures 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f et 9g illustrent un exemple de calcul, réalisé dans la sous-étape 303, d'une trajectoire IDLE modifiée par correction de pente. Ce calcul se base sur l'hypothèse de non réaccélération de l'aéronef dans la phase de descente et d'approche. Nous détaillerons par la suite, au moyen des figures 10a, 10b et 10c un calcul alternatif pour le cas où l'on autorise l'aéronef à accélérer. Lorsque dans une cellule CELA, le calcul de la trajectoire IDLE non 25 contrainte ne peut respecter les contraintes de la cellule, le calcul comprend les étapes consistant à : rechercher le point de passage WPT; le plus proche du point de départ Pdi de la cellule CELA pour lequel la trajectoire IDLE non contrainte ne respecte pas les contraintes de la cellule, 30 sortir de l'étape de calcul de trajectoire IDLE modifiée, lorsque la contrainte non respectée est la contrainte définie par la trajectoire plafond Bsup (ou autrement dit, lorsque la trajectoire 61 présente en ce point de passage une altitude supérieure à l'altitude maximale autorisée par la trajectoire plafond Bsup) ; le point de passage WPTi est identifié comme le « Last IDLE point », la trajectoire verticale IDLE peut être poursuivie jusqu'à ce point de passage, ou à l'inverse, lorsque la contrainte non respectée est une contrainte définie par la trajectoire plancher Binf, rechercher si une réduction de pente obtenue en décélérant l'aéronef permet de définir une trajectoire IDLE modifiée respectant les contraintes de la cellule. La figure 9a illustre la première alternative du calcul de trajectoire modifiée. Dans cet exemple, on a représenté la trajectoire IDLE 62, obtenue comme décrit en figure 8, par décalage en distance de la trajectoire IDLE initiale 61. Comme précédemment décrit, cette trajectoire IDLE non contrainte 62 atteint la trajectoire plafond Bsup au point de passage WPT2. Ensuite, le calcul recherche le premier point de passage ne respectant pas les contraintes de la cellule. Dans ce cas, il s'agit du point WPT6 et la contrainte non respectée est une contrainte plafond. En conséquence, le calcul de trajectoire IDLE est interrompu. Le point de passage WPT6 est le « Last IDLE point ». Les figures 9b à 9f illustrent la seconde alternative du calcul de trajectoire modifiée. Comme précédemment, on a représenté la trajectoire IDLE 62 obtenue par décalage en distance de la trajectoire initiale 61. Dans ce cas, la contrainte non respectée est une contrainte plancher. La trajectoire IDLE franchit la trajectoire plancher Binf entre un point courant 65 et un point de passage cible 66 définissant l'altitude minimale non respectée. Le calcul recherche si les contraintes de la cellule peuvent être respectées par une réduction de la pente en décélérant l'aéronef. Ce calcul comprend les étapes suivantes : déterminer un segment cible 64, permettant de joindre le point courant 65 au point cible 66 en respectant les contraintes de la cellule, i.e. la contrainte plancher Binf, le long d'une pente cible ycibie ; et déterminer une distance Lcible séparant les points 65 et 66, déterminer un segment 67 de pente ymin et de longueur Ldeceimax ; la pente ymin représentant la pente minimale pouvant être tenue par l'aéronef à poussée réduite et permettant de maximiser la longueur LdeceLmax parcourue par l'aéronef le long de cette pente, en considérant une valeur de décélération prédéfinie. Autrement dit, le segment 67 représente la marge en pente et en distance accessible à l'aéronef par décélération.

Le calcul comprend ensuite plusieurs règles de décision basées sur la comparaison des segments 64 et 67, et plus précisément des valeurs de pente cible ycibte et distance cible Lcible, respectivement avec la pente minimale Ymin et la longueur maximale l-deceimax: - Si Ycible < Ymin et Lcible < Ldecelmax La pente minimale atteignable est plus faible que la pente cible et la longueur disponible pour décélérer est plus grande que la longueur cible. Il est donc possible de respecter la contrainte plancher Binf. Le calcul prévoit dans ce cas deux alternatives : o La trajectoire verticale calculée comprend un segment 70 réalisé avec la pente ycibie entre les points 65 et 66, obtenu en décélérant progressivement tout au long du segment jusqu'au point 66. C'est le cas représenté sur la figure 9b. Le calcul se poursuit dans la cellule suivante. o La trajectoire verticale calculée comprend deux segments entre les points 65 et 66 : un premier segment 71 réalisé avec la pente Ymin ; et un second segment 72 réalisé avec la pente courante, c'est-à-dire permettant de maintenir une vitesse constante à poussée réduite. Le calcul procède donc au calcul du point de jonction WPTionc au moyen des fonctions connues des systèmes FMS (typiquement, ce point est le croisement entre le segment de longueur Ldecelmax partant du point 65 et la demi-droite de pente courante, i.e. la pente de la trajectoire sans décélération entre les points 65 et 66, partant à rebours du point 66). Alternativement, on peut inverser les deux segments et commencer sur la pente courante et finir sur la pente Ymin afin d'ajuster et de réduire le temps de vol, permettant par exemple d'assurer le respect de contrainte de temps d'arrivée, au prix d'un bruit plus élevé au niveau du sol.

C'est le cas représenté sur la figure 9c. Le calcul se poursuit dans la cellule suivante. Si- Ycible < Ymin et Lcible LdeceLmax La pente minimale atteignable est plus faible que la pente cible mais la longueur disponible pour décélérer est plus petite que la longueur cible sur laquelle il faut modifier la trajectoire. C'est le cas représenté sur la figure 9d. La question qui se pose est de savoir si la longueur maximale Ldecel_max est suffisante pour permettre une trajectoire respectant les contraintes de la cellule. Comme dans le cas précédent, on recherche une trajectoire constituée de deux segments entre les points 65 et 66 : un premier segment 71 partant du point 65 et réalisé avec la pente Ymin ; et un second segment 72 partant à rebours du point 66 et réalisé avec la pente courante, c'est-à-dire permettant de maintenir une vitesse constante à poussée réduite. Le calcul procède donc au calcul des deux segments 71 et 72 (ou comme précédemment en disposant les deux segments dans l'ordre inverse 72 et 71), au moyen des fonctions connues des systèmes FMS, et recherche s'il existe un point de jonction WPT jonc entre ces deux segments. Le calcul prévoit deux alternatives : o II existe un point de jonction WPTionc, la trajectoire verticale calculée comprend les deux segments calculés 71 et 72, et le point de passage WPT jonc. C'est le cas représenté sur la figure 9e. Le calcul se poursuit dans la cellule suivante. o II n'existe pas de point de jonction possible. Autrement dit, on a épuisé les décélérations possibles pour réduire les pentes. On ne peut tenir les contraintes de la cellule. La trajectoire IDLE la plus longue à haute altitude a été trouvée. Le calcul est interrompu. C'est le cas représenté sur la figure 9f.

Si- Ycible > Ymin Même en décélérant, la pente résultante ne permet pas de maintenir une altitude supérieure à Binf jusqu'au point 66. Il n'existe pas de trajectoire permettant de tenir les contraintes de la cellule. La trajectoire IDLE la plus longue à haute altitude a été trouvée. Le calcul est interrompu. C'est le cas représenté sur la figure 9g. Calcul de trajectoire « MAX IDLE high » avec accélération possible On a précisé a propos de la figure 8 que le calcul de trajectoire retenait pour hypothèse que l'aéronef ne doit pas accélérer en phase de descente ou d'approche. Le procédé d'aide à la navigation selon l'invention prévoit aussi de pouvoir s'affranchir de cette hypothèse. L'autorisation d'intégrer dans le calcul des phases d'accélération pourra être sélectionnée au moyen d'un fichier de configuration préétabli, ou en début de calcul par un opérateur, par exemple le pilote de l'aéronef lorsque le procédé est implémenté dans un système FMS embarqué. Cette sélection a lieu au sein de la sous-étape 303 du calcul de trajectoire « MAX IDLE high ».

Les figures 10a, 10b et 10c illustrent un exemple de calcul d'une trajectoire « MAX IDLE high » autorisant l'accélération de l'aéronef. La possibilité d'accélérer au cours de la descente apporte au calcul de trajectoire verticale des degrés de liberté supplémentaires. Il devient possible de définir une trajectoire de plus forte pente que la trajectoire IDLE non contrainte 62, et de récupérer par la même occasion de la capacité de décélérer plus tard (et ainsi de moduler la pente). Comme représenté sur les figures 10a, 10b et 10c, la trajectoire IDLE non contrainte 62 franchit la trajectoire plafond Bsup, entre le point courant 65 et le point cible 66. Le calcul recherche alors si les contraintes de la cellule peuvent être respectées par une augmentation de la pente obtenue au moyen d'une accélération de l'aéronef. Ce calcul comprend les étapes suivantes : déterminer un segment cible 74 permettant de joindre le point courant 65 au point cible 66 en respectant la contrainte plafond Bsup, le long d'une pente cible ycibie ; le point courant 65 et le point cible 66 étant séparés d'une longueur cible Lcible, déterminer un segment 75 de pente ymax et de longueur Laccelmax ; la pente ymax représentant la pente maximale pouvant être tenue par l'aéronef pour atteindre une vitesse maximale autorisée prédéfinie en maximisant la longueur Laccelmax parcourue par l'aéronef le long de cette pente. Autrement dit, le segment 75 représente la marge en pente et en distance accessible à l'aéronef par accélération. Le calcul comprend ensuite plusieurs règles de décision basées sur la 5 comparaison des valeurs de pente cible ycible et distance cible Lcibie, respectivement avec la pente minimale Ymax et la longueur maximale Laccelmax Ycible > Ymax et Lcible < Laccelmax 10 La pente maximale atteignable est plus forte que la pente cible et la longueur disponible pour accélérer est plus grande que la longueur cible. Il est donc possible de respecter la contrainte plafond Bsup. C'est le cas représenté sur la figure 10a. Le calcul se poursuit dans la cellule suivante. Le calcul détermine alors une trajectoire verticale 15 comprenant deux segments entre les points 65 et 66 : un premier segment 76 réalisé avec la pente Ymax ; et un second segment 77 réalisé avec la pente courante, c'est-à-dire permettant de maintenir une vitesse constante à poussée réduite. Le calcul procède au calcul du point de jonction WPTionc au moyen des fonctions connues des 20 systèmes FMS (typiquement, ce point est le croisement entre le segment 75, de pente Ymax et de longueur Laccel_max, déterminé à partir du point 65 ; et la demi-droite de pente courante, i.e. la pente de la trajectoire à vitesse constante entre les points 65 et 66, partant à rebours du point 66). Alternativement, on peut inverser les deux 25 segments et commencer sur la pente courante et finir sur la pente Ymax- Ycible > Ymax et Lcible Laccelmax La pente maximale atteignable est plus forte que la pente cible mais la 30 longueur disponible pour accélérer est plus petite que la longueur cible sur laquelle il faut modifier la trajectoire. La question qui se pose est de savoir si la longueur maximale Laccel_max est suffisante pour permettre une trajectoire respectant les contraintes de la cellule. Comme précédemment, on recherche une trajectoire constituée de 35 deux segments entre les points 65 et 66 : un premier segment 76 partant du point 65 et réalisé avec la pente ymax ; et un second segment 77 partant à rebours du point 66 et réalisé avec la pente courante, c'est-à-dire permettant de maintenir une vitesse constante à poussée réduite. Le calcul procède donc au calcul des deux segments 76 et 77 (ou comme précédemment en disposant les deux segments dans l'ordre inverse 77 et 76), au moyen des fonctions connues des systèmes FMS, et recherche s'il existe un point de jonction WPT_ionc entre ces deux segments. Le calcul prévoit deux alternatives : o II existe un point de jonction WPT_ionc, la trajectoire verticale calculée comprend les deux segments calculés 76 et 77, et le point de passage WPTionc- C'est le cas représenté sur la figure 1 Ob. Le calcul se poursuit dans la cellule suivante. o II n'existe pas de point de jonction possible. Autrement dit, on a épuisé les accélérations possibles pour augmenter les pentes.

On ne peut tenir les contraintes de la cellule. La trajectoire IDLE la plus longue à haute altitude a été trouvée. Le calcul est interrompu. C'est le cas représenté sur la figure 10c. - Si Ycible < Ymax Même en accélérant, la pente résultante ne permet pas de maintenir une altitude inférieure à Bsup au point 66. Il n'existe pas de trajectoire permettant de tenir les contraintes de la cellule. La trajectoire IDLE la plus longue à haute altitude a été trouvée. Le calcul est interrompu.

Construction d'un corridor avec bornes en pente Il est envisagé par la présente invention d'ajouter au calcul du corridor autorisé à l'aéronef la possibilité de définir des trajectoires plancher Birif et plafond Bsup en pente. Autrement dit, le corridor définit des bornes supérieures Bsup et inférieures Binf en pente et fixées autour d'un faisceau radioélectrique de type glideslope par exemple, faisceau vertical usuel des balises sol dites ILS pour l'acronyme anglo-saxon Instrument Landing System. Les bornes supérieures et inférieures peuvent être dirigées vers un même point, par exemple le point d'atterrissage 21, on parle de bornes supérieures et inférieures angulaires. Alternativement, les bornes supérieures et inférieures peuvent être dirigées vers deux points distincts en définissant deux pentes parallèles, on parle de bornes supérieures et inférieures linéaires. Ce type de corridor permet de rechercher une trajectoire IDLE proche d'un profil théorique à pente figée. Cela permet par exemple à l'équipage de suivre une pente glide lorsqu'il est aligné sur le faisceau, relativement tôt dans la descente. Cela permet encore de suivre la performance de navigation par rapport à un faisceau virtuel courbe, par exemple dans le cas d'une descente dite VRNP. Les figures 11a et 11 b illustrent un exemple de calcul d'une trajectoire « MAX IDLE high » dans le cas d'un corridor avec bornes supérieures et inférieures en pente. Le calcul de trajectoire « MAX IDLE high » décrit précédemment conduit naturellement à définir une succession de segments à vitesse fixe et à décélération pour maintenir l'aéronef dans le corridor. Sur la figure 11a, les bornes supérieures et inférieures sont de type angulaires par rapport au faisceau de consigne référencé 80. Sur la figure 11b, les bornes supérieures et inférieures sont de type linéaires par rapport au faisceau de consigne référencé 80. Bien entendu, un mode mixte ou un mode par morceaux peuvent également être envisagés.

Calcul de la traiectoire verticale « MAX IDLE low » Nous avons indiqué que le procédé permettait dans une étape 102 représentée en figure 5 de sélectionner entre trois modes de calcul de la trajectoire verticale. Nous avons décrit au moyen des figures 7, 8, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 10a, 10b et 10c le calcul d'une trajectoire verticale « MAX IDLE high » permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à haute altitude. Le procédé permet aussi de sélectionner un calcul de trajectoire verticale « MAX IDLE low » permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à basse altitude.

Le logigramme de ce calcul de trajectoire « MAX IDLE low », correspondant à l'étape de calcul 104 en figure 5, est identique à celui du calcul de trajectoire « MAX IDLE high » représenté en figure 7. Le calcul se distingue toutefois du calcul « MAX IDLE high » par le fait qu'il procède à l'envers, autrement dit en miroir. Le calcul ne part pas du point de début de descente T/D (ou du premier point WPTstart considéré pour le calcul de trajectoire IDLE) en avançant jusqu'à la destination. Il part du point d'atterrissage (ou du dernier point considéré pour le calcul de trajectoire IDLE, par exemple le point DECEL) et remonte a rebours vers le point de début de descente. L'itération a donc lieu de la dernière cellule vers la première cellule. Les algorithmes sont les algorithmes miroir également. Les phases d'accélération sont remplacés par des phases de décélération, et vice-versa ; une décélération dans un calcul vers l'avant correspondant à une accélération dans un calcul à rebours. Notons enfin qu'il n'y a pas dans ce cas de calcul de trajectoire modifiée par correction en distance.

Nous avons décrit les principales modifications de l'algorithme pour le calcul de trajectoire « MAX IDLE low ». Partant de l'algorithme de calcul de trajectoire « MAX IDLE high » décrit en détail précédemment, l'homme du métier saura définir dans le détail l'algorithme de calcul de trajectoire « MAX IDLE low ».

Calcul de la trajectoire verticale « MAX IDLE length » La figure 12 représente sous la forme d'un logigramme les sous-étapes du calcul d'une trajectoire « MAX IDLE length» permettant d'optimiser la longueur cumulée des segments IDLE. Ce mode de calcul de trajectoire est proche à celui du calcul de trajectoire « MAX IDLE high » représenté en figure 7. Il s'en distingue par le fait que le calcul n'est pas interrompu lorsqu'une trajectoire IDLE ne peut être trouvée. Partant de la première cellule, le calcul recherche une trajectoire IDLE, 25 non contrainte ou modifiée, permettant de respecter les contraintes de la cellule. Si cette trajectoire existe, le calcul se poursuit dans la cellule suivante. Si le calcul ne permet pas de définir une trajectoire IDLE modifiée (en distance ou en pente, autorisant ou non l'accélération) permettant de 30 respecter les contraintes de la cellule, le calcul recherche une trajectoire réalisée - au moins partiellement - à poussée non réduite (i.e. supérieure à l'IDLE) permettant de respecter les contraintes de la cellule, avant de poursuivre le calcul dans la cellule suivante.

Les figures 13a et 13b illustrent un exemple de calcul de trajectoire « MAX IDLE length ». Nous avons mentionné deux scénarios dans lesquels le calcul ne peut trouver de trajectoire IDLE modifiée permettant de respecter une contrainte plancher : Lorsque la pente minimale atteignable est plus faible que la pente cible mais la longueur disponible pour décélérer est plus petite que la longueur cible sur laquelle il faut modifier la trajectoire ; et lorsqu'il n'existe pas de point de jonction possible entre le premier segment 71 et le second segment 72 (cas représenté en figure 9f).

Dans ce cas, le calcul remplace le segment 72 par un segment 72bis, réalisé à pente v imposée, permettant de joindre le segment 71 au point 66, au moyen d'un mode « pente fixe et vitesse imposée » imposant une poussée non réduite. C'est le cas représenté sur la figure 13a. Lorsque même en décélérant (en IDLE), la pente résultante ne permet pas de maintenir une altitude respectant la contrainte plancher (cas représenté en figure 9g). Dans ce cas, le calcul définit une trajectoire comprenant un segment de pente égale à la pente ycible, permettant de rejoindre le point 66, au moyen d'un mode « pente fixe et vitesse imposée » imposant une poussée non réduite. Nous avons aussi mentionné deux scénarios dans lesquels le calcul ne peut trouver de trajectoire IDLE modifiée, avec réaccélération possible, permettant de respecter une contrainte plafond : Lorsque la pente maximale atteignable est plus forte que la pente cible mais la longueur disponible pour accélérer est plus petite que la longueur cible sur laquelle il faut modifier la trajectoire ; et lorsqu'il n'existe pas de point de jonction entre les deux segments calculés 76 et 77 (cas représenté en figure 10c).

Dans ce cas, le calcul remplace le segment 77 par un segment 77bis réalisé à pente Yimposée, permettant de joindre le segment 76 au point 66, au moyen d'un mode « pente fixe et vitesse imposée » imposant une poussée non réduite. C'est le cas représenté sur la figure 13b. Lorsque même en accélérant (en IDLE), la pente résultante ne permet pas de maintenir une altitude respectant la contrainte plafond.

Dans ce cas, le calcul définit une trajectoire comprenant un segment de pente égale à la pente ycible, permettant de rejoindre le point 66, au moyen d'un mode « pente fixe et vitesse imposée » imposant une poussée non réduite.

Autrement dit, lorsque le calcul a épuisé la marge d'accélération ou de décélération permettant de tenir les contraintes de la cellule, le mode de calcul « MAX IDLE length » autorise à sortir ponctuellement du mode IDLE pour permettre à l'aéronef de rejoindre la cellule suivante, dans laquelle la trajectoire IDLE peut être poursuivie. Nous avons décrit trois modes de calcul possibles de la trajectoire verticale permettant d'optimiser la longueur du segment IDLE à haute altitude, la longueur du segment IDLE à basse altitude, ou la longueur cumulée des segments IDLE. Ces trois modes de calcul se différencient notamment par le séquencement du calcul de trajectoire dans les cellules (partant de la première cellule, ou par un calcul à rebours, de la dernière cellule), et par les options du calcul de trajectoire dans une cellule dans le cas ou une trajectoire IDLE complète dans la cellule ne peut être trouvée.

Ces trois modes de calcul ont en revanche en commun de déterminer pour au moins une cellule une trajectoire verticale entre le point de départ et d'arrivée respectant les contraintes d'altitude de la cellule et comprenant un segment IDLE le plus long possible. Selon les cas, la trajectoire verticale optimisant la longueur du segment IDLE peut être constituée : uniquement du segment IDLE non contraint, d'un segment IDLE modifiant au moins sur une portion la vitesse de l'aéronef, soit par décélération, soit par accélération lorsque cette option est autorisée, d'une succession d'un premier segment IDLE et d'un second segment non IDLE lorsque les marges d'accélération/décélération sont insuffisantes pour réaliser un segment IDLE complet dans la cellule. Affichage de la trajectoire verticale et des points de manoeuvres A l'issue du calcul de trajectoire verticale, selon l'un des trois mode de calcul possible, le procédé se poursuit par une étape 106 de calcul et d'affichage des points de manoeuvres, permettant, par des modifications de la vitesse et/ou de la configuration aérodynamique de l'aéronef, de suivre la trajectoire verticale calculée lors d'une des étapes 103, 104 ou 105. La figure 14 illustre un exemple d'affichage, sur un écran à destination de l'équipage, des points de manoeuvre permettant le long d'une trajectoire de descente et d'approche de maintenir la trajectoire verticale IDLE calculée par le procédé. Dans l'exemple représenté, la trajectoire verticale comprend deux points de manoeuvre 90 et 91 permettant de tenir une trajectoire IDLE jusqu'à un point « Last IDLE point » matérialisé à l'écran par un pentagone. Il est aussi envisagé par la présente invention l'affichage de la trajectoire verticale calculée, en altitude et en vitesse, en matérialisant aussi sur cette trajectoire les points de manoeuvres nécessaires. Il est encore envisagé de mettre en place un dispositif visuel et/ou sonore permettant d'alerter l'équipage selon une périodicité croissante à mesure de l'approche d'un point de manoeuvre. L'invention porte également sur un système de gestion de vol comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé d'aide à la navigation ayant les caractéristiques définies précédemment. Cette nouvelle fonction est intégrable dans un système FMS, pour optimiser une procédure de descente ou d'approche.25

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'aide à la navigation d'un aéronef, destiné à être implémenté dans un système de gestion de vol, pour un aéronef entre un point de début de calcul (WPTstart) et un point de fin de calcul (WPTend); le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de calcul consistant à : - collecter un ensemble de données comprenant un plan de vol constitué d'une succession de points de passage (WPT;) entre le point de début de calcul (WPTstart) et le point de fin de calcul (WPTend) ; à chaque point de passage (WPT;) pouvant être associée des contraintes verticales (MA), - déterminer un corridor, entre le point de début de calcul (WPTstart) et le point de fin de calcul (WPTend), constitué : o d'une trajectoire plancher (Bief), constituée d'une série de profils (45, 46) définissant l'altitude minimale autorisée à l'aéronef, en fonction des contraintes verticales (CM) des points de passage (WPT;), o d'une trajectoire plafond (Bsup), constituée d'une série de profils (52, 53) définissant l'altitude maximale autorisée à l'aéronef, en fonction des contraintes verticales (CV;) des points de passage (WPT;), - scinder le corridor en une ou plusieurs cellules (CELJ) entre le point de début de calcul (WPTstart) et le point de fin de calcul (WPTend); chaque cellule (CELA) étant définie par un point de départ (Pds) et un point d'arrivée (Pas) ; les points de départ (Pd1) et d'arrivée (Pas) étant deux points de passage (WPT;) les plus éloignés de l'ensemble de données entre lesquels la trajectoire plafond (13sup) est distincte de la trajectoire plancher (B1 a), - déterminer pour au moins une cellule (CELA) une trajectoire verticale entre le point de départ (Pds) et d'arrivée (Pas), respectant les contraintes d'altitude de la cellule définies par les trajectoires plafond (Bsup) et plancher (Binf), et comprenant un segment IDLE le plus long possible,- assembler une trajectoire verticale cible entre le point de début de calcul (WPTstart) et le point de fin de calcul (WPTend), intégrant la trajectoire verticale de l'au moins une cellule (Cal) ; et une étape consistant à déterminer et afficher des points de manoeuvres 5 (90,91) de l'aéronef permettant de suivre la trajectoire verticale cible.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dont la calcul de la trajectoire plancher (Bic) comprend : - une première étape d'initialisation consistant à définir un point support 10 comme le point de début de calcul (WPTstart), - un processus itératif, sur les points de passage (WPTi) de l'ensemble de données, jusqu'au point de fin de calcul (WPTend), consistant à : o identifier le premier point de passage (WPTI) après le point support comprenant une contrainte verticale (CV;) de type 15 « AT » ou « AT OR ABOVE », o définir un profil (45) d'altitude constante égale à la valeur de la contrainte verticale (CV;) du point de passage (WPTi) identifié, entre le point support et le point de passage identifié (WPTI), o définir le point de support pour le calcul itératif suivant comme 20 le point de passage identifié (WPT1).
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dont le calcul de la trajectoire plafond (Bsup) comprend : - une première étape d'initialisation consistant à définir un point support 25 comme le point de début de calcul (WPTstart), - un processus itératif, sur les points de passage (WPTi) de l'ensemble de données, jusqu'au point de fin de calcul (WPTend), consistant à : o identifier le premier point de passage (WPT;) après le point support comprenant une contrainte verticale (CV1) de type 30 « AT » ou « AT OR BELOW », o définir un profil (52) d'altitude constante égale à la valeur de la contrainte verticale (CV1) du point support, entre le point support et le point de passage identifié (CV;), o définir le point support pour le calcul itératif suivant comme le 35 point de passage (CV).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dont le processus itératif du calcul de trajectoire plancher (Bief) ou plafond (Bsup) comprend des étapes consistant à : - identifier un point de passage (WPTi) après le point support comprenant une contrainte en pente de type « FPA », - déterminer un point de descente (50) au-delà duquel l'aéronef doit descendre pour atteindre le point de passage (WPTI) en respectant la contrainte de pente, - définir un premier profil (54) d'altitude constante entre le point support et le point de descente (50), suivi d'un second profil (55) d'altitude décroissante selon la contrainte de pente jusqu'au point de passage (WPTi).
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, pour le calcul de trajectoire plancher (Bi' f) ou plafond (Bsup), toute contrainte verticale (CV;) en un point de passage (WPT;), qui impose à l'aéronef de remonter en altitude pour respecter une contrainte verticale (CV1) en un point de passage suivant (WPTs), est ignorée.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dont le calcul des cellules (Cas) comprend : - une première étape d'initialisation consistant à définir le point de départ (Pds) d'une première cellule (GEL) comme le point de début de calcul (WPTstart), - un processus itératif, sur les points de passage (WPT1) de l'ensemble de données, jusqu'au point de fin de calcul (WPTend), consistant à : o identifier le premier point de passage (WPTi) après le point de départ (Pds), appartenant à la fois à la trajectoire plancher (Bief) et à la trajectoire plafond (Bsup), o définir ce point de passage (WPTi) comme le point d'arrivée (Pas) de la cellule (CELj), o identifier le premier point de passage (WPTI) à partir du point d'arrivée (Pas), tel que la trajectoire plancher (Binf) est distinctede la trajectoire plafond (Bsup) après ce point de passage (WPT;), o définir ce point de passage (VVPTi) comme le point de départ (Pdi+i) de la cellule suivante (CELi+i).
7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dont le calcul de trajectoire verticale est effectué pour la cellule (CEL1) dont le point de départ (Pd1) est le point de début de calcul (WPTstart), puis est répété dans les cellules suivantes (CEL;) tant que le segment IDLE le plus long possible de la trajectoire verticale de la cellule considérée (CEL;) permet de joindre le point de départ (Pdi) au point d'arrivée (Pal) ; la trajectoire verticale cible résultante (MAX IDLE high) définissant un segment IDLE le plus long possible à haute altitude.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dont le calcul de trajectoire verticale est effectué pour la cellule (CEL2) dont le point d'arrivée (Pa2) est le point de fin de calcul (WPTend), puis est répété dans les cellules précédentes (CEL1) tant que le segment IDLE le plus long possible de la trajectoire verticale de la cellule considérée (CEL1) permet, par un calcul à rebours, de joindre le point d'arrivée (Pa;) au point de départ (Pdi) ; la trajectoire verticale cible résultante (MAX IDLE low) définissant un segment IDLE le plus long possible à basse altitude.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dont le calcul de trajectoire verticale est effectué dans chacune des cellules (GEL') ; la trajectoire verticale cible résultante (MAX IDLE length) présentant une longueur cumulée des segments IDLE de chacune des cellules (CELi) la plus longue possible.
10. 10. Procédé comprenant une étape de sélection permettant de choisir entre l'un des trois modes de calcul de trajectoire définis respectivement par les revendications 7, 8 et 9.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dont le calcul de trajectoire verticale dans une cellule (GEL), comprend des étapes consistant à : - déterminer un segment IDLE non contraint (61) maintenant la vitesse aéronef constante entre le point de départ (Pdi) et le point d'arrivée (Pai), - définir la trajectoire verticale de la cellule (CELA) comme le segment IDLE non contraint (61), lorsque le segment IDLE non contraint (61) respecte les contraintes (Bief, Bsup) de la cellule (CELA), ou - rechercher s'il existe un segment IDLE modifié, permettant de joindre le point de départ (Pdi) et le point d'arrivée (Pai), par modification de la la vitesse aéronef, lorsque le segment IDLE non contraint (61) ne respecte pas les contraintes d'altitude (Bill, Bsup) de la cellule (CELA), et déterminer la trajectoire verticale de la cellule (CELA) comme le segment IDLE modifié lorsqu'il existe, ou - définir la trajectoire verticale de la cellule (CELA) comme une succession d'un premier segment IDLE et d'un second segment non IDLE, lorsqu'aucune trajectoire IDLE respectant les contraintes d'altitude (Bief, Bsup) de la cellule (CELA) ne peut être trouvé ; un premier segment IDLE correspondant à une portion du segment IDLE non contraint (61)
12. 12. Procédé selon la revendication 11, dont le calcul de trajectoire verticale dans la cellule (CEL1) dont le point de départ (Pdi) est le point de début de calcul (WPTstart), comprend une étape consistant à, lorsque le segment IDLE non contraint (61) ne respecte pas la contrainte d'altitude définie par la trajectoire plancher (13Inf) de la cellule (CELA), rechercher s'il existe un segment IDLE non contraint (62), initié après le point de début de calcul (WPTstart) respectant les contraintes (Binfy Bsup) de la cellule (CELA).
13. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dont le calcul de trajectoire verticale dans une cellule (CELA), lorsque le segment IDLE non contraint (62) ne respecte pas la contrainte d'altitude définie par la trajectoire plancher (E31'f) de la cellule (CELA), comprend des étapes consistant à :- identifier un point de passage courant (65) et un point de passage cible (66) entre lesquels le segment IDLE non contraint (62) franchit la trajectoire plancher (Binf), - déterminer un segment cible (64) permettant de joindre le point courant (65) au point cible (66) en respectant la contrainte plancher (Bir,f), le long d'une pente cible (vcible) ; le point courant (65) et le point cible (66) étant séparés d'une longueur cible (L ) - déterminer un segment IDLE corrigé (67) à partir du point courant (65), de pente minimale constante (w,,b,), le long duquel la vitesse aéronef est réduite jusqu'à une valeur seuil prédéfinie, et selon. une valeur de décélération prédéfinie ; la pente minimale (ymin) étant _ déterminée de manière à maximiser la longueur (Ldecce du segment IDLE corrigé (67) ; - déterminer la trajectoire verticale dans la cellule par comparaison du segment cible (64) avec le segment IDLE corrigé (67) ; la trajectoire verticale entre le point courant (65) et le point cible (66) pouvant comprendre : o un segment IDLE (71) de pente égale à la pente minimale (Ymin), et un second segment IDLE (72) réalisé à vitesse constante ; ou o un segment IDLE (71) de pente et de longueur égale au segment IDLE corrigé (67) suivi d'un segment non IDLE.
14. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, dont le calcul de 25 trajectoire verticale dans une cellule (CELi), lorsque le segment IDLE non contraint (62) ne respecte pas la contrainte d'altitude définie par la trajectoire plafond (Bsup) de la cellule (CELA), comprend des étapes consistant à : - identifier un point de passage courant (65) et un point de passage cible (66) entre lesquels le segment IDLE non contraint (62) franchit la 30 trajectoire plafond (Bsup), - déterminer un segment cible (74) permettant de joindre le point courant (65) au point cible (66) en respectant la contrainte plafond (Bsup), le long d'une pente cible (ycibie) ; le point courant (65) et le point cible (66) étant séparés d'une longueur cible (Lcible),- déterminer un segment IDLE corrigé (75) à partir du point courant (65), de pente maximale constante (ym.), le long duquel la vitesse aéronef est augmentée jusqu'à une valeur seuil prédéfinie, et selon une valeur d'accélération prédéfinie ; la pente minimale (ymax) étant déterminée de manière à maximiser la longueur (Laccel_max) du segment IDLE corrigé (75) ; - déterminer la trajectoire verticale par comparaison du segment cible (74) avec le segment IDLE corrigé (75) ; la trajectoire verticale entre le point courant (65) et le point cible (66) pouvant comprendre : o un segment IDLE (76) de pente égale à la pente maximale (Ymax), et un second segment IDLE (77) réalisé à vitesse constante ; ou o un segment IDLE (76) de pente et de longueur égale au segment IDLE corrigé (75) suivi d'un segment non IDLE.
15. 15. Système de gestion de vol comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes de calcul du procédé d'aide à la navigation selon l'une des revendications précédentes.20