FR3035997A1 - Optimisation de la trajectoire d'un aeronef - Google Patents

Abstract

Il est divulgué un procédé mis en œuvre par ordinateur d'optimisation de la trajectoire de croisière d'un aéronef comprenant les étapes consistant à recevoir un paramètre d'optimisation du vol F, déterminer des niveaux de vol d'essai NEi situés entre une altitude minimale NE1 et une altitude maximale NEn, les niveau de vol d'essai NEi étant séparés par un écart prédéfini p, déterminer le paramètre F(NEi) pour chaque altitude d'essai NEi, pour i variant de 1 à n, déterminer un niveau de vol NEopt minimisant le paramètre F, recevoir une valeur de marge M à appliquer sur le paramètre F, et déterminer un ensemble de niveaux de vols optimaux fonction du paramètre F et de la marge M, lesdits niveaux étant situés entre un niveau de vol minimum NOmin et maximal NOmax. Des aspects de consommation carburant, de plafond, d'écart autorisé ainsi que de système et de logiciel sont décrits.

Description

1 OPTIMISATION DE LA TRAJECTOIRE D'UN AERONEF Domaine de l'invention L'invention concerne l'optimisation de la trajectoire de vol d'un aéronef et en particulier des procédés et systèmes pour estimer et prédire les performances verticales de trajectoire. Etat de la Technique Un pilote a besoin de connaître les niveaux de vols que prendra l'aéronef en cours de vol. Ces niveaux de vol déterminent des niveaux de consommation de carburant prévisibles, à une marge d'erreur près, chaque niveau de vol étant associé à une consommation de carburant généralement linéaire. Parmi ces niveaux de vol, il existe une trajectoire optimale théorique en matière de consommation de carburant (c'est-à-dire une trajectoire qui minimise cette consommation). Le niveau de vol optimal théorique n'est pas nécessairement volable. En accord avec le contrôle aérien, le pilote peut faire évoluer l'aéronef entre les différents niveaux de vol, de façon à se rapprocher er de ce niveau de vol optimal en matière de consommation de carburant. Les économies de carburant sont également associées à une réduction de l'impact environnemental. Un des problèmes techniques à résoudre consiste donc à déterminer une ou plusieurs attitudes de croisière de façon à optimiser la consommation 25 de carburant total. Pour une mission donnée, le niveau de vol optimal en termes de consommation linéaire peut être trouvé en fonction des 3035997 performances de l'aéronef, du plan de vol de la mission, et des données météorologiques prévues pour le vol considéré. Dans l'hypothèse où les exploitants ou les équipages connaîtraient le niveau de vol optimal pour la mission, encore faudrait-il que l'aéronef 5 puisse gagner ce niveau et y voler sa croisière, compte tenu des contraintes courantes du trafic aérien qui ne permettent aux aéronefs de circuler qu'à des niveaux bien définis. Toute minimisation du coût carburant se fait dans le respect strict des règles de sécurité aérienne. Ce problème technique est aujourd'hui seulement partiellement résolu.

10 La principale approche connue et largement implémentée aujourd'hui pour les vols commerciaux consiste à déterminer plusieurs niveaux de vol potentiels pour une mission donnée, à déterminer la consommation linéaire moyenne associée à chaque niveau de vol, et ensuite à fournir au pilote la valeur d'altitude de la croisière déterminée comme optimale.

15 Opérationnellement, une fois cette valeur d'altitude connue, le pilote demande au contrôle aérien (ATC) la « clearance » (autorisation de consigne de vol) pour pouvoir voler la croisière à cette altitude là. Néanmoins, si pour n'importe quelle raison, l'ATC ne peut pas accorder cette altitude de croisière à l'aéronef (par exemple si cette attitude est 20 déjà empruntée par des aéronefs effectuant les croisières sur des plans de vol en sens inverse), le pilote ne disposera pas d'alternatives pour effectuer la mission dans des conditions de consommation minimale de carburant. Le contrôle aérien (ATC) proposera alors un autre niveau de vol de croisière à l'aéronef, mais le pilote ne saura pas à quelle mesure le niveau de vol proposé est pénalisant par rapport à celui qu'il savait « optimal ». Le pilote peut tenter de simuler des plans de vol alternatifs, au niveau de vol que l'ATC leur propose ou à des niveaux proches de celui-ci, pour voir si prévision de consommation de carburant restent acceptables. Le cas échéant, le pilote peut chercher à renégocier avec le 3035997 3 contrôle aérien une autre clearance de croisière. Cette approche nécessite de nombreuses tâches de travail temps pour le pilote que pour le contrôle aérien. La littérature brevet comprend par exemple le document US20140244077 5 Thalès « Method for creating a vertical trajectoty profile comprising multiple altitude levels », lequel divulgue un procédé calculant une succession de paliers optimisés en croisière (« steps » multiples), mais ne détermine pas de plages particulières d'altitudes de vol. Il existe un besoin pour des systèmes et procédés avancés pour 10 l'optimisation de la trajectoire de croisière d'un aéronef Résumé de l'invention Il est divulgué un procédé mis en oeuvre par ordinateur d'optimisation de la trajectoire de croisière d'un aéronef comprenant les étapes consistant à 15 recevoir un paramètre d'optimisation du vol F, déterminer des niveaux de vol d'essai NEi situés entre une altitude minimale NE1 et une altitude maximale NEn, les niveau de vol d'essai NEi étant séparés par un écart prédéfini p, déterminer le paramètre F(NEi) pour chaque altitude d'essai NEi, pour i variant de 1 à n, déterminer un niveau de vol NEopt 20 minimisant le paramètre F, recevoir une valeur de marge M à appliquer sur le paramètre F, et déterminer un ensemble de niveaux de vols optimaux fonction du paramètre F et de la marge M, lesdits niveaux étant situés entre un niveau de vol minimum NOmin> et maximal NOmax. Des aspects de consommation carburant, de plafond, d'écart autorisé ainsi 25 que de système et de logiciel sont décrits. Selon un aspect de l'invention, le procédé de calcul trajectoire est implémenté dans un système tel que système de gestion de vol FMS (ou un système de préparation de missions). Le calcul de trajectoire 3035997 4 considère notamment, pour un aéronef donné, des paramètres tels que la configuration de la mission (e.g. poids carburant), le plan de vol, les conditions météorologiques associées à la mission et les performances de l'aéronef.

5 Le procédé selon l'invention comprend notamment des étapes consistant à déterminer la consommation linéaire moyenne pour plusieurs altitudes de croisière possibles en « balayant » le domaine volable. Une fois obtenue l'altitude optimale (par exemple déterminée selon l'état de la technique), à partir d'une marge prédéfinie ou paramétrable M, le procédé 10 selon l'invention détermine une pluralité de niveau de vol situés autour de l'altitude optimale, pour lesquels la consommation calculée se trouve dans cette marge par rapport à la consommation optimale. L'information résultante est alors fournie au pilote sous la forme de deux bornes (i.e. borne min. et borne max.) pour lesquelles la consommation linéaire est 15 égale - à une marge M près - à la consommation optimale. En d'autres termes, il est déterminé une enveloppe de trajectoire optimale du point de vue de la consommation de carburant. Avantageusement, le procédé selon l'invention confère de la flexibilité au pilote. Par exemple, pour un vol de 1000 miles nautiques, le pilote peut 20 choisir un niveau de vol optimal situé entre 30000 et 35000 pieds pour 50 kilogrammes de surconsommation en carburant d'après le procédé selon l'invention. Selon l'approche traditionnelle, le pilote ne dispose d'aucune marge de manoeuvre autour du niveau déterminé comme optimal. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des gains 25 en termes de coût de carburant et donc d'empreinte écologique (e.g. réduction d'émissions de gaz à effet de serre), par l'aide au choix d'un niveau de vol particulier parmi des vols déterminés comme optimaux. A l'échelle d'une trajectoire en vol, la majeure partie du carburant consommé l'est pendant la phase de croisière. Cette dernière constitue, à 3035997 5 ce titre, un levier particulièrement favorable pour des économies de carburant. Avantageusement, la détermination de la pluralité de niveaux de vol volables, associés chacun avec des informations de consommation de 5 carburant, permet au pilote de pouvoir négocier plus efficacement avec le contrôle aérien. Conséquence d'une meilleure visibilité ou profondeur de vue sur le vol, le pilote peut avoir besoin de moins d'itérations pour trouver un niveau de vol acceptable et de fait la négociation pilote-ATC peut s'effectuer plus rapidement.

10 Avantageusement, le procédé selon l'invention permet plus de fluidité dans la négociation du niveau de vol avec le contrôle aérien ATC. Avantageusement, le pilote peut améliorer le contrôle de la consommation de carburant durant la croisière de l'aéronef, en configurant ou paramétrant la marge de surconsommation (ou sous- 15 consommation) de carburant pour la croisière. La consommation en carburant est anticipée et contrôlée. Certaines approches de l'état de la technique cherchent des solutions complexes, par exemple sur le fondement de multiples changements d'altitude. Par exemple certaines optimisations connues de la phase 20 croisière (e.g. détermination du « multiple optimum step») consistent à calculer une succession de niveaux de croisière qui s'enchaînent à des points optimisés. En comparaison, le procédé selon l'invention permet de déterminer un unique palier à rejoindre. Cette approche est particulièrement avantageuse car elle évite de négocier de nombreux 25 changements de niveaux avec l'ATC. Avantageusement, les coûts de maintenance peuvent être également et indirectement optimisés. Par exemple, des efforts mécaniques moindres associés à une trajectoire optimisée de l'aéronef peuvent 303 5 997 6 significativement diminuer la nécessité (et donc le coût) d'opérations de maintenance après les vols. Avantageusement, le procédé décrit peut être embarqué ou implémenté dans un FMS existant ("retro fit') ou à venir ("forward fif').

5 La présente invention s'implémentera avantageusement dans tous les environnements avioniques, y compris en matière de drones télé-pilotés ou autonomes. Description des figures Différents aspects et avantages de l'invention vont apparaitre en appui de 10 la description d'un mode préféré d'implémentation de l'invention mais non limitatif, avec référence aux figures ci-dessous : La figure 1 illustre l'environnement technique global de l'invention; La figure 2 illustre schématiquement la structure et les fonctions d'un système de gestion de vol de type FMS connu; 15 La figure 3 illustre un exemple d'enveloppe des niveaux de vol admissibles tels que déterminés dans un mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 montre des exemples d'étapes du procédé selon l'invention ; La figure 5 montre le schéma d'un exemple d'un plan de vol initial ; 20 La figure 6 illustre la détermination d'un paramètre F(NEi) selon un point de démarrage fixe ; La figure 7 montre le schéma d'un plan de vol initial et un exemple de détermination d'un paramètre F(NEi) selon un point de démarrage optimisé.

25 3035997 7 Description détaillée de l'invention Certains termes et environnements techniques sont définis ci-après. L'acronyme ou sigle EFB correspond à la terminologie anglaise "Electronic Flight Bag" et désigne des librairies électroniques 5 embarquées. Généralement traduit par "sac de vol électronique" ou "sacoche/cartable de vol électronique" ou "tablette de vol électronique", un EFB est un appareil électronique portable et utilisé par le personnel navigant. L'acronyme ou sigle FMS correspond à la terminologie anglaise "Flight 10 Management System" et désigne les systèmes de gestion de vol des aéronefs. Lors de la préparation d'un vol ou lors d'un déroutement, l'équipage procède à la saisie de différentes informations relatives au déroulement du vol, typiquement en utilisant un dispositif de gestion de vol d'un aéronef FMS. Un FMS comprend des moyens de saisie et des 15 moyens d'affichage, ainsi que des moyens de calcul. Un opérateur, par exemple le pilote ou le copilote, peut saisir via les moyens de saisie des informations telles que des RTA, ou "waypoints ", associés à des points de cheminement, c'est-à-dire des points à la verticale desquels l'aéronef doit passer. Les moyens de calcul permettent notamment de calculer, à 20 partir du plan de vol comprenant la liste des waypoints, la trajectoire de l'aéronef, en fonction de la géométrie entre les waypoints et/ou des conditions d'altitude et de vitesse. L'acronyme IHM correspond à Interface Homme-Machine (HMI en anglais, Human Machine Interface). La saisie des informations, et 25 l'affichage des informations saisies ou calculées par les moyens d'affichage, constituent une telle interface homme-machine. Avec des dispositifs de type FMS connus, lorsque l'opérateur saisit un point de cheminement, il le fait via un affichage dédié affiché par les moyens d'affichage. Cet affichage peut éventuellement également afficher des 3035997 8 informations relatives à la situation temporelle de l'aéronef vis-à-vis du point de cheminement considéré. L'opérateur peut alors saisir et visualiser une contrainte de temps posée pour ce point de cheminement. De manière générale, les moyens IHM permettent la saisie et la 5 consultation des informations de plan de vol, des données de pilotage, etc. Le pilote d'un aéronef ou avion utilise les informations de plan de vol dans plusieurs contextes: au sein des équipements avioniques au moyen du FMS (Flight Management System) et/ou au moyen de l'"EFB" (Electronic 10 Flight Bag), par exemple de type tablette. Dans les systèmes avioniques actuels, le plan de vol est généralement préparé au sol par le préparateur de mission, par exemple en utilisant un outil appelé "Flight Planning System". Une partie du plan de vol est transmise au contrôle aérien pour validation. Le plan de vol est finalement entré dans le FMS.

15 Les « niveaux de vol » sont des attitudes de vol. Les niveaux de vol autorisés pour la croisière sont imposés par le contrôle de la navigation aérienne. Les valeurs d'altitude sont discrétisées. Les niveaux de vol se mesurent en multiples de 100 pieds (feets). Classiquement, les niveaux de vol autorisés en haute altitude sont des multiples de 1000, 2000 ou 20 4000 pieds (ft). Par exemple dans certaines zones, les niveaux de vol impairs (29.000 pieds/FL290, 31.000 pieds/FL310, etc) sont autorisés sans le sens Ouest vers Est et les niveaux de vol pairs (30.000ft/FL300, 32.000ft/ FL320, etc) sont autorisés dans le sens Est vers Ouest. Une "transition" ("step" en anglais) correspond à un changement de 25 niveaux de vol (FL pour « Flight Level » en anglais). Un "changement de niveau de vol" (ou "transition" ou "transition entre paliers") est une portion de trajectoire décrivant le changement d'un palier réalisé à un niveau de vol donné vers le suivant (e.g. qui peut être au-dessus ou au-dessous du niveau de vol courant ou actuel) 3035997 9 Une "route" comprend en particulier une liste d'identifiants non géoréférencés permettant de décrire la trajectoire de l'aéronef. Un "plan de vol" comprend notamment une liste d'objets géo-référencés associés aux identifiants de la route. Un plan de vol peut généralement 5 être représenté graphiquement par une succession (pas nécessairement continue) de "segments" (ou "portions de vol" ou "éléments de trajectoire"). Une "trajectoire" est généralement définie comme un chemin continu, décrit en 3 dimensions ou plus (dimensions spatiales quant aux positions, 10 mais aussi vitesses, temps, masse, etc.), correspondant à un ensemble de données décrivant l'évolution d'une pluralité de paramètres physiques de l'avion, ainsi que de leur dynamique à mesure ou en fonction du plan de vol. La figure 1 illustre l'environnement technique global de l'invention. Des 15 équipements avioniques ou des moyens aéroportuaires 100 (par exemple une tour de contrôle en lien avec les systèmes de contrôle aérien) sont en communication avec un aéronef 110. Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère terrestre. Par exemple, un aéronef peut être un avion ou un hélicoptère (ou bien encore 20 un drone. L'aéronef comprend une cabine de pilotage ou un cockpit 120. Au sein du cockpit se trouvent des équipements de pilotage 121 (dits équipements avioniques), comprenant par exemple un ou plusieurs calculateurs de bord (moyens de calcul, de mémorisation et de stockage de données), dont un FMS, des moyens d'affichage ou de visualisation et 25 de saisie de données, des moyens de communication, ainsi que (éventuellement) des moyens de retours haptiques. Un EFB 122 peut se trouver à bord, de manière portative ou intégrée dans le cockpit. Ledit EFB peut interagir (communication bilatérale 123) avec les équipements avioniques 121. L'EFB peut également être en communication 124 avec 3035997 10 des ressources informatiques externes, accessible par le réseau (par exemple informatique en nuage ou "Cloud computing" 125. En particulier, les calculs peuvent s'effectuer localement sur l'EFB ou de manière partielle ou totale dans les moyens de calculs accessibles par le réseau.

5 Les équipements de bord 121 sont généralement certifiés et régulés tandis que l'EFB 122 et les moyens informatiques connectés 125 ne le sont généralement pas (ou dans une moindre mesure). Cette architecture permet d'injecter de la flexibilité du côté de l'EFB 122 en s'assurant d'une sécurité contrôlée du côté de l'avionique embarquée 121.

10 La figure 2 illustre schématiquement la structure et les fonctions d'un système de gestion de vol de type FMS connu. Un système de type FMS 200 disposé dans le cockpit 120 et les moyens avioniques 121 dispose d'une interface homme-machine 220 comprenant des moyens de saisie, par exemple formés par un clavier, et des moyens d'affichage, par 15 exemple formés par un écran d'affichage, ou bien simplement un écran d'affichage tactile, ainsi qu'au moins les fonctions suivantes: - Navigation (LOCNAV) 201, pour effectuer la localisation optimale de l'aéronef en fonction des moyens de géolocalisation 230 tels que le géopositionnement par satellite ou GPS, GALILEO, les balises de 20 radionavigation VHF, les centrales inertielles. Ce module communique avec les dispositifs de géolocalisation précités ; - Plan de vol (FPLN) 202, pour saisir les éléments géographiques constituant le "squelette" de la route à suivre, tels que les points imposés par les procédures de départ et d'arrivée, les points de cheminement, les 25 couloirs aériens, communément désignés "airvvays" selon la terminologie anglaise. Les procédés et des systèmes décrits affectent ou concernent cette partie du calculateur. - Base de données de navigation (NAVDB) 203, pour construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses 3035997 11 dans les bases relatives aux points, balises, legs d'interception ou d'altitude, etc; - Base de données de performance, (PERFDB) 204, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil ; 5 - Trajectoire latérale (TRAJ) 205, pour construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement (RNP) ; - Prédictions (PRED) 206, pour construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale et verticale et donnant les estimations de distance, 10 heure, altitude, vitesse, carburant et vent notamment sur chaque point, à chaque changement de paramètre de pilotage et à destination, qui seront affichées à l'équipage. Les procédés et des systèmes décrits affectent ou concernent principalement cette partie du calculateur. - Guidage (GUID) 207, pour guider dans les plans latéraux et verticaux 15 l'aéronef sur sa trajectoire tridimensionnelle, tout en optimisant sa vitesse, à l'aide des informations calculées par la fonction Prédictions 206. Dans un aéronef équipé d'un dispositif de pilotage automatique 210, ce dernier peut échanger des informations avec le module de guidage 207; - Liaison de données numériques (DATALINK) 208 pour échanger des 20 informations de vol entre les fonctions Plan de vol/Prédictions et les centres de contrôle ou les autres aéronefs 209. - un ou plusieurs écrans, notamment les écrans dits FMD, ND et VD. Le FMD (« Flight Management Display » en anglais) est une interface, généralement un écran d'affichage, pouvant être interactif (par exemple 25 un écran tactile), permettant d'interagir avec le FMS (Flight Management System en anglais). Par exemple, il permet de définir une route et de déclencher le calcul du plan de vol et de la trajectoire associée. Il permet également de consulter le résultat du calcul sous forme textuelle.

3035997 12 Le ND (« Navigation display » en anglais) est une interface, généralement un écran d'affichage, pouvant être interactif (par exemple un écran tactile), permettant de consulter en deux dimensions la trajectoire latérale de l'avion, vue de dessus. Différents modes de visualisation sont 5 disponibles (rose, plan, arc, etc) ainsi que selon différentes échelles (configurables). Le VD (« Vertical Display » en anglais) est une interface, généralement un écran d'affichage, pouvant être interactif (par exemple un écran tactile), permettant de consulter en deux dimensions le profil vertical, 10 projection de la trajectoire. Comme pour le ND, différentes échelles sont possibles. La figure 3 illustre un exemple d'enveloppe de niveaux de vol admissibles tels que déterminés dans un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 montre en abscisse 301 les niveaux de vol mesurés en pied, 15 et en ordonnée 302 la consommation de carburant en multiple de kilogramme par mile nautique. Chaque point de la courbe montrée en exemple montre la consommation de carburant qui est associée à un niveau de vol. Le minimum de cette courbe détermine un niveau optimum de vol, c'est-à-dire le niveau de vol ou la consommation de carburant sera 20 la plus faible. Autour de cette valeur de consommation minimum s'applique alors une variation admissible (i.e. la valeur de marge M définie précédemment) autorisant une surconsommation limitée par rapport à cette consommation optimale et permettant de déterminer une plage de niveau de vol comprise entre deux bornes (i.e. borne min. et borne max.) 25 Selon un aspect de l'invention, il est indiqué au pilote une enveloppe, i.e. un ensemble d'altitudes situées autour du niveau de vol considéré comme optimal. Ces niveaux de vol sont déterminés par l'application de la marge M autour du niveau de vol optimal.

3035997 13 La marge de tolérance M peut être prédéfinie, c'est-à-dire définie par défaut. Par exemple, la valeur de la marge peut être égale à 0,3 Kg/Nm (i.e. 300 kilogrammes pour 1000 miles nautiques ou Nm volés). Pour un niveau de vol optimal déterminé à FL330 (33000 ft ou pieds), 5 avec une consommation linéaire moyenne calculée de 10 kg/Nm, le procédé de calcul traditionnel fournirait un unique niveau de vol situé soit au-dessous soit au-dessus de ce niveau optimal, sans fournir aucune flexibilité d'évolution autour dudit niveau optimal. En d'autres termes, le procédé traditionnel ne fournirait aucune flexibilité. A contrario, le procédé 10 selon l'invention détermine une enveloppe de trajectoires admissibles dans les contraintes et limites admissibles. Par exemple, et par comparaison, le procédé selon l'invention détermine une plage entre FL300 et FL350. En d'autres termes, une tolérance de surconsommation de carburant de 300 kg pour 1000 Nm (par exemple) conférerait par 15 exemple une amplitude d'évolution de l'aéronef dans une enveloppe de trajectoires situées entre 30 000 et 35 000 pieds (toujours par exemple). La figure 4 illustre des exemples d'étapes du procédé selon l'invention Le procédé selon l'invention comprend plusieurs étapes. Le procédé selon l'invention repose sur la détermination de la 20 consommation de carburant à plusieurs niveaux de vol « volables » en fonction de paramètres d'entrée. Ces paramètres d'entrée comprennent notamment (a) des éléments permettant de caractériser la configuration de l'avion (Poids à vide, poids du carburant, base de données de performances verticale) ; (b) du plan de vol correspondant à la mission de 25 l'aéronef ; (c) du modèle des conditions météorologiques prévues pour la mission de l'aéronef. Dans une première étape 410, un paramètre d'optimisation du vol (F) est sélectionné. Par exemple, le paramètre à optimiser peut être la consommation linéaire de carburant. Dans une deuxième étape 420, 3035997 14 l'altitude NEopt qui minimise le paramètre F est déterminée. Dans une troisième étape 430, une information ou indication ou valeur est reçue laquelle détermine la marge M à appliquer sur le paramètre F. Dans une quatrième étape 440, une "enveloppe" ou "tranche" d'altitudes ou un 5 "ensemble" d'altitudes est déterminée, ces altitudes situées entre (NOmin, Nomax) étant optimales au sens du paramètre F et de sa marge M.Dans une cinquième étape 450 optionnelle, ladite enveloppe est affichée à destination du pilote. Les étapes du procédé sont détaillées ci-après.

10 Dans une première étape 410, il est déterminé ou sélectionné ou reçu un critère ou paramètre d'optimisation du vol, Par exemple, le pilote sélectionne le critère de l'altitude (« niveau de vol »). Dans une première sous-étape 411, il est reçu ou déterminé ou sélectionné un « paramètre à minimiser » F. Par exemple, il est 15 sélectionné comme paramètre F la consommation linéaire de carburant, lequel va être déterminé pour une pluralité de niveaux de croisière possibles et volables. Dans une variante de réalisation, le pilote peut choisir comme paramètre F la consommation horaire (par exemple en kilogramme par heure). Dans une autre variante, le pilote peut choisir 20 comme paramètre F le carburant restant à l'arrivée (en kilogramme par exemple), ou restant en un point caractéristique ou déterminé du plan de vol. Dans une variante de réalisation, le paramètre F peut être - ou correspondre - au temps de vol (dans ce cas, minimiser le temps de vol correspond au fait de maximiser la vitesse au sol ou "ground speed" en 25 anglais, en prenant en compte les paramètres météorolgiques par exemple). Dans une variante de réalisation, le paramètre F peut être un paramètre "synthétique", i.e. résultant de l'agrégation pondérée de critères relevant de différentes natures (e.g. carburant et vitesse), permettant de la sorte de prendre en compte de manière simultanée 3035997 15 plusieurs paramètres du vol afin de déterminer les enveloppes de trajectoires correspondantes. Dans une seconde sous étape 412, il est déterminé des altitudes dites d'« essai » soit N Niveaux d'essai NEi, partant de NE1 à NEN, séparés 5 d'un pas égal à p unité d'écart d'altitude. Le paramètre à minimiser F est déterminé pour chacune de ces altitudes F(NEi) (i.e. au moyen des paramètres d'entrée a) b) et c) Dans une troisième sous-étape 430, les altitudes d'essai et les paramètres correspondants sont stockés en mémoire.

10 A l'issue de l'étape 410, il est déterminé une correspondance entre les différentes altitudes d'essai (NEi) avec les paramètres optimaux F(NEi) correspondants. Dans une deuxième étape 420, il est déterminé ou sélectionné un niveau de vol optimal parmi les niveaux NEi.

15 Cette sélection peut s'effectuer de différentes manières. Dans un mode de réalisation, est sélectionné le F(NEi) minimal, i.e. celui pour lequel le paramètre F de la consommation linéaire de carburant est minimal (sur la figure Niveau Optimum (NOPT), Conso au niveau Optimum (Cmin) ). Dans un mode de réalisation, il est donc déterminé une altitude NEopt 20 ainsi qu'un paramètre F(NEopt) qui est le minimum des paramètres Fei (dans un cas particulier). Dans une variante de réalisation, il est sélectionné le F(NEi) maximal, i.e. celui pour lequel le paramètre F de la vitesse au sol est maximal. De manière générale, une fonction analytique peut être utilisée (e.g. recherche d'un extremum local et/ou global, voire 25 de plusieurs, etc). A côté de fonctions analytiques, des algorithmes d'optimisation peuvent également être utilisés (e.g. optimisation combinatoire ou autre).

3035997 16 Dans une troisième étape 430, la marge M qui sera utilisée pour la détermination de l'enveloppe ou plage de niveau de vol est reçue (par exemple d'un module tiers du FMS) ou sélectionnée (par exemple par le 5 pilote au moyen d'une saisie au clavier ou d'une entrée tactile ou curseur) ou déterminée (par exemple par un procédé implémenté dans le FMS) Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que les paramètres comprennent «également (d) une marge M de consommation linéaire de carburant (e.g. par exemple exprimée en kg/Nm), qui correspond à une 10 tolérance de sur-consommation. Dans un mode de réalisation préféré, la marge M est une marge par défaut modifiable par le pilote. Pour un paramètre de consommation linéaire, une marge par défaut peut être définie à 300 kg/1000 NM par exemple. Si la marge est ramenée à 0, seul le niveau optimal ressort du 15 procédé. Dans un mode de réalisation, cette marge M de consommation a une valeur prédéfinie ou par défaut, déjà configurée (par exemple par l'exploitant ou la compagnie aérienne). Par exemple cette valeur peut être fixée à 0,200 Kg/Nm.

20 Dans un mode de réalisation, la marge M est configurable ou paramétrable. Le pilote et/ou l'exploitant peut par exemple assigner une autre valeur à la marge M que celle assignée par défaut, par exemple par l'intermédiaire des fichiers grâce auxquels il paramètre l'exécution de ses outils comme les FLS ou les outils de préparation de mission, cette valeur 25 configurée supplantant celle portée par le système lui-même. Dans un mode de réalisation, le pilote peut modifier à tout moment la valeur de la marge M, y compris durant le vol proprement dit.

3035997 17 La figure 5 montre le schéma d'un exemple de plan de vol initial. Le « point de démarrage » pourra avoir une position 2D fixe (par exemple le point de fin de montée dit « Top Of Climb » ou « TIC» correspondant au niveau NE1 500 nommé T/C1 (510) sur la figure.

5 La figure 6 illustre la détermination d'un paramètre F(NEi) selon un point de démarrage fixe. Dans ce mode de réalisation, le procédé selon l'invention détermine le paramètre à minimiser F au niveau de l'altitude d'essai comme étant égale à F(NEi) = (Débit instantané + Coefficient correcteur) / Vsol, par exemple au « point de démarrage » de l'algorithme.

10 Ce mode de réalisation est rapide et permet de minimiser un paramètre instantané de coût de la croisière. La figure 7 montre le schéma d'un plan de vol initial et un exemple de détermination d'un paramètre F(NEi) selon un point de démarrage optimisé. Selon cette variante de réalisation, le point de démarrage est 15 une position 2D optimisée, correspondant par exemple au « Top Of Climb » de chaque altitude NEi testée. Cette alternative est préférable si on cherche à minimiser la consommation à l'arrivée. Cette variante de réalisation permet de minimiser le critère de consommation à l'arrivée puisqu'elle permet de déterminer le surplus de carburant nécessaire pour 20 passer d'un niveau NE1 à un niveau NEi, et prend en compte la portion de descente rallongée (entre un niveau T/D1 et un niveau T/Di). Le débit instantané correspond généralement au débit moteur prédit à l'altitude de test NEi, pour une masse avion prédite au point de démarrage. La masse avion prédite peut être constante et égale à la 25 masse prédite au point de démarrage (T/C1) ou être corrigée du délestage nécessaire pour passer du niveau NE1 au niveau NEi. Le coefficient correcteur peut dépendre de la politique de la compagnie aérienne, entre la valeur égale à 0 et une valeur maximale (par exemple égale à 1000) : Plus le coefficient est élevé, moins le « débit instantané » 303 5 9 9 7 18 a d'influence (le cas échéant, les économies ne sont pas recherchées). Lorsque le coefficient vaut 0, le « débit instantané » a un poids relatif maximal et le résultat sera donc le niveau qui cherche à consommer le moins possible.

5 La valeur Vsol est la vitesse sol, qui est calculée à partir de la vitesse air (TAS pour « True Air Speed ») et de la vitesse du vent. Pour la vitesse sol Vsol, le procédé utilisera par exemple une vitesse constante entrée par le pilote (par exemple si la croisière s'effectue à vitesse constante pour une raison donnée par la navigation aérienne ATC). La valeur de la vitesse sol 10 peut être une vitesse optimisée et dépendant d'un critère compagnie en vue de l'équilibrage des coûts (par exemple, une vitesse dépendant d'un « Cost Index »). Pour la « vitesse du vent », c'est le vent de face (ou de dos) moyen qui a un impact sur le coût du vol. Plusieurs modes de réalisation sont 15 possibles. Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé selon l'invention considère le vent moyen sur une distance donnée, caractéristique d'une croisière à changement de niveau d'un avion commercial (entre 300 et 1000 NM par exemple), partant du « point de démarrage de l'algorithme ».

20 Dans une quatrième étape 440, les niveaux de vol inférieurs ou supérieurs au niveau de vol optimal (les niveaux de vol sont discrétisés), dans les limites de la marge M, sont déterminés. Les niveaux de vol Niveau Opt Min (NOmin) et Niveau Opt Max (NOmax) sont déterminés selon : 25 Conso à NOmin - Cmin <= M; conso à NOmax - Cmin <= M en d'autres termes, F(NOmin) - F(NEopt) <= M et 3035997 19 F(NOmax) - F(NEopt) <= M La consommation de carburant au niveau NEi juste inférieur à NOmin - Cmin > M . F(NOmin - p) - F(NEopt) > M 5 Conso au niveau NEi juste supérieur à NOmax - Cmin > M Soit F(NOmax + p) - F(NEopt) > M Et, consos entre NOmin et NOmax - Cmin <M Soit pour chaque altitude NEk telle que NOmin < NEk < NOmax, F(NEk) - F(NEopt) <= M 10 Dans une cinquième étape 450, l'enveloppe optimale comprise entre les bornes inférieures et supérieures des niveaux de vol être déterminé et optionnellement affiché à destination du pilote. La couche optimale est définie par [NOmin ; NOmax] Il est divulgué un procédé d'aide à la décision pour le changement de 15 niveau de vol, en l'espèce d'une altitude de croisière courante vers une altitude de croisière optimisée. La présente invention peut s'implémenter à partir d'éléments matériels et/ou logiciels. Elle peut être disponible en tant que produit programme d'ordinateur sur un support lisible par ordinateur.

20 Il est divulgué un procédé mis en oeuvre par ordinateur d'optimisation de la trajectoire de croisière d'un aéronef comprenant les étapes consistant à recevoir un paramètre d'optimisation du vol F, déterminer des niveaux de vol d'essai NEi situés entre une altitude minimale NE1 et une altitude maximale NEn, chaque niveau de vol d'essai NEi étant séparé de NEi+1 25 un écart prédéfini p, déterminer le paramètre F(NEi) pour chaque altitude d'essai NEi, pour i variant de 1 à n, déterminer un niveau de vol NEopt 3035997 20 minimisant le paramètre F, recevoir une valeur de marge M à appliquer sur le paramètre F; et déterminer un ensemble de niveaux de vols optimaux au sens du paramètre et de sa marge, lesdits niveaux étant situés entre un niveau de vol minimum NOmin et un niveau de vol 5 NOmax. L'introduction d'une marge (ou tolérance ou latitude ou liberté) M en matière de consommation de carburant est avantageuse en ce qu'elle permet d'obtenir plusieurs niveaux optimaux (i.e. une plage ou un ensemble ou un éventail de niveaux) et pas uniquement une seule valeur 10 optimale de niveau de vol. La connaissance de la marge M permet de déterminer les niveaux de vols correspondants. La marge M est une marge de manoeuvre. Dans certains cas, c'est une marge de sécurité. Dans certains cas, c'est aussi une marge d'erreur. Le terme "marge" désigne un écart entre une première quantité donnée et une autre 15 quantité autorisée pour disposer d'un avantage supplémentaire (e.g. délai, espace, consommation, etc). Le terme désigne généralement une quantification mathématique. Une marge peut s'appliquer de différentes manières à un objet ou valeur donnée. Une marge peut être ajoutée à une valeur donnée, de manière à déterminer une borne supérieure ou 20 maximale. Par exemple, un écart de 5% appliqué à une valeur de 100 peut résulter en un intervalle valant [100-105]. Une marge peut être retranchée ou soustraite à la valeur donnée par exemple [95-100]. D'autres chevauchements sont possibles e.g. un écart de 5% appliqué à une valeur de 100 peut résulter en des intervalles valant par exemple [99- 25 104] ou [96-101] L'étape consistant à déterminer une pluralité de niveaux de vol associés à la marge M comprend par exemple des étapes consistant à déterminer une pluralité de niveaux de vol d'essai NEi, autour du niveau de vol optimal NEopt et séparés d'un pas égale à p unités d'écart d'altitude, les 3035997 21 niveaux de vols d'essai NEi étant compris dans un intervalle [NOmin, Nomax]. Dans un mode de réalisation, l'étape consistant à déterminer un niveau de vol optimal NEopt comprend les étapes consistant à recevoir des 5 paramètres d'entrée comprenant des données caractérisant la configuration de l'aéronef, le plan de vol de l'aéronef et les conditions météorologiques prévues le long de la trajectoire de l'aéronef. Les niveaux de vol d'essai peuvent notamment être déterminés au moyen de paramètres dits d'entrée. Ces paramètres comprenant le poids à vide, 10 le poids du carburant et les informations de performances verticales de l'aéronef. Dans un développement, le paramètre d'optimisation du vol F est associé à la consommation linéaire de carburant de l'aéronef. Dans un développement, le paramètre d'optimisation du vol F est associé 15 à la consommation horaire de carburant de l'aéronef. Dans un développement, le paramètre d'optimisation du vol F est associé à la quantité de carburant restant en un point déterminé du plan de vol de l'aéronef. Dans un développement, le paramètre d'optimisation du vol F est associé 20 au temps de vol nécessaire jusqu'à un point déterminé du plan de vol de l'aéronef. Dans un développement, le point déterminé du plan de vol est l'aéroport d'arrivée. Dans un développement, le niveau de vol NE1 est le niveau de vol de 25 croisière du plan de vol courant. Dans un développement, le niveau de vol NE1 et/ou Nen est/sont un niveau de vol prédéfini.

303 5 997 22 Dans un développement, le niveau de vol NE1 prédéfini est le niveau FL250. Dans un développement, le niveau de vol NE1 et/ou Nen est reçu du pilote de l'aéronef. Dans un développement, lesdits niveaux sont reçus 5 d'un système avionique tiers. Dans un développement, le niveau de vol NEn est le niveau de vol plafond de l'aéronef. Dans un développement, l'écart p entre les niveaux de vol est égal ou sensiblement égal à l'écart autorisé par le contrôle de la navigation 10 aérienne. Dans un développement, la marge M sur le paramètre F est fixée par défaut. Dans un mode de réalisation, la marge M de consommation est configurée. Dans un mode de réalisation, la marge est constante. Dans un mode de réalisation, la marge M évolue dans le temps, d'après une 15 fonction analytique prédéfinie. Dans un développement, la marge M sur le paramètre F est modifiable ou configurable. Dans un développement, chaque niveau de vol NEk tel que NOmin < NEk < NOmax satisfait à la condition F(NEk) - F(NEopt) <= M pour laquelle 20 F(NEopt) satisfait également aux conditions comprenant a) F(NOmin) - F(NEopt) <= M; b) F(NOmax) - F(NEopt) <= M; c) F(NOmin - p) - F(NEopt) > M et d) F(NOmax + p) - F(NEopt) > M. Il est divulgué un produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code permettant d'effectuer une ou plusieurs des étapes 25 du procédé lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Il est divulgué un système comprenant des moyens pour mettre en oeuvre une ou plusieurs étapes du procédé. Dans un développement, le système 3035997 23 comprend des moyens avioniques de type système de gestion de vol FMS. Dans un développement, le système comprend des moyens non-avioniques notamment de type cartable de vol électronique EFB. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention est implémenté 5 dans un système FMS (comprenant par exemple les composants de FPLN, PerfDB TRAJ et PRED). Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention est implémenté dans un système de gestion de mission (par exemple un système de gestion de préparation du vol). Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention est implémenté 10 dans un EFB (Electronic Flight Bag) ou cartable électronique, tablette tactile ou pilotable par curseur. Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention est implémenté dans une station de contrôle aérien, et/ou dans une station sol d'une compagnie aérienne ou d'un opérateur aérien et/ou d'un ordinateur d'un fournisseur de services sol 15 connecté à l'avion. Dans certains modes de réalisation, différents systèmes peuvent être utilisés pour implémenter une ou plusieurs étapes du procédé selon l'invention (c'est-à-dire selon une combinaison de moyens de systèmes décrits ci-avant).

20 Dans certaines variantes de réalisation, le procédé selon l'invention peut être implémenté dans des moyens non avionique (par exemple sur un ordinateur portable traitant les données d'entrée comprenant configuration/poids avion, plan de vol, données de prédiction météo). 25

Claims (18)

1. REVENDICATIONS1. Procédé mis en oeuvre par ordinateur d'optimisation de la trajectoire de croisière d'un aéronef comprenant les étapes consistant à: - recevoir un paramètre d'optimisation du vol F, - déterminer des niveaux de vol d'essai NEi situés entre une altitude minimale NE1 et une altitude maximale NEn, chaque niveau de vol d'essai NEi étant séparé de NEi+1 par un écart prédéfini p, - déterminer le paramètre F(NEi) pour chaque altitude d'essai NEi, pour i 10 variant de 1 à n, - déterminer un niveau de vol NEopt minimisant le paramètre F, - recevoir une valeur de marge M à appliquer sur le paramètre F, - déterminer un ensemble de niveaux de vols optimaux fonction du paramètre F et de la marge M, lesdits niveaux étant situés entre un 15 niveau de vol minimum NOmin et un niveau de vol NOmax.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, le paramètre d'optimisation du vol F étant associé à la consommation linéaire de carburant de l'aéronef.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, le paramètre d'optimisation du vol F étant associé à la consommation horaire de carburant de l'aéronef. 20
4. 4. Procédé selon la revendication 1, le paramètre d'optimisation du vol F étant associé à la quantité de carburant restant en un point déterminé du plan de vol de l'aéronef.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, le point déterminé du plan de vol étant l'aéroport d'arrivée. 3035997 25
6. 6. Procédé selon la revendication 1, le niveau de vol NE1 étant le niveau de vol de croisière du plan de vol courant.
7. 7. Procédé selon la revendication 1, le niveau de vol NE1 et/ou Nen étant un niveau de vol prédéfini. 5
8. 8. Procédé selon la revendication 7, le niveau de vol NE1 prédéfini étant le niveau FL250.
9. 9. Procédé selon la revendication 7, le niveau de vol NE1 et/ou Nen étant reçu du pilote de l'aéronef.
10. 10. Procédé selon la revendication 1, le niveau de vol NEn étant le niveau 10 de vol plafond de l'aéronef.
11. 11. Procédé selon la revendication 1, l'écart p entre les niveaux de vol étant sensiblement égal à l'écart autorisé par le contrôle de la navigation aérienne.
12. 12. Procédé selon les revendications 1 à 4, la marge M sur le paramètre 15 F étant fixée par défaut.
13. 13. Procédé selon les revendications 1 à 4, la marge M sur le paramètre F étant modifiable.
14. 14. Procédé selon la revendication 1, chaque niveau de vol NEk tel que NOmin < NEk < NOmax satisfaisant la condition F(NEk) - F(NEopt) <= M 20 dans laquelle F(NEopt) satisfait aux conditions comprenant F(NOmin) - F(NEopt) <= M; F(NOmax) - F(NEopt) <= M; F(NOmin - p) - F(NEopt) > M et F(NOmax + p) - F(NEopt) > M.
15. 15. Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 14, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 3035997 26
16. 16. Système comprenant des moyens pour mettre en oeuvre une ou plusieurs étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
17. 17. Système selon la revendication 16, comprenant des moyens 5 avioniques de type système de gestion de vol FMS.
18. 18. Système selon les revendications 16 ou 17, comprenant des moyens non-avioniques notamment de type cartable de vol électronique EFB. 15 20