FR3040785A1

FR3040785A1 - Optimisation de la trajectoire de vol par programmation non lineaire

Info

Publication number: FR3040785A1
Application number: FR1658136A
Authority: FR
Inventors: Reza Ghaemi; Eric Richard Westervelt; Mark Darnell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-03-10
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: FR3040785B1; JP2017074940A; GB2543902A; GB201614691D0; CA2940044C; GB2543902B; CN106502263B; CA2940044A1; US9564056B1; CN106502263A; BR102016020326A2; JP6212610B2

Abstract

Procédé (200), support et système pour recevoir une représentation, par un modèle mathématique, de caractéristiques de fonctionnement pour une combinaison d'un aéronef et d'un moteur ; effectuer sur la représentation par un modèle mathématique une réduction d'ordre du modèle par projection ; éliminer, d'après le modèle projeté, des composantes de dynamique rapide de la représentation par modèle mathématique ; déterminer un modèle à ordre réduit, sous la forme d'une équation algébrique différentielle dans laquelle des équations algébriques remplacent la dynamique rapide ; établir un angle de trajectoire de vol et un angle de manette des gaz comme commande pour limiter fortement la consommation de carburant pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés ; discrétiser des équations de mouvement pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés et formuler des équations d'optimisation sous la forme d'un problème de programmation non linéaire ; et déterminer une commande optimale en boucle ouverte qui limite fortement la consommation de carburant pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés afin de monter jusqu'à atteindre une altitude et une vitesse propre prescrites.

Description

Optimisation de la trajectoire de vol par programmation non linéaire

La présente invention concerne l'optimisation de la trajectoire de vol des aéronefs et, en particulier, la création de trajectoires à commande optimale de montée par programmation non linéaire.

Un système de gestion de vol (SGV) est un système informatique embarqué qui exécute un certain nombre de tâches, dont la gestion en vol d'un plan de vol. On utilise des SGV depuis de nombreuses années et les techniques de programmation utilisées jusqu'ici par les SGV sont conçues pour les capacités de calculs d'anciennes générations de systèmes informatisés. Par exemple, des SGV selon la technique antérieure encore en service aujourd'hui font ordinairement des hypothèses concernant nombre des paramètres complexes et variés concernant une trajectoire de vol, dont, à titre nullement limitatif, des valeurs fixes (c'est-à-dire constantes) pour des aspects concernant les aéronefs et leurs caractéristiques de fonctionnement et une valeur constante pour des manœuvres des aéronefs telles que, par exemple, une vitesse constante des aéronefs pendant une phase de montée du vol. Ces SGV supposent ordinairement une vitesse constante (non pas une contrainte imposée par la réalité) au cours d'une phase de montée de la trajectoire de vol et reposent sur des tables de correspondance pour déterminer la vitesse constante de montée à rapporter à une altitude et une vitesse de croisière données.

Il est donc souhaitable de proposer un système et un processus aptes à générer une commande des trajectoires d'après les conditions réelles pour des vols particuliers et non pas d'après des contraintes supposées, incluant des trajectoires de vol optimisées. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : -la Figure 1 illustre sous la forme d'un graphique les phases d'une trajectoire de vol selon une ou plusieurs formes de réalisation représentées ou décrites ici ; -la Figure 2 est un organigramme illustrant un processus selon une ou plusieurs formes de réalisation représentées ou décrites ici ; -la Figure 3 est une représentation graphique illustrant un exemple de trajectoire de vol et une trajectoire de vol selon la technique antérieure, selon une ou plusieurs formes de réalisation représentées ou décrites ici ; et -la Figure 4 est une illustration schématique d'un dispositif selon quelques formes de réalisation de la présente invention.

La présente invention concerne une optimisation du guidage par programmation non linéaire. Au sens de la présente description, l'expression “programmation linéaire” désigne le processus de résolution d'un problème d'optimisation défini par un système d'égalités et d'inégalités, appelées globalement contraintes, sur un ensemble de variables réelles inconnues, ainsi que d'une fonction-objectif à maximiser ou à minimiser, certaines des contraintes ou la fonction-objectif étant non linéaires. Il s'agit du sous-domaine d'optimisation mathématique qui traite des problèmes non linéaires. Au sens de la présente description, le terme “guidage” définit la référence de commande qui minimise une fonction-coût et qui est fournie à un système de commande par rétroaction. Dans certaines formes de réalisation, la présente invention propose un procédé qui détermine une commande optimale par rétroaction. Une trajectoire de vol peut alors être prédite en appliquant la commande déterminée aux équations de mouvement étant donnés des modes de fonctionnement et des conditions ambiantes initiaux supposés. Selon certains aspects, la présente invention concerne en particulier un système et un processus pour optimiser une phase ou partie de montée d'une trajectoire de vol par programmation non linéaire. Selon certains aspects, on peut tirer parti des techniques de programmation non linéaire pour définir avec plus de précision et d'efficacité un problème d'optimisation de trajectoire de vol et générer une trajectoire à commande optimale. Selon certains aspects, la programmation non linéaire peut servir à résoudre un problème d'optimisation de guidage (p.ex. à réduire fortement la consommation de carburant) qui est défini par un système de contraintes sur un ensemble de variables réelles inconnues. Des tentatives et des systèmes antérieurs, dont des SGV anciens, font ordinairement l'hypothèse de nombreuses variables constantes (p.ex. la masse de l'aéronef est supposée être constante malgré des changements dus à la combustion de carburant, une obligation que la vitesse propre de l'aéronef soit constante pendant une phase de montée d'une trajectoire de vol, etc.) et/ou, sinon, ne prennent pas d'autres variables en compte. L'utilisation combinée de techniques de programmation non linéaire et de moyens informatiques de pointe peut donner un mécanisme pour aborder et générer une solution au(x) problème(s) linéaire(s) complexes d'optimisation du guidage. Selon certains aspects, les processus et les systèmes décrits ici peuvent éliminer ou au moins réduire fortement le recours à des suppositions et autres contraintes (arbitraires) qui ne sont pas réalistes pour déterminer une commande optimale. De plus, la programmation non linéaire proposée peut faire face à tous les types de contraintes que l'aéronef pourrait avoir à satisfaire, dont les contraintes d'altitude-vitesse, d'altitude-distance et de vitesse-distance. Au sens de la présente description, le terme “aéronef”, “aéroplane” ou “avion” peut recouvrir des aéronefs commerciaux visés par le Titre 14 de la partie 25 du Code of Fédéral Régulations (14 CFR part 25) contenant des règles les Normes de Navigabilité : Aéroplanes de la catégorie Transports, drones et autres véhicules aériens.

Considérant la Figure 1, une trajectoire de vol 100 pour un aéronef y est illustrée sous la forme d'un graphique. La trajectoire de vol comporte globalement trois phases ou parties. En particulier, sur la Figure 1 est représentée une trajectoire de vol 100 qui comporte une trajectoire de montée 105, une trajectoire de croisière 110 et une trajectoire de descente 115. Le graphique de la Figure 1 illustre les relations générales entre l'altitude (axe vertical) et le rayon d'action d'un aéronef (axe horizontal) pour un aéronef à voilure fixe. Dans certaines formes de réalisation, les processus et systèmes présentés ici peuvent être adaptés pour déterminer une commande optimale pour la phase de montée 105 d'une trajectoire de vol, un objectif de l'optimisation consiste à limiter le plus possible la consommation de carburant pendant la phase de montée de la trajectoire tous en satisfaisant la distance, l'altitude et la vitesse voulues pour le début de la phase de croisière de la trajectoire de vol et, d'une manière nullement limitative, d'autres types de contraintes requises pour la trajectoire de vol. Dans certaines formes de réalisation, des aspects de la présente invention peuvent être étendus pour inclure, au moins en partie, les phases de croisière 110 et/ou de descente 115 d'une trajectoire de vol.

Considérant la Figure 2, il y est présenté un processus 200 relatif à la détermination d'une commande optimale pour un aéronef avec une fonction-objectif définie. Dans certaines formes de réalisation, le processus 200 est relatif à la détermination d'une trajectoire commandée pour la trajectoire de montée d'un aéronef particulier. Dans certaines formes de réalisation, le problème de l'optimisation d'une trajectoire de montée pour un aéronef consiste à éliminer, supprimer ou au moins fortement limiter selon la présente invention l'ampleur des contraintes opérationnelles prises en compte pour déterminer la commande optimale. On notera que des contraintes opérationnelles réelles peuvent exister et servir à déterminer la trajectoire de vol optimale. Par exemple, des contraintes opérationnelles imposées par la réalité telles que, par exemple, une vitesse maximale à des altitudes basses spécifiques, une demande émanant d'un organisme officiel pour que l'aéronef vole jusqu'à certains points de cheminement, et d'autres contraintes opérationnelles peuvent être entièrement prises en compte dans certains processus de la présente invention dont, mais à titre nullement limitatif, le processus se déroulant comme sur la Figure 2.

Dans certaines formes de réalisation, le problème de l'optimisation d'une trajectoire de vol peut être formulé sous la forme d'un problème d'optimisation par programmation non linéaire. De la sorte, la totalité des contraintes réelles du problème peuvent être prises en considération par programmation non linéaire. Par exemple, des contraintes telles que le parcours de la trajectoire de vol par un aéronef particulier, le/les moteur(s) particulier(s) utilisé(s) avec l'aéronef, le constructeur particulier de la cellule et les caractéristiques propres à celle-ci pour la trajectoire de vol, des restrictions de vol imposées réglementairement, etc., peuvent être prises en compte selon certaines formes de réalisation de la présente invention. Ces contraintes, et d'autres, peuvent être traduites en équations mathématiques de programmation non linéaire pour déterminer la solution optimale en tenant compte des contraintes réelles sans qu'il ne soit nécessaire d'imposer des contraintes ni des suppositions inutiles, irréalistes ou arbitraires.

Globalement, le problème d'optimisation de certaines formes de réalisation de la présente invention peut être formalisé par l'obtention d'un modèle précis de l'aéronef concerné et de son/ses moteur(s), par l'imposition des contraintes dues à la réalité dans le problème et par la détermination d'une solution de programmation non linéaire pour une fonction d'optimisation voulue (p.ex. la limitation maximale de la consommation de carburant pour une trajectoire de vol).

Le processus 200 propose un processus pour générer une commande optimale selon certaines formes de réalisation de la présente invention. Lors de l'opération 205, une représentation de caractéristiques de fonctionnement pour une combinaison d'un aéronef et d'un moteur est reçue sous la forme d'un modèle mathématique. La représentation de caractéristiques de fonctionnement pour une combinaison d'un aéronef et d'un moteur sous la forme d'un modèle mathématique selon la présente invention unifie avec précision le modèle d'aéronef et de moteur employé dans un solveur de programmation linéaire qui fournit une trajectoire de vol optimale pour économiser davantage de carburant. La représentation de caractéristiques de fonctionnement pour une combinaison d'un aéronef et d'un moteur par un modèle mathématique peut comprendre des modèles de moteurs précis pour chaque aéronef particulier, des modèles aérodynamiques précis pour chaque aéronef particulier, des modèles de dégradation de moteurs (disponibles, p. ex., auprès des constructeurs de moteurs) pour les moteurs particuliers utilisés avec un aéronef particulier, des taux de combustion de carburant (p.ex. en fonction de l'altitude, de la vitesse, de l'inclinaison de la manette des gaz, etc.) pour l'aéronef spécifique, et autres contraintes réelles (c'est-à-dire imposées par la réalité) supplémentaires, de substitution ou alternatives.

Dans certaines formes de réalisation, la représentation de caractéristiques de fonctionnement pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur sous la forme d'un modèle mathématique, utilisée lors de l'opération 205, peut être dérivée ou autrement déterminée pour un organisme mettant en œuvre au moins certaines des opérations du processus 200. Le modèle mathématique peut être dérivé avant l'opération 205. Dans certaines formes de réalisation, en tant que partie de l'opération 205 ou en tant qu'opération séparée, la représentation de caractéristiques de fonctionnement pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur sous la forme d'un modèle mathématique peut être vérifiée par un processus faisant correspondre le modèle à des données d'aide au vol. L'opération 210 comprend la réalisation d'une projection sur la représentation, par un modèle mathématique, de l'opération 205. Selon certains aspects, le modèle complet est projeté dans un plan vertical de façon que le modèle ne représente qu'un mouvement longitudinal (à savoir le mouvement concerné par l'optimisation en cours de la trajectoire de vol). De la sorte, le nombre d'équations nécessaires pour représenter avec précision et exhaustivement la trajectoire de vol peut être réduit.

Lors de l'opération 215, les composantes de dynamique rapide du modèle mathématique dorénavant représenté par le modèle de l'opération 210 peuvent être éliminées. Au moins certaines des composantes de dynamique rapide du modèle peuvent être éliminées dans le but de réduire la charge de calcul associée au processus 200. Dans certaines formes de réalisation, par exemple, certains changements dans le poids de l'aéronef, des changements d'altitude et des changements de vitesse surviennent en quelques minutes, à comparer avec d'autres changements (à savoir une dynamique rapide) qui surviennent en quelques secondes. En éliminant cette dynamique rapide, on peut efficacement obtenir une commande optimisée tout en conservant un grand degré de précision. Les opérations 210 et 215 peuvent constituer, au moins partiellement, un processus de réduction d'ordre du modèle.

Passant à l'opération 220, un modèle d'ordre réduit est déterminé. Le modèle d'ordre réduit comprend une équation algébrique différentielle ou un système d'équations algébriques différentielles où les équations algébriques remplacent la dynamique rapide. Le processus 200 comporte en outre l'opération 225 qui comprend l'établissement ou le choix d'un angle de trajectoire de vol et d'un angle de manette des gaz comme commande pour limiter le plus possible la consommation de carburant pour la combinaison de l'aéronef et du moteur modélisés.

Dans certaines formes de réalisation, une altitude de la combinaison de l'aéronef et du moteur modélisés peut être traitée comme variable indépendante. Initialement, dans le modèle mathématique de la combinaison de l'aéronef et du moteur, qui est représentée sous la forme d'équations algébriques différentielles, la dérivée d'états (variables) est fonction du temps. Dans certaines formes de réalisation, la variable indépendante n'est plus le temps, mais l'altitude. C'est-à-dire que toutes les différenciations dans les équations algébriques différentielles sont faites par rapport à l'altitude. Par conséquent, toutes les autres variables, dont le temps, sont formulées en tant que variables dépendantes de l'altitude dans le modèle mathématique de l'aéronef. Ce traitement de l'altitude peut être possible car il est souhaitable que l'aéronef parvienne au point final de la montée (à savoir le début de la phase de croisière de la trajectoire de vol, point de repère 120 sur la Figure 1) à une altitude spécifique.

Dans certaines formes de réalisation, les performances de l'aéronef et les limites de l'espace aérien peuvent être définies comme des contraintes d'état et/ou de commande pour le problème d'optimisation à résoudre par le processus 200. Lors de l'opération 230, le processus 200 comporte la définition d'un coût final de montée en fonction de l'altitude et de la vitesse de croisière. Les conditions de croisière sont prises en compte dans la définition du coût pour rendre compte du vol en régime de croisière au terme de la phase de montée. Le coût du vol en régime de croisière apparaît sous la forme du coût final : -(carburant brûlé en régime de croisière par unité de distance)*(distance totale de montée). Avec ce terme, l'optimisation de la montée est réalisée pour toutes les trajectoires négociées lors de la phase de montée et d'une partie de la phase de croisière de telle sorte que toutes les trajectoires arrivent à la même distance, la même altitude et la même vitesse en régime de croisière quelque part vers la fin de la montée. Ainsi, dans certaines formes de réalisation, non seulement une trajectoire négociée lors de la phase de montée avec une consommation minime de carburant est définie, mais encore une trajectoire comprenant le parcours d'une certaine distance supplémentaire qui brûle donc du carburant au cours de la phase de croisière pour arriver à la même distance que d'autres trajectoires est déterminée une fois la trajectoire arrivé à la même distance. Ce type de trajectoire aura consommé relativement plus de carburant que la trajectoire ne comprenant que la phase de montée.

Passant à l'opération 235, les équations de mouvement pour la combinaison de l'aéronef et du moteur modélisés (à savoir l'équation de mouvement de la trajectoire de vol complète) peuvent être discrétisées et formulées sous la forme d'un problème de programmation non linéaire visant à fortement limiter les coûts en carburant de la phase de montée de la trajectoire de vol. La forme de forme de réalisation du problème de programmation non linéaire visant à fortement limiter les coûts en carburant de la phase de montée de la trajectoire de vol est une distance spécifique d'un problème plus général de limitation du Coût d'Exploitation Direct. Le problème de programmation non linéaire de l'opération 235 peut donc être résolu afin de déterminer une boucle ouverte optimale qui limite fortement la consommation de carburant pour la combinaison de l'aéronef et du moteur modélisés afin de monter jusqu'à une altitude et une vitesse de croisière prescrites, comme illustré par l'opération 240 de la Figure 2. L'altitude et la vitesse de croisière prescrites peuvent correspondre au point 120 ou aux abords du point 120 de la Figure 1. Dans certaines formes de réalisation, la trajectoire de vol peut être déterminée d'après des équations de mouvement optimales d'un véhicule à commande en boucle ouverte.

Dans certaines formes de réalisation de la présente invention, le processus 200 et d'autres processus comportant au moins certains aspects de celui-ci offrent un certain nombre d'améliorations, de perfectionnements et de fonctionnalités. Certains de ces améliorations, perfectionnements et fonctionnalités peuvent comprendre, mais à titre nullement limitatif, une aptitude à faire face d'une manière optimale à des contraintes altitude-vitesse, distance-vitesse, altitude distance ; à permettre une vitesse, un angle de trajectoire de vol et/ou une poussée optimales afin de limiter le plus possible le Coût d'Exploitation Direct ; à permettre une qualité de trajet et des contraintes de fonctionnement, dont des limites en matière de secousses et d'accélération ; à prendre en compte les vents en altitude dans l'optimisation ; à prendre en compte les performes réelles du moteur au fur et à mesure qu'elles se dégradent avec le temps, par exemple sur la base d'un modèle de moteur personnalisé ; à permettre des équations de mouvement d'ordre supérieur (par rapport à d'autres procédés), incluant la masse comme variable d'état en écartant l'hypothèse d'autres procédés qui supposent que la masse est constante ; et à permettre l'utilisation d'un indice de coût pour définir le coût en temps et en carburant dans la fonctionnelle du coût, en permettant de la sorte à un processus de limiter fortement le coût d'exploitation direct.

Dans certaines formes de réalisation, le processus 200 et au moins une ou plusieurs opérations de celui-ci peuvent être étendus à un processus d'optimisation de la trajectoire de vol complète. Ainsi, dans certaines formes de réalisation et selon d'autres aspects présentés ici, le processus 200 ou des parties de celui-ci peuvent servir à déterminer des trajectoires de vol optimisées pour des phases ou des parties d'une trajectoire de vol autres que et/ou s'ajoutant à la trajectoire de montée, telles que, par exemple, la trajectoire de croisière, la trajectoire de descente et des combinaisons de celles-ci.

Dans certaines formes de réalisation, des systèmes et des dispositifs tels qu'un système de gestion de vol (SGV) peuvent être conçus, améliorés, modernisés, complétés et exécutés différemment pour mettre en œuvre un ou plusieurs des processus et opérations décrits ici afin d'optimiser le guidage en vol par programmation non linéaire. Dans des formes de réalisation particulières, l'opération 240 du processus 200 peut être mise en œuvre par le SGV et/ou par d'autres systèmes. Dans certains cas, un pilote ou une autre personne en charge de l'aéronef peut générer une trajectoire de vol à l'aide d'un seul ou de plusieurs des processus et opérations présentés ici. Un plan de trajectoire de vol ainsi généré peut ensuite servir à guider les manœuvres de l'aéronef. Dans certaines formes de réalisation, le SGV et/ou un ou plusieurs autre(s) système(s) peuvent utiliser un seul ou plusieurs des processus et opérations décrits ici pour actualiser un plan de trajectoire de vol pour un aéronef dans le cas où les opérations et processus changent suffisamment (c'est-à-dire dépassent un certain seuil minimal) après qu'un plan de trajectoire de vol initial ou antérieur a été généré selon des processus de la présente invention. Dans certaines formes de réalisation,, le processus 200 et d'autres procédés, ainsi que les systèmes et dispositifs présentés ici, peuvent être employés dans des aéronefs commerciaux (Partie 25 du CFR).

La Figure 3 est une illustration, sous la forme d'un graphique 300, représentant un tracé pour une trajectoire de montée pour aéronef modélisé selon la présente invention. En particulier, il est représenté un tracé 305 antérieur/ancien où l'aéronef se limite à maintenir une vitesse constante durant toute la phase de montée de la trajectoire de vol. Cependant, le tracé 310 correspondant à un plan de trajectoire de vol incluant des aspects de la présente invention où l'aéronef n'est pas limité ou réduit à maintenir une vitesse constante durant toute la phase de montée de la trajectoire de vol, dans le but de limiter le plus possible la consommation de carburant. Comme représenté, la vitesse propre corrigée conventionnelle (VC) pour le plan de trajectoire de vol 310 présenté ici varie fortement à mesure que l'aéronef monte jusqu'à atteindre l'altitude et la vitesse finales prescrites, comme indiqué par le point 325. On notera que les trajectoires pour le plan selon la technique antérieure ainsi que le plan selon la présente invention se terminent toutes deux à la même distance, la même altitude et la même vitesse. Les tracés 315 et 320 illustrent le résultat d'un suivi respectivement pour le plan selon la technique antérieure et le plan selon la présente invention.

On notera que les demandeurs de la présente invention ont réalisé des améliorations en utilisant les processus décrits ici. Par exemple, en modélisant un Boeing 737-800 équipé de moteurs CFM56 et en utilisant les processus décrits ici, on a généré une trajectoire de vol optimale pour des scenarii d'exploitation prescrits. La trajectoire de vol générée a été négociée à l'aide de la combinaison de l'aéronef et des moteurs modélisés et la consommation de carburant a été mesurée pendant la phase de montée. La consommation de carburant qui en a résulté a été comparée avec le carburant consommé par l'aéronef volant suivant une trajectoire de vol selon la technique antérieure à optimisation de vitesse constante.

Les processus décrits ici dont, mais pas exclusivement, le processus 200, peuvent être mis en œuvre par un système, une application ou un appareil conçu pour exécuter les opérations du processus. Dans certaines formes de réalisation, divers éléments matériels d'un appareil, d'un dispositif ou d'un système exécutent des instructions d'un programme pour mettre en œuvre le processus 200. Dans certaines formes de réalisation. Des circuits câblés peuvent être utilisés à la place d'instructions d'un programme, ou en combinaison avec celles-ci, pour la mise en œuvre de processus selon certaines formes de réalisation. Les instructions de programme qui peuvent être exécutées par un système, un dispositif ou un appareil pour mettre en œuvre le processus 200 (et d'autres processus ou parties de ceux-ci décrits ici) peuvent être stockées sur ou autrement mises sous la forme de supports matériels non transitoires. Par conséquent, les formes de réalisation ne sont limitées à aucune combinaison spécifique de matériel et de logiciel.

La Figure 4 est un schéma de principe de l'ensemble d'un système ou appareil 400 selon certaines formes de réalisation. Le système 400 peut, par exemple, être associé à l'un quelconque des systèmes décrits ici dont, par exemple, un SGV déployé dans un aéronef déployé dans un aéronef, un système au sol et une partie d'un service assuré par l'intermédiaire du “Cloud”. Le système 400 comporte un processeur 405, tel qu'une ou plusieurs unité(s) centrale(s) (CPU) disponible(s) sur le marché ou réalisée(s) spécifiquement sous la forme de microprocesseurs monopuce ou d'un processeur multinoyau, couplée(s) à un dispositif de communication 420 conçu pour communiquer avec un autre dispositif ou système par l'intermédiaire d'un réseau de communication (non représenté sur la Figure 4). Dans le cas où le système 400 comporte un dispositif ou un système déployé dans un aéronef, le dispositif de communication 420 peut présenter un mécanisme pour mettre le système 400 en interface avec d'autres applications, dispositifs, systèmes ou services à bord ou distants. Le système 400 peut également comporter une mémoire cache 410 telle que des modules de mémoire vive. Le système peut en outre comporter un périphérique de saisie 415 (p.ex. un écran tactile, une souris et/oun un clavier pour saisir un contenu) et un périphérique de sortie 425 (p.ex. un écran tactile, un écran d'affichage d'ordinateur, un écran à cristaux liquides).

Le processeur 405 communique avec un dispositif de stockage 430. Le dispositif de stockage 430 peut comprendre n'importe quel dispositif de stockage d'informations approprié, dont des combinaisons de dispositifs de stockage magnétiques (p.ex. un lecteur de disque dur), des dispositifs de stockage optiques, des lecteurs à semi-conducteurs et/ou des dispositifs de mémoire à semi-conducteurs. Dans certaines formes de réalisation, le dispositif de stockage 430 peut comprendre un système de base de données, comprenant dans certaines formes de réalisation une base de données en mémoire, une base de données relationnelle et d'autres systèmes.

Le dispositif de stockage 430 peut stocker un code ou des instructions 43 5 de programme pouvant fournir des instructions exécutables par un processeur pour gérer un générateur d'optimisation de trajectoire de vol selon des procédés présentés ici. Le processeur 405 peut exécuter les instructions des instructions 435 de programme pour ainsi fonctionner selon l'une quelconque des formes de réalisation décrites ici. Les instructions 435 de programme peuvent être stockées sous un format compressé, non compilé et/ou crypté. Les instructions 435 de programme peuvent comprendre en outre d'autres éléments de programme, tels qu'un système d'exploitation, un système de gestion de base de données et/ou des pilotes de dispositifs utilisés par le processeur 405 pour se mettre en interface avec, par exemple, des périphériques (non représentés sur la Figure 4). Le dispositif de stockage 430 peut aussi contenir des données 440 telles que des données de trajectoires de vol pour moteurs présentées dans certaines formes de réalisation ici. Les données 440 peuvent être utilisées par le système 400, par certains aspects, pour mettre en œuvre un ou plusieurs des processus présentés ici, dont des processus individuels, des opérations individuelles de ces processus et des combinaisons des différents processus et des différentes opérations des processus.

Tous les systèmes et les processus évoqués ici peuvent être mis en œuvre dans un code de programme stocké sur un ou plusieurs support(s) matériel(s), son transitoire(s), exploitable(s) par ordinateur. Ces supports peuvent comprendre, par exemple, une disquette, un CD-ROM, un DVD-ROM, un lecteur de mémoire flash, une bande magnétique et des unités à semi-conducteurs de stockage en mémoire vive (RAM) et en mémoire morte (ROM). Par conséquent, les formes de réalisation ne sont limitées à aucune combinaison spécifique de matériel et de logiciel.

Il est prévu par la présente invention que des paramètres supplémentaires puissent être pris en considération pour générer une trajectoire de vol optimisée en plus de ceux spécifiquement présentés ici à titre d'exemple. Il est en outre prévu que les aspects et les formes de réalisation évoqués comportant le recours à la programmation linéaire puissent suffisamment gérer et traiter ces autres paramètres liés au vol.

Liste des repères

Numéro Désignation 100 graphique d'une trajectoire de vol 105 trajectoire de vol 110 trajectoire de croisière 115 trajectoire de descente 120 point de repère 200 organigramme 205 opération du processus 210 opération du processus 215 opération du processus 220 opération du processus 225 opération du processus 230 opération du processus 235 opération du processus 240 opération du processus 300 graphique de trajectoires de montée 305 trace de plan de vol selon la technique antérieure 310 trace de plan de vol selon la présente invention 315 résultat du suivi pour le tracé 305 320 résultat du suivi pour le tracé 310 400 système 405 processeur 410 mémoire cache 415 périphériques de saisie 420 dispositif de communication 425 périphérique de sortie 430 support de stockage 435 moteur à programmation linéaire 440 données de trajectoires de vol

Claims

REVENDICATIONS

1. Système comportant : un dispositif informatique (400) comprenant : une mémoire (430) stockant des instructions (435) de programme exécutables par un processeur ; et un processeur (405) pour exécuter les instructions (435) de programme exécutables par un processeur afin d'amener le dispositif informatique (400) à : recevoir une représentation, par un modèle mathématique, de caractéristiques de fonctionnement pour une combinaison d'un aéronef et d'un moteur ; effectuer par projection, sur la représentation par un modèle mathématique, une réduction d'ordre du modèle ; éliminer, d'après le modèle projeté, des composantes de dynamique rapide de la représentation par modèle mathématique ; déterminer un modèle à ordre réduit, sous la forme d'une équation algébrique différentielle dans laquelle des équations algébrique remplacent la dynamique rapide ; établir un angle de trajectoire de vol et un angle de manette des gaz comme commande pour limiter fortement la consommation de carburant pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés ; définir un coût final de montée en fonction de l'altitude de croisière et d'une vitesse propre ; discrétiser des équations de mouvement pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés et formuler des équations d'optimisation sous la forme d'un problème de programmation non linéaire ; et déterminer une commande optimale en boucle ouverte qui limite fortement la consommation de carburant pour la combinaison d'aéronef et de moteur modélisés afin de monter jusqu'à atteindre une altitude et une vitesse propre prescrites.
2. Système selon la revendication 1, comportant en outre une vérification de la représentation, par un modèle mathématique, des caractéristiques de fonctionnement pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur.
3. Système selon la revendication 1, dans lequel les composantes de dynamique rapide de la représentation par le modèle mathématique sont éliminées en établissant à des valeurs d'équilibre un moment de tangage des forces verticales pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés.
4. Système selon la revendication 1, comportant en outre une détermination d'une trajectoire de vol d'après la commande en boucle ouverte optimale déterminée et des équations de mouvement pour l'aéronef et le moteur modélisés.
5. Système selon la revendication 1, dans lequel une vitesse de montée et/ou une poussée pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur modélisés afin de monter jusqu'à atteindre une altitude et une vitesse propre prescrites est variable.
6. Système selon la revendication 1, dans lequel la représentation, par un modèle mathématique, des caractéristiques de fonctionnement pour la combinaison d'un aéronef et d'un moteur comprend au moins une caractéristique parmi les caractéristiques de dégradation du moteur, la combustion de carburant en fonction de variables de vol, un modèle de dynamique de vol et de combinaisons de ceux-ci.