FR3051586A1 - Procede permettant d'identifier la proximite d'une turbulence de sillage et de generer un rapport relatif a cette proximite - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé (300) mis en œuvre par un aéronef comportant un processeur, et permettant d'identifier la proximité d'une turbulence de sillage et de générer un rapport relatif à cette proximité. Le procédé (300) comporte : - une étape d'acquisition de données (302) au cours de laquelle le processeur récupère et enregistre les données relatives à chaque aéronef générateur présent autour de l'aéronef, - une étape d'estimation de position (304) au cours de laquelle le processeur estime la position des turbulences de sillage générées par chaque aéronef générateur, - une étape de proximité (306) au cours de laquelle le processeur détermine si l'aéronef est proche d'au moins une turbulence de sillage, et - une étape de génération (308) au cours de laquelle le processeur génère un rapport contenant les données relatives à chaque turbulence de sillage. Un tel procédé permet ainsi d'identifier la proximité d'une turbulence de sillage au voisinage de l'aéronef et de relever automatiquement les données relatives à cette turbulence de sillage.

Description

Procédé permettant d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage et de générer un rapport relatif à cette proximité
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé mis en œuvre dans un aéronef et permettant d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage et de générer un rapport relatif à eette proximité, ainsi qu’un aéronef eomportant des moyens pour mettre en œuvre un tel procédé.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans le eadre de la navigation aéronautique, ehaque aéronef peut être soumis à des turbulenees qui proviennent de l’environnement atmosphérique ou des autres aéronefs.
Lorsqu’il est en vol, un aéronef génère un tourbillon à l’arrière de ehaque aile. Lorsqu’un autre aéronef reneontre Tune de ees turbulenees de sillage, son comportement en vol est perturbé. Les données relatives à ces rencontres avee des turbulences de sillage ne sont pas collectées de manière régulière ou optimale. En effet, ces données sont généralement collectées par les pilotes soit de manière succincte, soit après coup, ce qui donne un ensemble de données parcellaires qui ne permettent pas une étude rigoureuse et complète.
EXPOSE DE L’INVENTION
Un objet de la présente invention est de proposer un procédé permettant d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage et de générer un rapport relatif à cette proximité. Ainsi, toutes les données sont recueillies et permettent ensuite une analyse plus rigoureuse. A cet effet, est proposé un procédé mis en œuvre par un aéronef comportant un processeur, le procédé permettant d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage générée par au moins un aéronef générateur et de générer un rapport relatif à cette proximité, et comportant : - une étape d’acquisition de données au cours de laquelle le processeur récupère et enregistre les données relatives à chaque aéronef générateur présent autour de l’aéronef. - une étape d’estimation de position au cours de laquelle le processeur estime la position des turbulences de sillage générées par chaque aéronef générateur, - une étape de proximité au cours de laquelle le processeur détermine si l’aéronef est proche d’au moins une turbulence de sillage dont les positions ont été ainsi estimées, et - une étape de génération au cours de laquelle le processeur génère un rapport contenant les données relatives à chaque turbulence de sillage qui a été considérée comme proche.
Un tel procédé permet ainsi d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage au voisinage de l’aéronef et de relever automatiquement les données relatives à cette turbulence de sillage.
Avantageusement, le procédé comporte, après l’étape de proximité, une première étape de calcul et de comparaison qui se décompose en une première sous-étape de calcul au cours de laquelle le processeur calcule les moments extérieurs auxquels l’aéronef est soumis, et une première sous-étape de comparaison au cours de laquelle le processeur compare ces moments à des valeurs seuils, et au cours de l’étape de génération, le processeur génère le rapport si, en outre, la première sous-étape de comparaison est positive.
Avantageusement, le procédé comporte, après l’étape de proximité, une deuxième étape de calcul et de comparaison qui se décompose en une deuxième sous-étape de calcul au cours de laquelle le processeur récupère les données relatives à la vitesse du vent autour de l’aéronef et calcule une valeur d'une métrique à partir de ces données, et une deuxième sous-étape de comparaison au cours de laquelle le processeur compare cette valeur de la métrique à une valeur seuil, et au cours de l’étape de génération, le processeur génère le rapport si, en outre, la deuxième sous-étape de comparaison est positive.
Avantageusement, le procédé comporte, avant l’étape de génération, une étape d’évaluation qui se décompose en une sous-étape d’évaluation au cours de laquelle le processeur évalue des paramètres relatifs à la traversée d’une turbulence de sillage, et une troisième sous-étape de comparaison au cours de laquelle le processeur compare ces paramètres à des valeurs seuils, et au cours de l'étape de génération, le processeur génère le rapport si la troisième sous-étape de comparaison est positive.
Avantageusement, le proeédé eomporte, après l’étape de génération, une étape de transmission au eours de laquelle le proeesseur envoie le rapport généré à une installation au sol. L’invention propose également un système embarqué d’un aéronef comportant un processeur configuré pour mettre en œuvre : - une étape d’acquisition de données au cours de laquelle le processeur récupère et enregistre les données relatives à chaque aéronef générateur présent autour de l’aéronef, - une étape d’estimation de position au cours de laquelle le processeur estime la position des turbulences de sillage générées par chaque aéronef générateur, - une étape de proximité au cours de laquelle le processeur détermine si l’aéronef est proche d’au moins une turbulence de sillage dont les positions ont été ainsi estimées, et - une étape de génération au cours de laquelle le processeur génère un rapport contenant les données relatives à chaque turbulence de sillage qui a été considérée comme proche. L’invention propose également un aéronef comportant un tel système embarqué.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre un aéronef selon un mode de réalisation de l’invention, dans son environnement en vol, la Fig. 2 représente l’architecture d’un dispositif d’identification et de génération mettant en œuvre le procédé selon un mode de réalisation de l’invention, la Fig. 3 est un algorithme d’un procédé selon un mode de réalisation de l’invention et qui permet d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage et de générer un rapport relatif à cette proximité, la Fig. 4 est une vue de dessus représentant une estimation de la position des turbulences de sillage, la Fig. 5 est une vue de côté représentant une estimation de la position des turbulences de sillage, et la Fig. 6 est une vue en perspeetive représentant une estimation de la position des turbulenees de sillage.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
La Fig. 1 montre un aéronef 100 qui est en vol et qui comporte entre autres un récepteur 102 et un dispositif d’identification et de génération 104.
Dans la description qui suit, et par convention, on appelle X l'axe longitudinal de l’aéronef 100 orienté positivement dans le sens d'avancement de l'aéronef 100, on appelle Y l'axe transversal de l’aéronef 100 qui est horizontal lorsque l’aéronef 100 est au sol, et Z l'axe vertical ou hauteur verticale lorsque l'aéronef 100 est au sol, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles et formant un repère orthonormé au centre de gravité de l’aéronef 100.
Le récepteur 102 est un récepteur de transmission sans fil qui permet de recevoir des données transmises par un émetteur de transmission 152 sans fil distant, à travers différents standards comme par exemple UHF, VHF, ADS-B, ... L’émetteur 152 se trouve dans un aéronef générateur 150 qui génère des turbulences de sillage 154. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, il y a un seul aéronef générateur 150, mais l’invention s’applique de la même manière lorsqu’il y en a plus de un.
La Fig. 2 montre le dispositif d’identification et de génération 104 qui comporte, reliés par un bus de communication 210: un processeur 201 ou CPU («Central Processing Unit » en anglais), une mémoire vive RAM 202 (« Random Access Memory » en anglais), une mémoire morte ROM 203 (« Read Only Memory » en anglais), une unité de stockage 204 telle qu’un disque dur ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais), au moins une interface de communication 205, permettant par exemple au dispositif d’identification et de génération 104 de communiquer avec le récepteur 102 et avec les systèmes de navigation de l’aéronef 100.
Le dispositif d’identification et de génération 104 constitue un système embarqué de l’aéronef 100 qui comporte le processeur 201 configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé décrit ci-après.
Le processeur 201 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM 202 à partir de la ROM 203. Lorsque le dispositif d’identification et de génération 104 est mis sous tension, le processeur 201 est capable de lire de la RAM 202 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur eausant la mise en œuvre, par le processeur 201, de tout ou partie des algorithmes et étapes décrits en relation avee la Fig. 3.
Tout ou partie des algorithmes et étapes décrits ci-après peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un mierocontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une maehine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gâte Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Speeifie Integrated Circuit » en anglais).
Un but de l’invention est d’identifier ehaque aéronef générateur 150, d’estimer la position des turbulences de sillage générées par ehacun d’eux, d’estimer si ehaque turbulence de sillage ainsi déterminée est proehe ou non de l’aéronef 100 et de générer un rapport selon le résultat de cette estimation. Comme cela est expliqué ei-après, la proximité de turbulences de sillage par rapport à l’aéronef 100 est déterminée en fonction des effets des turbulenees de sillage sur des mesures effeetuées à bord de l’aéronef 100 par divers capteurs existants.
La Fig. 3 montre un algorithme 300 du proeédé qui permet d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage et de générer un rapport relatif à cette proximité. Ce procédé est mis en œuvre par le dispositif d’identifieation et de génération 104 de l’aéronef 100.
Le procédé 300 comporte : - une étape d’acquisition de données 302 au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, réeupère et enregistre les données reçues du récepteur 102 et qui sont relatives à ehaque aéronef générateur 150 présent autour de l’aéronef 100, - une étape d’estimation de position 304 au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, estime la position des turbulences de sillage 154 générées par chaque aéronef générateur 150 environnant, - une étape de proximité 306 au eours de laquelle le dispositif 104, et plus partieulièrement le processeur 201, détermine si l’aéronef 100 est proche de l'une des turbulenees de sillage 154 dont les positions ont été ainsi estimées, et - une étape de génération 308 au eours de laquelle le dispositif 104, et plus partieulièrement le processeur 201, génère un rapport eontenant les données relatives à ehaque turbulence de sillage 154 qui a été eonsidérée eomme proehe. L’étape de génération 308 est réalisée si l’étape de proximité 306 a permis d’assurer que l’aéronef 100 est proche d’au moins une turbulence de sillage 154. En d’autres termes, au cours de l’étape de proximité 306, le processeur 201 vérifie si l’aéronef 100 est dans le voisinage d’une turbulence de sillage 154, dans le cas positif, il génère le rapport au cours de l’étape de génération 308, et dans le cas négatif, le procédé 300 passe à une étape d’arrêt 320.
Au cours de l’étape d’acquisition 302, les doimées sont reçues par le processeur 201 et enregistrées dans la RAM 202. Les doimées sont acquises par exemple à travers un système de surveillance du type ADS-B. Le processeur 201 reçoit les données de chaque aéronef générateur 150 environnant qui transmet de façon répétitive sa latitude, sa longitude, et son altitude. Les doimées relatives à la vitesse et la direction du vent, à la vitesse vraie et au cap vrai peuvent également être transmises. Le processeur 201 associe chaque donnée à un aéronef générateur 150 environnant.
Au cours de l’étape d’estimation de position 304, le processeur 201 estime, pour chaque aéronef générateur 150 environnant, la position probable des turbulences de sillage générées par ledit aéronef générateur 150 en utilisant ses positions passées et actuelles, ainsi que le vent mesuré sur l'aéronef 100, ou transmise via une liaison de transmission air-air depuis l'aéronef générateur 150, ou téléchargée depuis le sol.
Selon un mode de réalisation particulier, le processeur 201 utilise ces données pour calculer la position moyenne d’une ligne centrale des turbulences de sillage générées par chaque aéronef générateur 150 environnant à l’instant présent. La position horizontale est calculée à partir de la position actuelle de l’aéronef générateur 150 et de préférence de plusieurs de ses positions précédentes ainsi que de la vitesse horizontale du vent. La position horizontale actuelle de la turbulence de sillage créée par l’aéronef générateur 150 lorsqu’il était à une position précédente est calculée en fonction de la vitesse moyenne du vent et le temps depuis le passage de l'aéronef générateur 150 à la position précédente considérée. La ligne centrale des turbulences de sillage correspond à l’ensemble des segments reliant de proche en proche toutes ces positions horizontales successivement calculées. La ligne centrale des turbulences de sillage peut être non-linéaire, par exemple suite à des manœuvres de l’aéronef générateur 150 et/ou des variations du vent.
La position verticale des turbulences de sillage est calculée en faisant des suppositions sur la distance maximale et minimale de descente à la fin de la durée de vie des turbulences de sillage, qui sont respectivement par exemple de -1000 pieds et ο pied. La position moyenne de la ligne centrale est ainsi considérée comme étant à -500 pieds ou environ 150 m au-dessous de la trajectoire de l’aéronef générateur 150 à la fin de la durée de vie des turbulences de sillage. Pour une durée de vie des turbulences de sillage de 180 secondes, une vitesse de descente moyenne de -0,83 m/s est utilisée pour calculer l'altitude des turbulences de sillage à n'importe quelle distance derrière l'aéronef générateur 150.
Selon un autre mode de réalisation particulier, des modèles plus sophistiqués pour l'évaluation de la position moyenne actuelle des turbulences de sillage peuvent être utilisés, comme les modèles probabilistes de prédiction de sillage P2P, APA ou PVM.
La description qui suit est un exemple de mise en œuvre dans lequel, après la détermination de la ligne centrale des turbulences de sillage, le processeur 201 détermine, au cours de l’étape d’estimation de position 304, un volume dans lequel les turbulences de sillage d’un aéronef générateur 150 dont les effets sont susceptibles d’influer sur le comportement de l’aéronef 100 sont présentes est estimé. A la suite de la détermination de ce volume, le processeur 201 détermine, au cours de l’étape de proximité 306, la présence ou non de l’aéronef 100 dans le volume, ce qui qualifie ou non les turbulences de sillage de l’aéronef générateur 150 pour être mentionnées dans le rapport.
La détermination du volume peut être basée sur une évaluation de l'incertitude dans la position des turbulences de sillage. Dans la position horizontale, l'incertitude est dépendante de la précision de la vitesse du vent qui est utilisée pour calculer le déplacement des turbulences de sillage à partir de la trajectoire de l'aéronef générateur 150 ainsi que de l'incertitude de position de l'aéronef générateur 150.
Typiquement, l'incertitude de mesures de vitesse du vent à bord est de l'ordre de Ow = 2 m/s d'écart-type. Lorsque la mesure de la vitesse du vent est uniquement disponible sur l’aéronef 100, un ajout d’une incertitude supplémentaire de 1 m/s conduit à Gw = 3 m/s. L'incertitude de position horizontale est considérée comme augmentant linéairement de la position actuelle de l’aéronef générateur 150 à la position à 180 secondes derrière lui. A cela peut être ajoutée une incertitude constante dans les positions rapportées par l’aéronef générateur 150. Une analyse des données du système ADS-B montre que pour une majorité d'aéronefs commerciaux, cette incertitude est au-dessous de = ±0,1/VM ou σ, - ±185w.
Dans la direction verticale, l'incertitude dans la descente des turbulences de sillage peut être considérée de 0 m à Os et de ±150 m après 180 secondes. A cela peut s’ajouter une incertitude typique dans l'altitude rapportée par l'aéronef générateur 150 et considérée de - ±50w indépendamment de l'âge des turbulences de sillage.
Une condition pour la distance horizontale Δγο à la ligne centrale des turbulences de sillage en fonction de l’âge At des turbulences de sillage du point le plus proche le long de la ligne centrale peut être formulée comme suit en considérant un écart-type pour la vitesse du vent :
Pour prendre en compte plus d'incertitude dans la position des turbulences de sillage, la condition peut prendre en compte deux ou trois écarts-types de la vitesse du vent.
Une condition pour la distance verticale Azc à la ligne centrale des turbulences de sillage peut être formulée comme suit :
La Fig. 4 montre une vue de dessus de l’exemple de l’estimation de la position des turbulences de sillage générées par l’aéronef générateur 150 et la Fig. 5 en montre une vue de côté. La référence 402 représente la ligne centrale par rapport à la trajectoire de l’aéronef générateur 150 qui est représentée par la ligne 403. Les équations de la ligne centrale 402 dans un plan sont doimées par yc=Vw,y.At et Zc=-0,83.At, où Vw,y représente la valeur moyeime de la composante du vent perpendiculaire à la trajectoire de l'aéronef générateur 150.
Selon un autre mode de réalisation, le transport longitudinal de la turbulence de sillage peut être également calculé en fonction de la composante du vent Vw,x parallèle à la trajectoire de l'aéronef générateur 150.
Une zone de proximité des turbulences de sillage construite sur la base des exemples ci-dessus est la zone hachurée 404 entre At=0s et At=180s. A At=0s, Ayc-Ayo=±185m et Azc-Azo=±50m. A At=180s, Ayc- Ayo+180.aw et Azc^200m.
Pour un At entre Os et 180s,
Les dimensions du volume délimitant la zone de proximité 404 peuvent être calculées en fonction du temps comme précisé ci-dessus, ou de la distance le long de la ligne centrale des turbulences de sillage 402 ou de l’âge des turbulences de sillage normalisé selon les caractéristiques des turbulences de sillage.
Selon un autre mode de réalisation, la Fig. 6 montre que l'incertitude dans la position des turbulences de sillage peut être exprimée comme une région elliptique autour de la position de ligne centrale estimée 602.
Bien sûr les équations mentionnées ci-dessus pour évaluer la zone de proximité 404 peuvent être différentes selon le type de l’aéronef 100, de l’aéronef générateur 150, et des conditions à partir desquelles les perturbations subies par l’aéronef 100 doivent être prises en compte.
Si l’aéronef 100 est présent dans la zone de proximité 404, les turbulences de sillage présentes dans la zone de proximité 404 seront considérées comme proches et donc prises en compte pour la suite du processus et si l’aéronef 100 est à l’extérieur de la zone de proximité 404, les turbulences de sillage à l’intérieur de la zone de proximité 404 ne seront pas prises en compte.
Selon un mode de réalisation partieulier, la proximité des turbulences de sillage par rapport à l’aéronef 100 est earactérisée par la distanee latérale et la distance verticale de l’aéronef 100 à la ligne centrale des turbulences de sillage. Le processeur 201 compare ainsi la distance latérale et verticale de l'aéronef 100 à la ligne centrale aux valeurs seuils Ayc et Azc calculées ci-dessus, et si la distance est inférieure aux deux seuils cela est considéré comme une proximité à une turbulence de sillage.
Ce procédé permet ainsi de créer un rapport qui est complet et peut être utilisé par la suite pour analyser par exemple le comportement de l’aéronef 100.
Le procédé mis en œuvre ici permet d’identifier pratiquement en temps réel, les turbulences de sillage rencontrées par l’aéronef 100, de stocker dans l’aéronef 100 les données relatives aux turbulences de sillage ainsi que les circonstances pour une analyse a posteriori.
La capacité du procédé 300 à estimer la localisation des aéronefs générateurs 150 et la proximité des turbulences de sillage générées est importante car elle permet de valider que les turbulences que l’aéronef 100 subit sont dues à un aéronef générateur 150 et non à des éléments météorologiques.
Selon un mode de réalisation particulier, des forces et des moments extérieurs qui sont dus à une perturbation de l’écoulement d’air libre et qui agissent sur les mouvements de l’aéronef 100 sont pris en compte dans le procédé 300. Selon un mode de réalisation particulier, ees forees et moments extérieurs qui sont dus à des éléments extérieurs à l’aéronef 100 et qui ne sont donc pas commandés par les commandes de vol dudit aéronef 100 sont relevés et intégrés au rapport.
Le procédé 300 comporte alors après l’étape de proximité 306 et lorsque l’aéronef 100 a été considéré comme proche d’au moins une turbulence de sillage 154, une première étape de calcul et de comparaison 310 qui se décompose en une première sous-étape de calcul 310a au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, calcule les moments extérieurs auxquels l’aéronef 100 est soumis, et une première sous-étape de comparaison 310b au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, compare ces moments ou une combinaison de ces moments à des valeurs seuils.
En d’autres termes, au cours de la première sous-étape de comparaison 310b, le processeur 201 vérifie si, du point de vue des moments calculés, les conditions relatives à la traversée d’une turbulence de sillage 154 sont réunies. Dans le cas positif, le processeur 201 génère le rapport au cours de l’étape de génération 308, et dans le cas négatif, le procédé 300 passe à l’étape d’arrêt 320.
La première sous-étape de comparaison 310b est en complément des comparaisons de proximité, c'est-à-dire, que dans ce mode de réalisation, il faut que les deux conditions soient réunies pour que la traversée d’une turbulence soit validée et que le rapport soit généré. L’étape de génération 308 est alors mise en œuvre si, en outre, la première sous-étape de comparaison 310b est positive, comme cela est expliqué ci-dessous, ce qui valide encore mieux le fait que l’aéronef 100 a rencontré une turbulence de sillage 154.
En fonction d’une règle d’identification dont des exemples sont mentionnés ci-dessous, ces moments extérieurs sont considérés comme dus à des turbulences de sillage.
Selon un mode de réalisation particulier, seuls les moments de roulis et de lacet sont pris en compte car ce sont les moments les plus critiques lorsque l’aéronef 100 rencontre des turbulences de sillage.
La description ci-dessous donne un exemple de calcul simplifié du moment extérieur de roulis Ci,ext et du moment extérieur de lacet Cn,ext, tel qu’il peut être exécuté au cours de la sous-étape de calcul, avec : ^l,exi ^ÎJot ^l,C(mlrol ^l,ilamping
C =C -C -C ^n,exl ^njot ^n,conlrol ^nMomping ’ où C; est le moment total de roulis subi par l’aéronef 100, ^Ucontroi ®st le momeut de contrôle de roulis résultant des surfaces de contrôle de l’aéronef 100 (gouvernail, ailerons, spoilers...), ^hdamping Ic momcnt d’amortissement aérodynamique de roulis subi par l’aéronef 100, ®st le moment total de lacet subi par l’aéronef 100, ^n,cor,imi Ic momcnt de contrôle de lacet résultant des surfaces de contrôle de l’aéronef 100 (gouvernail, ailerons, spoilers...), et ^n,dampwg Ic momcnt d’amortissement aérodynamique de lacet subi par l’aéronef 100.
Le moment total de roulis C, et le moment total de lacet peuvent être identifiés sur la base des mesures des accélérations inertielles en roulis et en lacet, prenant en compte les équations inertielles sous la forme :
où - Ιχχ, Izz, et Ιχζ sont les moments d’inertie et ils sont déterminés à partir de la masse totale à l’aide de tables d’interpolation, - q est la pression dynamique calculée à partir de la densité de l’air p et de la vitesse d’air vraie, - S est la surface de référence des ailes de l'aéronef 100, - W est la longueur de référence des ailes de l'aéronef 100, - P est l’accélération en roulis déterminée par un système de navigation de l'aéronef 100 et - r est l’accélération en lacet déterminée par le système de navigation de l'aéronef 100.
Le moment de contrôle de roulis et le moment de contrôle de lacet ^«.amiroi ^ont cxprlmés selon le nombre de surfaces de contrôles que l’aéronef 100 comporte. Par exemple, dans le cas d’un aéronef 100 comportant quatre paires de spoilers, une paire d’ailerons, et un gouvernail, les moments s’écrivent :
Le moment d’amortissement de roulis et le moment d’amortissement de lacet peuvent être exprimés à partir des équations suivantes :
Dans ces différentes formules :
^n.r ’ ^Ι,δα’ Q,*,! ’ ’ ^n,Sr SOIlt ICS COefficlentS aérodynamiques de l’aéronef 100 et de ses surfaces de contrôle et ils sont déterminés en fonction des conditions de vol, par exemple en utilisant des tables d’interpolation ou des formules appropriées, - P est le taux de roulis de l'aéronef 100, - r est le taux de lacet de l'aéronef 100, - est la vitesse vraie de l’air, - β est l’angle de dérapage de l'aéronef 100, - δα est le braquage des ailerons de l'aéronef 100, - Ss·^ est le braquage des spoilers de l'aéronef 100, - ôr est le braquage du gouvernail de l'aéronef 100, et - iRef la longueur de référence des ailes de l'aéronef 100.
Pour utiliser les tables d’interpolation, certaines autres données peuvent également être nécessaires, comme par exemple, la masse ‘m’ de l’aéronef 100, la position de son centre de gravité ‘Xcg’ le long de l’axe longitudinal de l’aéronef 100 ou la vitesse de l'aéronef 100 à travers son nombre de Mach ou vitesse de l'air calibré VcAS·
Les différentes valeurs sont soit connues par construction, par des abaques, ou des capteurs à bord de l'aéronef 100 qui sont relevés par le système de navigation de de l'aéronef 100.
Selon un autre mode de réalisation, il est possible de prendre également en compte le moment de tangage, la force ascensionnelle, la force latérale, la force de traînée.
Après la sous-étape de calcul, le processeur 201 compare les moments calculés St par rapport à des valeurs seuils, et si les moments calculés sont supérieurs aux valeurs seuils, cela est considéré comme le fait que l’aéronef 100 a subi une turbulence de sillage 154.
Le test effectué lors de la première sous-étape de comparaison 310b pour valider la traversée d’une turbulence de sillage 154 peut prendre la forme de différentes règles d’identification. Par exemple, il est possible de vérifier que les deux moments soient supérieurs à une valeur seuil, ou que au moins un des deux moments est supérieur à une valeur seuil, qu’une combinaison des deux moments est supérieure à une valeur seuil. Les valeurs seuils peuvent être différentes pour le moment de roulis (C^ et le moment de lacet La première sous-étape de comparaison 310b est positive si la/les conditions requises sont remplies, ici la supériorité aux valeurs seuils.
Cela se traduit par : Q.exi ^ ^l-seuil ^n,ext ^ ^n-seuil ’ - > C/-.V»,/ ou C„,,, > C„ , ou par exemple
Les valeurs seuils peuvent être fixées à des valeurs issues d’analyses antérieures effectuées durant la traversée de turbulences de sillage.
Les valeurs seuils peuvent être adaptées dynamiquement selon les conditions de vol, par exemple en fonction de la masse de l’aéronef 100, ou selon la capacité de l'aéronef de contrer les moments externes auxquels il est soumis.
Les valeurs seuils peuvent être adaptées dynamiquement en moyeimant les valeurs des moments extérieurs de roulis et de lacet sur un temps assez long au cours duquel aucune turbulence de sillage n’a été rencontrée.
La décision de valider la traversée d’une turbulence de sillage peut également être validée en fonction de la durée durant laquelle les moments calculés sont supérieurs aux seuils. Si la durée est trop courte, par exemple inférieure à 1 sec, la perturbation ne sera pas prise en compte et considérée comme une perturbation atmosphérique, et si la durée est supérieure, la perturbation sera validée comme une turbulence de sillage. La durée minimale peut être une donnée fixe ou dépendante de la vitesse de l’aéronef 100 et/ou de l’angle entre la direction de vol de l’aéronef 100 et l’axe principal de détente de la turbulence de sillage de l’aéronef générateur 150 ou un facteur similaire.
Selon un mode de réalisation particulier, les composantes du vent mesurées au niveau de l’aéronef 100 sont prises en compte dans le procédé 300 et intégrées au rapport, ceci en complément ou en remplacement de l’analyse des moments extérieurs.
Le procédé 300 comporte alors après l’étape de proximité 306 et lorsque l’aéronef 100 a été considéré comme proche d’au moins une turbulence de sillage 154, une étape de deuxième calcul et de comparaison 312 qui se décompose en une deuxième sous-étape de calcul 312a au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, récupère les données relatives à la vitesse du vent autour de l’aéronef 100, et calcule une valeur d’une métrique à partir de ces doimées et une deuxième sous-étape de comparaison 312b au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, compare cette valeur de la métrique à une valeur seuil.
En d’autres termes, au cours de la deuxième sous-étape de comparaison 312b, le processeur 201 vérifie si, du point de vue des données relatives à la vitesse du vent, les conditions relatives à la traversée d’une turbulence de sillage 154 sont réunies, comme expliqué ci-dessous, cela revient à vérifier que la valeur de la métrique est supérieure à une valeur seuil. Dans le cas positif, le processeur 201 génère le rapport au cours de l’étape de génération 308, et dans le cas négatif, le procédé 300 passe à l’étape d’arrêt 320.
Si le procédé ne comporte pas la première étape de calcul et de comparaison 310, la deuxième sous-étape de comparaison 312b est en complément des comparaisons de proximité, c'est-à-dire, que dans ce mode de réalisation, il faut que les deux conditions soient réunies pour que la traversée d’une turbulence soit validée.
Si le procédé comporte la première étape de calcul et de comparaison 310, la deuxième étape de calcul et de comparaison 312 peut être antérieure ou postérieure à la première étape de calcul et de comparaison 310 (pour l’exemple sur la Fig. 3, elle est postérieure).
Si le procédé comporte la première étape de calcul et de comparaison 310, la deuxième sous-étape de comparaison 312b est en complément des comparaisons de proximité et de la première sous-étape de comparaison 310b, c'est-à-dire, que dans ce mode de réalisation, il faut que les trois conditions soient réunies pour que la traversée d’une turbulence soit validée. L’étape de génération 308 est alors mise en œuvre si, en outre, la deuxième étape de comparaison 312b est positive comme cela est expliqué ci-dessous, ce qui valide encore mieux le fait que l’aéronef 100 a rencontré une turbulence de sillage 154.
Suite à l’étape d’arrêt 320 et à l’étape de transmission 316, le procédé boucle sur l’étape d’estimation de position 304 pour identifier à nouveau la proximité d’une turbulence de sillage.
En fonction d’une règle d’identification dont des exemples sont mentionnés ci-dessous, ces données relatives à la vitesse sont considérées comme étant dues à des turbulences de sillage.
Les données relatives à la vitesse et à l’orientation du vent sont présentes dans les systèmes de navigation de l’aéronef 100 qui comportent des capteurs appropriés et peuvent donc être récupérées par le processeur 201.
Un exemple de calcul mis en œuvre dans la deuxième sous-étape de calcul 312a est expliqué ci-dessous. La méthode de calcul est basée sur les composantes géodésiques de la vitesse du vent et qui sont disponibles à bord de l’aéronef 100. Les composantes sont : - : composante de la vitesse du vent selon l’axe longitudinal X, généralement le nord, - : composante de la vitesse du vent selon l’axe transversal Y, généralement l’est, et - : composante de la vitesse du vent selon l’axe vertical Z, généralement le bas.
Les composantes sont récupérées de manière discrète par le processeur 201, à une fréquence f qui est de préférence au moins égale à 8Hz.
La méthode consiste à évaluer les variations des composantes du vent et d’en repérer des perturbations. Le repérage de ces perturbations dans les composantes permet d’identifier le passage d’une turbulence de sillage 154. Les perturbations prennent par exemple la forme de fortes variations des composantes sur un temps court (quelques secondes).
Dans le mode de réalisation de l’invention décrit ici, les composantes sont combinées dans une valeur d’une métrique à laquelle une valeur seuil est associée. La deuxième sous-étape de comparaison 312b consiste alors à vérifier si la valeur de la métrique est supérieure à la valeur seuil ou non.
La valeur de la métrique est ici l’énergie cinétique de la turbulence (TKE), qui est l’énergie cinétique moyenne par unité de masse associée à des tourbillons dans un écoulement turbulent. L’énergie cinétique de la turbulence est définie comme une valeur instantanée, mais elle peut être calculée comme une moyenne sur une période de temps en utilisant une quantification par la moyenne des tensions normales de la turbulence.
Lorsque l’énergie cinétique de la turbulence est calculée, plusieurs paramètres peuvent être ajustés librement, comme par exemple : - la largeur de la fenêtre de temps pour établir la moyenne de l’arrière-plan ou fond, de référence, - la largeur de la fenêtre de temps pour établir la moyenne des variances autour de la moyeime de référence, - le nombre d’échantillons ou la fréquence utilisés pour établir la moyenne de référence, - le nombre d’échantillons ou la fréquence utilisés pour établir la moyenne des variances.
Typiquement, la même largeur de fenêtre est utilisée pour établir la moyenne de référence et la moyenne des variances. L’énergie cinétique de la turbulence est calculée comme la somme des moyennes des variations au carré des composantes de vitesse du vent autour d’une valeur moyenne, calculée sur une fenêtre de temps doimée, dont la formule est :
Selon des modes de réalisation différents, il est possible d’utiliser moins de trois composantes, d’exprimer les composantes dans un autre repère que le repère géodésique, d’utiliser et combiner d’autres mesures liées au vent (angle d’incidence, angle de dérapage, vitesse vraie de l’air, facteurs de charges) sur l’aéronef 100. L’évaluation continue de la valeur de la métrique (ici TKE) permet de vérifier si sa valeur passe au-dessus de la valeur seuil représentative du passage d’une turbulence de sillage 154. Les valeurs seuils peuvent être fixées à des valeurs issues d’analyses antérieures effectuées durant la traversée de turbulences de sillage.
La valeur seuil peut être adaptée dynamiquement au niveau de turbulence de fond du moyen ou long-terme pour limiter les mauvaises détections.
La décision de valider la traversée d’une turbulence de sillage peut également être validée en fonction de la durée durant laquelle la valeur de la métrique ealeulée est supérieure à la valeur seuil. Si la durée est trop eourte, par exemple inférieure à 1 sec, la perturbation ne sera pas prise en compte et eonsidérée comme une perturbation atmosphérique qui n’est pas liée à la turbulenee de sillage ou comme une brève perte ou erreur de signal, et si la durée est supérieure, la perturbation sera validée eomme une turbulence de sillage. La durée minimale peut être une donnée fixe ou dépendante de la vitesse de l’aéronef 100 et/ou de l’angle entre la direetion de vol de l’aéronef 100 et l’axe principale de détente de la turbulence de sillage de l’aéronef générateur 150 ou un facteur similaire.
Le test effectué lors de la deuxième sous-étape de comparaison 312b pour valider la traversée d’une turbulence de sillage 154 consiste alors à vérifier que la valeur de la métrique est supérieure à la valeur seuil. La deuxième sous-étape de comparaison 312b est positive si la condition requise est remplie, iei la supériorité de la valeur de la métrique à la valeur seuil.
Selon un mode de réalisation partieulier, la sévérité d’une turbulence de sillage peut être également prise en compte dans le proeédé. La sévérité peut être évaluée en quantifiant l’impact des turbulenees de sillage sur l’aéronef 100, comme par exemple, un comportement inhabituel, une perte d’altitude, une déviation par rapport à la route suivie, de grands facteurs de charges, et/ou de grandes accélérations dans la cabine de l’aéronef 100.
Lorsqu’un rapport doit être généré, e'est-à-dire après que l’étape de proximité 306, éventuellement les sous-étapes de eomparaison 310b et 312b, ont été validées, le procédé 300 comporte avant l’étape de génération 308, une étape d’évaluation 314 qui comporte une sous-étape d’évaluation 314a au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, évalue des paramètres relatifs à la traversée d’une turbulence de sillage 154.
Ces paramètres sont par exemple un ou plusieurs des paramètres suivants : - les angles de roulis et de tangage, - les maximums des facteurs de eharge latéraux et vertieaux au eentre de gravité de l’aéronef 100 ou à un autre endroit spécifique, - les déviations par rapport à la trajectoire de vol prévue, - le dépassement de l’enveloppe aérodynamique normale, - les eharges structurelles, - les maximums des moments extérieurs de roulis Ci,ext, - les maximums des rapports de contrôle de roulis ("Roll Control Ratio", RCR) (rapport entre le moment extérieur de roulis et la puissance de contrôle de roulis disponible). L’étape d’évaluation 314 comporte ensuite une troisième sous-étape de comparaison 314b, au cours de laquelle le dispositif 104, et plus particulièrement le processeur 201, compare ces paramètres relatifs à la traversée d’une turbulence de sillage 154 par rapport à des valeurs seuils de ces paramètres qui sont représentatives d'une traversée d'une turbulence de sillage suffisamment sévère pour être rapportée. Les valeurs seuils peuvent être fixées à des valeurs issues d’analyses antérieures effectuées durant la traversée de turbulences de sillage. Seulement si les paramètres dépassent les valeurs seuils, la troisième sous-étape de comparaison 314b est positive et un rapport est créé dans l'étape de génération 308. Les paramètres utilisés pour quantifier la sévérité de la traversée sont alors insérés dans le rapport lors de l'étape de génération 308. Dans le cas contraire, même si la traversée d'une turbulence de sillage est validé lors de l'étape de proximité 306 et/ou les étapes de comparaison 310b et/ou 312b, il est considéré qu'elle ne mérite pas d'être rapportée et un rapport n'est pas créé lors de l'étape de génération 308.
Le récepteur 102 peut également constituer un émetteur et le procédé 300 peut aussi comporter, après l’étape de génération 308, une étape de transmission 316 au cours de laquelle le processeur 201 transmet à l’émetteur/récepteur 102, les données du rapport qui sont transmises par l’émetteur/récepteur 102 à un récepteur distant dans une installation au sol comme par exemple un centre d’opérations aériennes (AOC), un contrôle du trafic aérien (ATC), etc. L’émission de ce rapport peut être faite en vol ou lorsque l’aéronef 100 est à l’arrêt sur le tarmac.
Bien sûr l’émission du rapport peut s’effectuer à travers un autre émetteur de l’aéronef 100.
Le rapport comprend les informations nécessaires à l’identification de l’aéronef 100 et les informations relatives à la turbulence de sillage 154 rencontrée par l’aéronef 100. Des exemples d’informations sont listés ici : - l’identification de l’aéronef 100, son type, son numéro, le numéro du vol, son identifiant ICAO 24 bit, - sa position (longitude, latitude, altitude), l’heure du début et de l’heure de fin de l’évènement, - les conditions de vol de l’aéronef 100 au moment de l’évènement (autopilotage...), - les conditions météorologiques à l’heure et au lieu de l’évènement (par ex : direction et vitesse du vent (composantes longitudinale, latérale, verticale), température, niveau ambiant des turbulences atmosphériques), - les paramètres relatifs à l’événement, - les paramètres relatifs à la sévérité de l’évènement, - l’identification de l’aéronef générateur 150 ayant généré l’évènement, - la trajectoire de vol, c'est-à-dire la position en fonction du temps de l’aéronef générateur 150 avant, pendant et après l’évènement, - l’identification des aéronefs présents dans un rayon donné autour de l'aéronef 100. - les maximums des moments extérieurs de roulis Ci,ext, et de lacet Cn.ext - les maximums des rapports de contrôle de roulis ("Roll Control Ratio"), - les angles de roulis et de tangage, - le cap vrai, - les facteurs de charge latéraux et verticaux, - la vitesse vraie de l’air, - l’énergie cinétique de la turbulence (TKE), - la distance latérale à la ligne centrale de la turbulence de sillage, - l’altitude relative à la ligne centrale de la turbulence de sillage, - les valeurs du moment extérieur de roulis Ci,ext et du moment extérieur de lacet
Cn.ext·
Certaines de ces informations peuvent être incluses dans le rapport à transmettre comme fonction de temps.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS 1) Procédé (300) mis en œuvre par un aéronef (100) comportant un processeur (201), le procédé (300) permettant d’identifier la proximité d’une turbulence de sillage générée par au moins un aéronef générateur (150) et de générer un rapport relatif à cette proximité, et comportant : - une étape d’acquisition de données (302) au cours de laquelle le processeur (201) récupère et enregistre les données relatives à chaque aéronef générateur (150) présent autour de l’aéronef (100), - une étape d’estimation de position (304) au cours de laquelle le processeur (201) estime la position des turbulences de sillage (154) générées par chaque aéronef générateur (150), - une étape de proximité (306) au cours de laquelle le processeur (201) détermine si l’aéronef (100) est proche d’au moins une turbulenee de sillage (154) dont les positions ont été ainsi estimées, et - une étape de génération (308) au eours de laquelle le processeur (201) génère un rapport contenant les doimées relatives à chaque turbulence de sillage (154) qui a été eonsidérée comme proche.
  2. 2) Procédé (300) selon la revendieation 1, caractérisé en ce qu’il comporte, après l’étape de proximité (306), une première étape de calcul et de comparaison (310) qui se déeompose en une première sous-étape de calcul (310a) au cours de laquelle le proeesseur (201) calcule les moments extérieurs auxquels l’aéronef (100) est soumis, et une première sous-étape de comparaison (310b) au cours de laquelle le proeesseur (201) eompare ces moments à des valeurs seuils, et en ce qu’au eours de l’étape de génération (308), le processeur (201) génère le rapport si, en outre, la première sous-étape de comparaison (310b) est positive.
  3. 3) Procédé (300) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il eomporte, après l’étape de proximité (306), une deuxième étape de calcul et de comparaison (312) qui se décompose en une deuxième sous-étape de ealcul (312a) au cours de laquelle le processeur (201) récupère les données relatives à la vitesse du vent autour de l’aéronef (100) et calcule une valeur d’une métrique à partir de ces données, et une deuxième sous-étape de comparaison (312b) au cours de laquelle le processeur (201) compare cette valeur de la métrique à une valeur seuil, et en ce qu’au cours de l’étape de génération (308), le processeur (201) génère le rapport si, en outre, la deuxième sous-étape de comparaison (312b) est positive.
  4. 4) Proeédé (300) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte, avant l’étape de génération (308), une étape d’évaluation (314) qui se décompose en une sous-étape d’évaluation (314a) au cours de laquelle le processeur (201) évalue des paramètres relatifs à la traversée d’une turbulenee de sillage (154), et une troisième sous-étape de comparaison (314b) au cours de laquelle le processeur (201) compare ces paramètres à des valeurs seuils, et en ee qu'au eours de l'étape de génération (308), le processeur (201) génère le rapport si la troisième sous-étape de comparaison (314b) est positive.
  5. 5) Proeédé (300) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte, après l’étape de génération (308), une étape de transmission (316) au cours de laquelle le processeur (201) envoie le rapport généré à une installation au sol.
  6. 6) Système embarqué d’un aéronef (100) comportant un processeur (201) configuré pour mettre en œuvre : - une étape d’acquisition de données (302) au cours de laquelle le proeesseur (201) récupère et enregistre les données relatives à chaque aéronef générateur (150) présent autour de l’aéronef (100), - une étape d’estimation de position (304) au cours de laquelle le processeur (201) estime la position des turbulences de sillage (154) générées par chaque aéronef générateur (150), - une étape de proximité (306) au cours de laquelle le processeur (201) détermine si l’aéronef (100) est proche d’au moins une turbulence de sillage (154) dont les positions ont été ainsi estimées, et - une étape de génération (308) au cours de laquelle le processeur (201) génère un rapport contenant les données relatives à chaque turbulence de sillage (154) qui a été considérée comme proche.
  7. 7) Aéronef (100) comportant un système embarqué selon la revendication 6.
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