FR3052586A1

FR3052586A1 - Procede et dispositif d’aide au pilotage d’un aeronef lors de l’approche d’une piste d’atterrissage en vue d’un atterrissage

Info

Publication number: FR3052586A1
Application number: FR1655499A
Authority: FR
Inventors: Colin Hodges; Leberquer Charles Renault
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-15
Also published as: US20170358226A1

Abstract

- Procédé et dispositif d'aide au pilotage d'un aéronef lors de l'approche d'une piste d'atterrissage en vue d'un atterrissage. - Le dispositif (1) comporte une unité (4) pour définir des critères d'évaluation relatifs à l'aéronef et à son vol, une unité (5) pour prédire un état d'énergie de l'aéronef à la fin d'un segment donné d'une trajectoire de vol, une unité (6) pour vérifier si au moins un évènement va se produire sur le segment donné, une unité (7) pour identifier au moins une action à réaliser sur ledit segment donné et la position où cette action doit être réalisée sur ce segment, une action ayant pour but de générer un changement de configuration de vol de l'aéronef entraînant une modification de l'énergie dudit aéronef, le dispositif (1) étant configuré pour former une trajectoire d'énergie prédite, à partir d'une position courante de l'aéronef jusqu'à la fin de la trajectoire de vol, la trajectoire d'énergie prédite indiquant toutes les actions identifiées ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions doivent être réalisées.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d’aide au pilotage d’un aéronef lors d’une phase d’approche d’un aéronef, en vue d’un atterrissage sur une piste d’atterrissage d’un aéroport.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

On sait que, lors d’une phase d’approche, l’équipage d’un aéronef, en particulier d’un avion de transport, doit obtenir, en conformité avec des recommandations internationales, un état stabilisé de l’aéronef à un point spécifique de l’approche (cible de stabilisation) qui est généralement fixé à 1000 pieds au-dessus du seuil de la piste d’atterrissage.

Pour être dans un état stabilisé, l’aéronef doit être dans une configuration dite d’atterrissage, la commande de la poussée doit être adaptée à la configuration d’atterrissage, la vitesse verticale ne doit pas être excessive, et toutes les vérifications doivent être réalisées. Dans ce contexte, la configuration d’atterrissage se réfère à la situation suivante : le train d’atterrissage est sorti, les volets sont sortis dans une position d’atterrissage et les aérofreins sont rétractés.

On notera qu’un système de gestion de vol moderne permet de générer un plan de vol de l’aéronef sur lequel il est monté, à l’aide de bases de données d’approches publiées. Toutefois, un tel plan de vol représente uniquement une description statique de ce que l’aéronef propose à l’équipage de voler. Aussi, même avec l’aide d’un système de pilotage automatique ou d’un système de gestion automatique de la poussée, l’équipage doit déterminer le moment exact pour changer les positions des volets, pour sortir le train d’atterrissage et pour déployer les aérofreins, c’est-à-dire pour modifier la configuration de vol de l’aéronef, lors de l’approche.

Pour ce faire, l’équipage doit prévoir mentalement le taux de décélération sur une trajectoire verticale variable et s’assurer que des dispositifs de commande ne sont pas déployés à l’extérieur de leur enveloppe de vitesse.

Lorsque l’aéronef est stabilisé, l’équipage assure que l’aéronef reste à une vitesse dite d’approche et surveille toute perte de stabilité jusqu’à ce que l’aéronef atteigne le seuil de la piste. Si l’aéronef n’est pas stabilisé à la cible de stabilisation, ou devient instable, l’équipage doit initier une remise des gaz avec un échec de la procédure d’approche.

Par conséquent, si l’équipage applique un taux de perte d’énergie excessif, l’aéronef devra utiliser un surplus de carburant pour pouvoir atteindre le point de stabilisation cible à la bonne vitesse.

En revanche, si un taux de perte d’énergie insuffisant est appliqué à l’aéronef, il va atteindre le point de stabilisation cible avec une énergie excessive et sera forcé d’initier une remise des gaz avec un échec de la procédure d’approche.

Par conséquent, une telle gestion usuelle de la perte d’énergie de l’aéronef à l’approche lors de la phase d’atterrissage n’est donc pas complètement satisfaisante, notamment pour des raisons de charge de travail de l’équipage et de précision non optimale.

EXPOSÉ DE L’INVENTION

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Elle concerne un procédé d’aide au pilotage d’un aéronef lors d’une approche d’une piste d’atterrissage en vue d’un atterrissage, ledit aéronef pouvant être amené dans l’une d’une pluralité de configurations de vol différentes.

Selon l'invention, ledit procédé comporte : - une étape de définition, mise en œuvre par une unité de définition de critères et consistant à définir des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol ; - une étape de prédiction, mise en œuvre par une unité de prédiction et consistant à prédire un état d’énergie de l’aéronef à la fin d’un segment donné de ladite trajectoire de vol en fonction au moins de la configuration de vol de l’aéronef au début du segment ; - une étape de vérification, mise en oeuvre par une unité de vérification et consistant à vérifier si au moins un évènement va se produire sur ledit segment donné ; - une étape d’identification, mise en oeuvre par une unité d’identification et consistant à identifier, le cas échéant, au moins une action à réaliser sur ledit segment donné et la position où l’action doit être réalisée sur ce segment, une action ayant pour but de générer un changement de configuration de vol de l’aéronef entraînant une modification de l’énergie dudit aéronef, les étapes de prédiction, de vérification et d’identification étant mises en oeuvre, segment par segment, à partir d’un segment courant jusqu’à la fin de la trajectoire de vol de manière à obtenir une trajectoire d’énergie prédite, à partir d’une position courante de l’aéronef jusqu’à la fin de la trajectoire de vol, la trajectoire d’énergie prédite indiquant, le cas échéant, les actions identifiées ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions doivent être réalisées.

Ainsi, grâce à la présente invention, on détermine automatiquement une trajectoire d’énergie prédite qui définit l’ensemble des actions à réaliser ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions doivent être réalisées pour obtenir une réduction appropriée de l’énergie de l’aéronef lors de l’atterrissage. De préférence, ledit procédé permet à l’aéronef de réduire son énergie de manière contrôlée durant l’approche jusqu’à ce qu’il atteigne, comme configuration de vol, une configuration d’atterrissage cible usuelle. L’aide, ainsi apportée à l’équipage, permet de remédier à l’inconvénient précité.

Dans le cadre de la présente invention, la configuration de vol de l’aéronef prend en compte au moins l’un des paramètres suivants : - au moins une position d’au moins un volet de l’aéronef ; - au moins une position d’au moins un train d’atterrissage de l’aéronef ; - au moins une position d’au moins un aérofrein de l’aéronef ; - une cible de vitesse commandée, et une action a pour effet de modifier au moins l’un de ces paramètres.

Avantageusement, l’étape de définition consiste à définir un corridor d’énergie acceptable pour l’aéronef, ledit corridor d’énergie illustrant l’énergie totale et étant défini le long d’une trajectoire de vol comprenant une pluralité de segments successifs.

Par ailleurs, de façon avantageuse, le procédé comporte entre l’étape de définition et l’étape de prédiction, une étape de calcul mise en oeuvre par une unité de calcul et consistant à déterminer la hauteur totale de l’aéronef à une position initiale et à appliquer les critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol.

De façon avantageuse, les critères d’évaluation comportent au moins l’un des critères suivants : - un critère basé sur une configuration de vol de l’aéronef ; - un critère relatif à une hauteur totale de l’aéronef ; - un critère relatif à une hauteur de l’aéronef ; - un critère relatif à une vitesse de l’aéronef ; - un critère relatif à une position de l’aéronef ; - au moins un critère combinant une pluralité des critères précédents.

Dans un mode de réalisation particulier, l’étape de prédiction consiste à prédire l’évolution de l’énergie, à la fin d’un segment donné de ladite trajectoire de vol, en fonction également de conditions de vent.

Par ailleurs, avantageusement, la mise en oeuvre dudit procédé est déclenchée d’au moins l’une des manières suivantes : - de façon répétitive ; - lorsqu’au moins un évènement relatif au vol de l’aéronef survient.

De façon avantageuse, le procédé comporte, de plus, au moins une étape de pilotage, mise en oeuvre par au moins une unité d’aide au pilotage et consistant à aider à mettre en oeuvre sur l’aéronef les actions définies sur la trajectoire d’énergie prédite aux positions correspondantes, lors de l’approche.

La présente invention concerne également un dispositif d’aide au pilotage d’un aéronef lors d’une approche d’une piste d’atterrissage en vue d’un atterrissage.

Selon l'invention, ledit dispositif comporte : - une unité de définition configurée pour définir des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol ; - une unité de prédiction configurée pour prédire un état d’énergie de l’aéronef à la fin d’un segment donné de ladite trajectoire de vol en fonction au moins de la configuration de vol de l’aéronef au début du segment ; - une unité de vérification configurée pour vérifier si au moins un évènement va se produire sur ledit segment donné ; - une unité d’identification configurée pour identifier, le cas échéant, au moins une action à réaliser sur ledit segment donné et la position où l’action doit être réalisée sur ce segment, une action ayant pour but de générer un changement de configuration de vol de l’aéronef entraînant une modification de l’énergie dudit aéronef, les unités de prédiction, de vérification et d’identification étant configurées pour mettre en oeuvre leurs traitements, segment par segment, à partir d’un segment courant jusqu’à la fin de la trajectoire de vol de manière à obtenir une trajectoire d’énergie prédite, à partir d’une position courante de l’aéronef jusqu’à la fin de la trajectoire de vol, la trajectoire d’énergie prédite indiquant, le cas échéant, les actions identifiées ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions doivent être réalisées.

En outre, avantageusement, le dispositif comporte également une unité de déclenchement configurée pour déclencher ledit dispositif d’au moins l’une des manières suivantes : - de façon répétitive ; - lorsqu’au moins un évènement relatif au vol de l’aéronef survient.

Par ailleurs, de façon avantageuse, le dispositif comporte une unité de calcul configurée pour appliquer des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol.

Par ailleurs, dans un premier mode de réalisation particulier, les unités de prédiction, de vérification et d’identification sont intégrées dans une seule unité centrale de traitement.

En outre, dans un second mode de réalisation particulier, les unités de prédiction, de vérification et d’identification sont intégrées dans une pluralité d’unités centrales de traitement.

Par ailleurs, avantageusement, le dispositif comporte au moins l’une des unités d’aide au pilotage suivantes, configurées pour aider à mettre en oeuvre sur l’aéronef, lors de l’approche, les actions définies sur la trajectoire d’énergie prédite, aux positions correspondantes : - un système de pilotage automatique pour mettre en oeuvre automatiquement au moins l’une desdites actions ; - une unité d’affichage pour afficher, sur au moins un écran, au moins une indication permettant d’indiquer à un pilote de l’aéronef au moins l’une desdites actions.

La présente invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport, qui est muni d'un dispositif d’aide au pilotage tel que celui décrit ci-dessus.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Plus particulièrement : - la figure 1 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier d’un dispositif d’aide au pilotage ; - la figure 2 est un graphique présentant une trajectoire de vol ; - la figure 3 est un graphique illustrant une trajectoire d’énergie prédite déterminée par le dispositif d’aide au pilotage de la figure 1 ; et - la figure 4 est le schéma synoptique d’étapes de procédé successives, mises en oeuvre par le dispositif d’aide au pilotage de la figure 1.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Le dispositif 1 permettant d’illustrer l’invention et représenté de façon schématique sur la figure 1, est un dispositif d’aide au pilotage d’un aéronef AC (figure 2), en particulier d’un avion de transport, lors d’une approche en vue d’un atterrissage.

Lors d’une telle approche, l’aéronef AC vole le long d’une trajectoire de vol TV. Cette trajectoire de vol TV est définie à partir d’un plan de vol et comprend une pluralité de segments successifs SG1, SG2, SG3 et SG4, comme représenté sur la figure 2. Sur cette figure 2 qui est un graphique illustrant l’altitude A en fonction d’une distance horizontale 5 le long de la trajectoire de vol, l’aéronef AC se trouve à une positon courante PO (à laquelle est lié le segment SG1) et va rejoindre un point P3 de stabilisation cible à une distance s3, avant l’atterrissage sur une piste d’atterrissage 2 d’un aéroport, dont le seuil est montré par un point P4 de distance s4. Pour ce faire, l’aéronef vole le long des segments successifs SG1, SG2, SG3 et SG4 se terminant respectivement à des points P1, P2, P3 et P4 de distances respectives s1, s2, s3 et s4.

Ledit dispositif 1 comporte, comme représenté sur la figure 1, un ensemble de traitement 3 (ou unité centrale) comprenant : - une unité de définition de critères 4 (« DEF >> pour « Définition Unit >> en anglais) configurée pour définir une pluralité de critères d’évaluation, précisés ci-dessous, dont par exemple deux critères d’énergie élevée et basse formant un corridor d’énergie définissant une énergie acceptable pour l’aéronef lors de l’approche ; - une unité de prédiction 5 (« PRED >> pour « Prédiction Unit >> en anglais) configurée pour prédire un état d’énergie de l’aéronef, à la fin d’un segment donné de ladite trajectoire de vol, en fonction au moins de la configuration de vol de l’aéronef au début de ce segment ; - une unité de vérification 6 (« VERIF >> pour « Vérification Unit >> en anglais) configurée pour vérifier si au moins un évènement va se produire sur ledit segment donné ; et - une unité d’identification 7 (« IDENT >> pour « Identification Unit >> en anglais) configurée pour identifier, le cas échéant, au moins une action à réaliser sur ledit segment donné et la position où l’action doit être réalisée sur ce segment.

Dans le cadre de la présente invention, une action a pour but de générer un changement de configuration de vol de l’aéronef entraînant une modification de l’énergie dudit aéronef.

Lesdites unités de prédiction 5, de vérification 6 et d’identification 7 sont configurées pour mettre en oeuvre leurs traitements (prédiction, vérification, identification), segment par segment, à partir d’un segment courant jusqu’à la fin de la trajectoire de vol de manière à obtenir une trajectoire d’énergie prédite, à partir d’une position courante PO de l’aéronef jusqu’à la fin de la trajectoire de vol, par exemple jusqu’au seuil P4 de la piste d’atterrissage.

La trajectoire d’énergie prédite TE indique les actions A1, A2, A3 et A4 identifiées ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions A1, A2, A3 et A4 doivent être réalisées, comme illustré partiellement à titre d’exemple non limitatif sur la figure 3. Cette figure 3 montre un graphique qui illustre l’énergie totale E de l’aéronef en fonction d’une distance horizontale 5 le long de la trajectoire de vol. En l’occurrence, les actions A1, A2, A3 et A4 doivent être réalisées, respectivement, à des distances sA, sB, sC et sD où l’aéronef présente des énergies totales E1, E2, E3 et E4.

Ainsi, le dispositif 1 qui est embarqué sur l’aéronef (figure 2) détermine, automatiquement, une trajectoire d’énergie prédite TE qui définit l’ensemble des actions A1 à A4 à réaliser, ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions A1 à A4 doivent être réalisées, pour obtenir une réduction appropriée de l’énergie totale E de l’aéronef lors de l’approche en vue de l’atterrissage.

Dans une application préférée, le dispositif 1 permet à l’aéronef de réduire son énergie de manière contrôlée durant l’approche jusqu’à ce qu’il atteigne, comme configuration de vol, une configuration d’atterrissage cible usuelle.

Dans le cadre de la présente invention, la configuration de vol de l’aéronef prend en compte au moins l’un des paramètres suivants : - au moins une position d’au moins un volet de l’aéronef ; - au moins une position d’au moins un train d’atterrissage de l’aéronef ; - au moins une position d’au moins un aérofrein de l’aéronef ; - une cible de vitesse commandée.

De plus, on considère qu’une action A1 à A4 (qui peut être manuelle ou automatique) a pour effet à modifier l’un de ces paramètres, dans le but de modifier l’énergie totale de l’aéronef, et plus particulièrement de réduire l’énergie totale lors de l’atterrissage.

Par ailleurs, le dispositif 1 comporte un ensemble 8 comprenant une seule ou d’une pluralité d’unités d’aide au pilotage, qui est relié par l’intermédiaire d’une liaison 9 à l’ensemble de traitement 3. Ces unités d’aide au pilotage sont configurées pour aider à mettre en oeuvre sur l’aéronef les actions définies sur la trajectoire d’énergie prédite, lorsque l’aéronef arrive aux positions correspondantes au cours de son vol lors de l’approche.

Plus particulièrement, l’ensemble 8 peut comporter : - un système de pilotage automatique 10 (« AP >> pour « Automatic Pilot >> en anglais) qui reçoit au moins certaines des actions via la liaison 9 et les met en oeuvre automatiquement lorsque l’aéronef arrive aux positions associée ; et - un système d’affichage 11, tel qu’un directeur de vol (« FD >> pour «Flight Director >> en anglais) par exemple, qui reçoit au moins certaines des actions via la liaison 9 et affiche, sur au moins un écran du poste de pilotage de l’aéronef, au moins un symbole permettant d’indiquer à un pilote de l’aéronef ces actions ainsi que leurs positions associées. Dans ce cas, le pilote peut réaliser ces actions de façon manuelle.

Le dispositif 1 comporte, de plus, une unité de calcul 12 (« COMP >> pour « Computation Unit >> en anglais) qui est intégrée dans l’ensemble de traitement 3 et qui est configurée pour appliquer des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol, comme précisé ci-dessous.

Les critères d’évaluation comportent au moins certains des critères suivants : - un critère basé sur une configuration de vol de l’aéronef ; - un critère relatif à une hauteur totale de l’aéronef ; - un critère relatif à une hauteur de l’aéronef ; - un critère relatif à une vitesse de l’aéronef ; - un critère relatif à une position de l’aéronef ; et - au moins un critère combinant une pluralité des critères précédents.

Dans le cadre de la présente invention, une pluralité de critères peuvent être utilisés ensemble. En outre, en utilisant en combinaison un critère à énergie élevée et un critère à énergie faible, on peut créer un corridor d’énergie.

Dans un mode de réalisation, les unités 4, 5, 6, 7 et 12 sont mises en oeuvre sous forme de fonctions logicielles de l'ensemble de traitement 3.

Le dispositif 1 comporte également un ensemble 13 de sources d’informations ou de données (« DATA >> pour « Data Génération Set >> en anglais), comprenant par exemple un système de gestion de vol, un moyen de positionnement et/ou une centrale inertielle. Cet ensemble 13 fournit un ensemble de données, telles que par exemple un plan de vol, et les valeurs courantes de paramètres (position, vitesse, altitude,..) de l’aéronef, à l’ensemble de traitement 3 via une liaison 14.

Le dispositif 1 comporte, en outre, une unité de déclenchement 15 (« TRIG >> pour « Trigger Unit >> en anglais) configurée pour déclencher via une liaison 16 la mise en oeuvre du procédé de calcul de la trajectoire d’énergie prédite, réalisé par l’ensemble de traitement 3. Cette unité de déclenchement 15 est configurée pour réaliser le déclenchement d’au moins l’une des manières suivantes : - de façon répétitive, c’est-à-dire à intervalles de temps successifs, quasiment en continu ; et/ou - lorsqu’au moins un évènement relatif au vol de l’aéronef survient, par exemple lorsque l’aéronef change de configuration de vol ou bien lorsque l’aéronef dévie de façon significative de son plan de vol.

Par ailleurs, dans un premier mode de réalisation simplifié, les unités de calcul, de prédiction, de vérification et d’identification sont intégrées dans une seule et même unité centrale de traitement, de type CPU (« Central Processing Unit » en anglais), qui présente une puissance de calcul suffisante.

En outre, dans un second mode de réalisation particulier, les unités de calcul, de prédiction, de vérification et d’identification sont intégrées dans une pluralité d’unités centrales de traitement différentes, qui présentent par exemple des puissances de calcul réduites. Dans ce cas, la prédiction de chaque segment peut être mise en oeuvre dans des cycles de calcul CPU séparés. Des unités de traitement CPU à faible puissance peuvent mettre en oeuvre un seul segment par cycle de calcul CPU, alors que des unités de traitement CPU à puissance élevée peuvent mettre en oeuvre des prédictions sur différents segments pour atteindre un résultat plus rapidement.

Le dispositif 1 utilise une trajectoire cible de l’aéronef jusqu’à la piste d’atterrissage, comprenant un profil de vitesse cible.

Le dispositif 1, tel que décrit ci-dessus, présente ainsi notamment les avantages suivants, comme précisé ci-dessous : - il permet de fournir une stratégie efficace de contrôle (de réduction) de l’énergie de l’aéronef jusqu’à l’atterrissage. Ceci peut être obtenu par un contrôle automatique de l’aéronef, via le système de pilotage automatique 10 (figure 1) ou en fournissant des informations appropriées à l’équipage, via le système d’affichage 11 ; - il permet une prise en compte extrêmement flexible de nombreux critères, permettant de gérer une large variété de cas opérationnels inhabituels ; et - il est simple à mettre en œuvre et ne requiert pas de multiples itérations pour adapter et converger vers une solution. Grâce à cette simplicité des moyens de calcul, le dispositif 1 peut être mis en œuvre sur des équipements avioniques de faible puissance.

Le dispositif 1, tel que décrit ci-dessus, met en œuvre, de façon automatique, la suite d’étapes suivantes, du procédé représenté sur la figure 4 (en liaison avec les éléments du dispositif 1 montré sur la figure 1 ) : - une étape F1 de définition de critères d’évaluation, tels que spécifiés ci-dessus, mise en œuvre par l’unité de définition de critères 4. Ces critères d’évaluation sont utilisés par des étapes F2, F3 et F4 précisées ci-après. Parmi la pluralité de critères d’évaluation possibles, l’étape F1 peut notamment définir une valeur d’énergie basse et une valeur d’énergie élevée, permettant de définir un corridor d’énergie acceptable pour l’aéronef. Le corridor d’énergie illustre l’énergie totale de l’aéronef et est défini le long d’une trajectoire de vol comprenant une pluralité de segments successifs ; - une étape F2 de calcul, mise en œuvre par l’unité de calcul 12 et consistant à déterminer la hauteur totale de l’aéronef à une position initiale et à appliquer des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol ; - une étape F3 de prédiction, mise en œuvre par l’unité de prédiction 5 et consistant à prédire une évolution de l’énergie à la fin d’un segment donné de la trajectoire de vol en fonction au moins de la configuration de vol de l’aéronef au début de ce segment donné ; - une étape F4 de vérification, mise en œuvre par l’unité de vérification 6 et consistant à vérifier si au moins un évènement particulier (faisant partie d’une pluralité d’évènements prédéterminés) va se produire sur ledit segment donné ; et - une étape F5 d’identification, mise en œuvre par l’unité d’identification 7 et consistant à identifier, le cas échéant, au moins une action à réaliser sur ledit segment donné, ainsi que la position sur ce segment où doit être réalisée cette action.

Si l’étape F5 d’identification identifie qu’une action doit être réalisée, elle subdivise le segment à la position où cette action doit être réalisée. L’itération suivante va débuter à cette position. Ainsi, les positions où les actions sont réalisées ne sont pas nécessairement les points de passage du plan de vol utilisé.

La suite d’étapes précitées utilise en entrée une trajectoire de vol qui est définie, dans une étape antérieure, de façon usuelle, à partir de ce plan de vol.

Les étapes F2 à F5 de calcul, de prédiction, de vérification et d’identification sont mises en oeuvre, segment par segment, à partir d’un segment courant jusqu’à la fin de la trajectoire de vol afin de générer la trajectoire d’énergie prédite. La trajectoire d’énergie prédite est ainsi générée à partir de la position courante PO de l’aéronef AC jusqu’à la fin de la trajectoire de vol au point P3 ou au point P4 (figure 2). La trajectoire d’énergie prédite indique toutes les actions identifiées, ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol où ces actions doivent être réalisées.

Par la mise en oeuvre de ces étapes F1 à F5, le dispositif 1 identifie donc les actions nécessaires de commande de la poussée, et de sortie des trains d’atterrissage, des volets et des aérofreins, pour permettre à l’aéronef de réduire son énergie de manière contrôlée durant l’approche jusqu’à ce qu’il atteigne la configuration d’atterrissage cible, au point P3.

Le dispositif 1 réalise, de plus, une étape de pilotage F6. Cette étape de pilotage F6 est au moins partiellement mise en oeuvre par l’une des unités 10 et 11 et consiste à aider à mettre en oeuvre sur l’aéronef les actions définies sur la trajectoire d’énergie prédite aux positions correspondantes, au cours du vol de l’aéronef durant l’approche.

Le dispositif 1 met donc en oeuvre une prédiction vers l’avant pour évaluer, de façon séquentielle, l’état d’énergie de l’aéronef avec un segment du plan de vol, et déterminer si une action (volets sortis/rétractés, train d’atterrissage sorti/rétracté, aérofreins sortis/rétractés, poussée appliquée ou non) doit être mise en oeuvre et sa position associée sur le segment. Si une action est requise, le procédé est répété sur la partie du segment restant pour identifier d’autres actions. Cette prédiction continue le long du plan de vol, jusqu’à la fin du plan de vol (à savoir le seuil P4 de la piste d’atterrissage).

Les logiques booléennes mises en œuvre par le dispositif 1 et précisée ci-dessous, sont telles que la condition ou le critère évalué peut prendre uniquement deux valeurs 1 (vrai) ou 0 (faux), c’est-à-dire peut être réalisé ou non. Les logiques booléennes sont appliquées à l’étape F5 en utilisant les statuts vrai/faux générés par les étapes F2, F3 et F4. Comme on prend généralement en compte de nombreux critères d’évaluation, les étapes F2, F3 et F4 vont fournir plusieurs jeux de données booléennes.

On présente ci-après, de façon plus détaillée, lesdites étapes F1 à F5. A l’étape F1, une pluralité de critères d’évaluation sont définies. Un critère important concerne la vitesse acceptable pour sortir les trains d’atterrissage. Un autre critère important concerne un corridor d’énergie défini pour les énergies, minimale et maximale, acceptables de l’aéronef le long du plan de vol. Ce corridor d’énergie est obtenu en prenant en compte les trois sous-étapes suivantes.

Dans une première sous-étape, un chemin est défini dans un espace en trois dimensions, lié à la position courante de l’aéronef et au seuil de la piste par une série de points de passage (« waypoints » en anglais). Le premier point de passage est défini à la position courante de l’aéronef pour lier l’aéronef à la piste d’atterrissage. Chacun des points de passage est associé à une altitude cible et une vitesse cible. Les points de passage comprennent une position de stabilisation cible et une vitesse d’approche cible associée. Entre chaque point de passage, la trajectoire latérale est considérée comme étant un segment de droite ou un segment courbe à rayon constant avec une position de centre associée.

De plus, entre chaque succession de deux points de passage, la trajectoire verticale présente une pente constante.

Ensuite, dans une deuxième sous-étape, une trajectoire 2D (distance à la piste, altitude) est générée à partir de la trajectoire 3D de l’aéronef.

Comme l’aéronef requiert un rayon de virage pour changer de cap entre deux segments successifs, cette représentation inclut un ajustement du rayon de virage utilisant la vitesse cible au point de passage.

Finalement, dans une troisième sous-étape, la trajectoire est représentée en termes d’énergie totale, à partir de la trajectoire de vol 2D de l’aéronef et du profil de vitesse associé. L’énergie totale est la somme de l’énergie potentielle gravitationnelle Ep de l’aéronef et l’énergie cinétique Eç. de l’aéronef :

Ej -Ep+ E^

Cette équation peut être simplifiée en considérant que la masse m de l’aéronef reste constante durant l’approche, g étant l’accélération de la pesanteur, et en la réécrivant pour exprimer l’état de l’aéronef en termes de hauteur totale spécifique :

Ainsi, l’altitude cible h et la vitesse air cible peuvent être exprimées par une hauteur totale hj spécifique pour chaque point le long du plan de vol.

Dans le cadre de la présente invention, le procédé peut être mis en œuvre sur la base de l’énergie totale ou de la hauteur totale, qui sont deux notions équivalentes.

Par ailleurs, à l’étape de calcul F2, la hauteur totale instantanée courante de l’aéronef est déterminée à la position initiale et des valeurs booléennes (soit 0 (faux), soit 1 (vrai)) sont déterminées sur la base d’un ensemble de critères. Ces critères peuvent être : - basés sur la configuration de vol, par exemple d’atterrissage, de l’aéronef ; - relatifs à la hauteur totale (par exemple l’aéronef est sous ou à la hauteur totale de stabilisation) ; - relatifs à la hauteur (par exemple l’aéronef est sous ou à la hauteur de stabilisation) ; - relatifs à la vitesse (par exemple l’aéronef est sous la limite de vitesse maximale de déploiement du train d’atterrissage) ; - relatifs à la position (par exemple l’aéronef est au moins à une distance prédéterminée du seuil de la piste d’atterrissage) ; et - relatifs à la combinaison de plusieurs de ces variables.

Par ailleurs, à l’étape de calcul F3, une prédiction est réalisée de révolution de l’énergie à la fin du segment courant, à partir de la configuration de vol courante de l’aéronef (positions des volets, positions des trains d’atterrissage, positions des aérofreins, cible de vitesse commandée) et des conditions de vent disponibles (reçues de l’ensemble 13).

Cette prédiction identifie l’état d’énergie final, en supposant que l’aéronef maintienne une pente constante le long du segment considéré et ne change pas de configuration de vol.

La prédiction est réalisée en identifiant le changement de vitesse comme une fonction de la distance :

En supposant que l’accélération est constante (¾ à rj, la solution peut être donnée par une simple équation de mouvement :

«0 est une accélération qui prend en compte des paramètres de l’aéronef, tels que par exemple la masse, le centre de gravité, la configuration aérodynamique, la vitesse, ..., et des paramètres de l’environnement de l’aéronef, tels que par exemple le vent, la température, ...

Ce résultat peut être utilisé pour exprimer l’évolution de la hauteur totale hj. en fonction de la distance 5 :

γ est l’angle de pente (« Flight Path Angle >> en anglais) exprimé en radians. Comme l’aéronef est généralement en descente, cette valeur est usuellement négative. L’étape de calcul F3 calcule l’énergie à la fin du segment, et également une vitesse associée la fin du segment (pour estimer si des critères liés à la vitesse sont rencontrés). A l’étape de vérification F4, en utilisant les mêmes hypothèses qu’à l’étape de prédiction F3, le segment est évalué à l’encontre d’une liste d’évènements pour déterminer si ces évènements ont lieu ou non durant le vol le long du segment. On peut, par exemple, vérifier si l’aéronef traverse une limite d’énergie maximale.

Si un évènement se produit, sa position (ou localisation) est déterminée. Avec une prédiction de l’évolution de l’énergie de l’aéronef durant le segment et une pente constante, il est possible de déterminer la position où il est prédit que l’aéronef atteigne une vitesse spécifique, par exemple une vitesse (à savoir la vitesse maximale acceptable pour un changement de position de volet).

Ainsi, en considérant un segment débutant à 5^ à une hauteur h^, on identifie 5,. où :

Par ailleurs, à l’étape d’identification F5, une logique booléenne est appliquée pour déterminer l’action appropriée à mettre en oeuvre. Cette action peut consister à maintenir l’état d’énergie courant jusqu’à la fin du segment. La logique booléenne utilise à cet effet : - la configuration de vol de l’aéronef au début du segment ; - le critère booléen au début du segment (étape F2) ; - le critère booléen à la fin du segment (étape F3) ; - le critère booléen pour les évènements se produisant dans le segment (étape F4) ; - la position relative des évènements se produisant dans le segment (étape F4).

La sortie de cette logique de prise de décision est : - la position de départ pour l’étape de prédiction suivante. Cette position de départ peut être située à la fin du segment précédent ou dans le segment précédent ; - la configuration de vol de l’aéronef à l’étape de prédiction suivante.

La logique de décision doit donner une priorité plus élevée au respect des limitations du manuel de vol qu’au maintien de l’aéronef près du profil d’énergie cible.

Les étapes F2 à F5 sont répétées jusqu’à ce que la fin de la trajectoire de vol soit atteinte. De cette manière, un trajectoire d’énergie prédite est créée avec des positions géométriques associées pour des changements de configuration de vol de l’aéronef.

Par la mise en oeuvre du procédé précité, on obtient ainsi les avantages suivants : - la prédiction ne requiert pas de convergence itérative pour ajuster les prédictions. Par conséquent, le procédé est significativement plus rapide que les méthodes qui requièrent des prédictions itératives pour obtenir la convergence vers une solution ; - le critère booléen peut considérer de multiples objectifs, comme de multiples cibles d’énergie, le long du plan du vol ; - la prédiction pour chaque segment peut être mise en oeuvre dans des unités de traitement CPU séparées. Par exemple, des unités de traitement CPU à faible puissance peuvent mettre en oeuvre les étapes de traitement (en vue de la prédiction) sur un seul segment par cycle de calcul, alors que des unités de traitement CPU à puissance élevée peuvent mettre en oeuvre des prédictions sur une pluralité ou l’ensemble des segments pour atteindre un résultat plus rapidement ; et - la logique de décision booléenne est extrêmement flexible et peut appliquer des procédures spécifiques sous des conditions spécifiques (telles que, par exemple, ne pas permettre l’utilisation des aérofreins pour certaines positions données des volets).

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d’aide au pilotage d’un aéronef lors d’une approche d’une piste d’atterrissage en vue d’un atterrissage, ledit aéronef (AC) pouvant être amené dans l’une d’une pluralité de configurations de vol différentes, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape (F1) de définition, mise en oeuvre par une unité de définition de critères (4) et consistant à définir des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol ; - une étape (F3) de prédiction, mise en oeuvre par une unité de prédiction (5) et consistant à prédire un état d’énergie de l’aéronef (AC) à la fin d’un segment (SG1 à SG4) donné de ladite trajectoire de vol (TV) en fonction au moins de la configuration de vol de l’aéronef (AC) au début du segment (SG1 à SG4) ; - une étape (F4) de vérification, mise en oeuvre par une unité de vérification (6) et consistant à vérifier si au moins un évènement va se produire sur ledit segment (SG1 à SG4) donné ; - une étape (F5) d’identification, mise en oeuvre par une unité d’identification (7) et consistant à identifier, le cas échéant, au moins une action (A1 à A4) à réaliser sur ledit segment (SG1 à SG4) donné et la position où l’action doit être réalisée sur ce segment (SG1 à SG4), une action (A1 à A4) ayant pour but de générer un changement de configuration de vol de l’aéronef (AC) entraînant une modification de l’énergie dudit aéronef (AC), les étapes (F3 à F5) de prédiction, de vérification et d’identification étant mises en oeuvre, segment par segment, à partir d’un segment courant jusqu’à la fin de la trajectoire de vol (TV) de manière à obtenir une trajectoire d’énergie prédite (TE), à partir d’une position courante de l’aéronef (AC) jusqu’à la fin de la trajectoire de vol (TV), la trajectoire d’énergie prédite (TE) indiquant, le cas échéant, les actions (A1 à A4) identifiées ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol (TV) où ces actions (A1 à A4) doivent être réalisées.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape (F1) de définition consiste à définir un corridor d’énergie acceptable pour l’aéronef (AC), ledit corridor d’énergie illustrant l’énergie totale et étant défini le long d’une trajectoire de vol (TV) comprenant une pluralité de segments successifs (SG1 à SG4).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’il comporte, entre l’étape (F1) de définition et l’étape (F3) de prédiction, une étape (F2) de calcul mise en œuvre par une unité de calcul (12) et consistant à appliquer les critères d’évaluation relatifs à l’aéronef (AC) et à son vol.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les critères d’évaluation comportent au moins l’un des critères suivants : - un critère basé sur une configuration de vol de l’aéronef (AC) ; - un critère relatif à une hauteur totale de l’aéronef (AC) ; - un critère relatif à une hauteur de l’aéronef (AC) ; - un critère relatif à une vitesse de l’aéronef (AC) ; - un critère relatif à une position de l’aéronef (AC) ; - au moins un critère combinant une pluralité des critères précédents.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape (F3) de prédiction consiste à prédire l’évolution de l’énergie, à la fin d’un segment donné de ladite trajectoire de vol (TV), en fonction également de conditions de vent.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la configuration de vol de l’aéronef (AC) prend en compte au moins l’un des paramètres suivants : - au moins une position d’au moins un volet de l’aéronef (AC) ; - au moins une position d’au moins un train d’atterrissage de l’aéronef (AC) ; - au moins une position d’au moins un aérofrein de l’aéronef (AC) ; - une cible de vitesse commandée, et en ce qu’une action (A1 à A4) a pour effet de modifier au moins l’un de ces paramètres.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en oeuvre dudit procédé est déclenchée d’au moins l’une des manières suivantes : - de façon répétitive ; - lorsqu’au moins un évènement relatif au vol de l’aéronef (AC) survient.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte, de plus, au moins une étape (F6) de pilotage mise en oeuvre par au moins une unité d’aide au pilotage (10, 11) et consistant à aider à mettre en oeuvre sur l’aéronef (AC) les actions (Al à A4) définies sur la trajectoire d’énergie prédite (TE) aux positions correspondantes, lors de l’approche.
9. Dispositif d’aide au pilotage d’un aéronef lors d’une approche d’une piste d’atterrissage en vue d’un atterrissage, caractérisé en ce qu’il comporte : - une unité de définition de critères (4) configurée pour définir des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef et à son vol ; - une unité de prédiction (5) configurée pour prédire un état d’énergie de l’aéronef (AC) à la fin d’un segment (SGI à SG4) donné de ladite trajectoire de vol (TV) en fonction au moins de la configuration de vol de l’aéronef (AC) au début du segment (SGI à SG4) ; - une unité de vérification (6) configurée pour vérifier si au moins un évènement va se produire sur ledit segment (SGI à SG4) donné ; - une unité d’identification (7) configurée pour identifier, le cas échéant, au moins une action (Al à A4) à réaliser sur ledit segment (SGI à SG4) donné et la position où l’action (Al à A4) doit être réalisée sur ce segment (SGI à SG4), une action (Al à A4) ayant pour but de générer un changement de configuration de vol de l’aéronef (AC) entraînant une modification de l’énergie dudit aéronef (AC), les unités (5, 6, 7) de prédiction, de vérification et d’identification étant configurées pour mettre en œuvre leurs traitements, segment par segment, à partir d’un segment courant jusqu’à la fin de la trajectoire de vol (TV) de manière à obtenir une trajectoire d’énergie prédite (TE), à partir d’une position courante de l’aéronef (AC) jusqu’à la fin de la trajectoire de vol (TV), la trajectoire d’énergie prédite (TE) indiquant, le cas échéant, les actions (A1 à A4) identifiées ainsi que les positions le long de la trajectoire de vol (TV) où ces actions (A1 à A4) doivent être réalisées.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de déclenchement (15) configurée pour déclencher ledit dispositif (1) d’au moins l’une des manières suivantes : - de façon répétitive ; - lorsqu’au moins un évènement relatif au vol de l’aéronef (AC) survient.
11. Dispositif selon l’une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de calcul (12) configurée pour appliquer des critères d’évaluation relatifs à l’aéronef (AC) et à son vol.
12. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les unités de prédiction, de vérification et d’identification sont intégrées dans une seule unité centrale de traitement.
13. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les unités de prédiction, de vérification, et d’identification sont intégrées dans une pluralité d’unités centrales de traitement.
14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu’il comporte au moins l’une des unités d’aide au pilotage suivantes, configurées pour aider à mettre en œuvre sur l’aéronef (AC) lors de l’approche les actions (Al à A4) définies sur la trajectoire d’énergie prédite (TE) aux positions correspondantes : - un système de pilotage automatique (10) pour mettre en œuvre automatiquement au moins l’une desdites actions (Al à A4) ; - une unité d’affichage (11) pour afficher sur au moins un écran au moins une indication permettant d’indiquer à un pilote de l’aéronef au moins l’une desdites actions (Al à A4).
15. Aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif d’aide au pilotage (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 14.