FR3092564A1 - Procédé de pilotage d’un aéronef - Google Patents

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Abstract

Procédé de pilotage d’un aéronef préexistant, comprenant les étapes de : - intégrer dans l’aéronef préexistant un système de pilotage alternatif (1) ; - connecter l’aéronef (200) et une station au sol dans laquelle est positionné un pilote au sol (207) ; - lorsque l’aéronef se trouve dans un état normal, faire piloter l’aéronef par un équipage nominal ; - utiliser des moyens de détection pour détecter la survenue d’une situation d’urgence et, lorsque la survenue de la situation d’urgence est détectée : - rendre opérationnel le pilote au sol (207), de sorte que le pilote au sol puisse produire une consigne de pilotage au sol de l’aéronef ; - transmettre la consigne de pilotage au sol à l’aéronef ; - utiliser le système de pilotage alternatif pour acquérir et transmettre la consigne de pilotage au sol au système de commandes de vol de l’aéronef.

Description

Procédé de pilotage d’un aéronef
L’invention concerne le domaine des procédés de pilotage d’un aéronef.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Les avions de ligne modernes sont généralement pilotés par un équipage d’au moins deux pilotes comprenant un commandant de bord et un copilote.
On envisage de faire voler certains de ces avions de ligne avec un seul pilote à bord pour des applications bien particulières, et notamment pour transporter des marchandises. Il est ainsi prévu de convertir un avion de ligne de type Airbus A321 en un avion-cargo pouvant être piloté par un seul pilote.
Cette reconfiguration de l’avion de ligne présente de nombreux avantages.
En transformant un avion de ligne préexistant qui vole depuis plusieurs années en un avion-cargo, on dispose d’un avion-cargo éprouvé, fiable, sans qu’il soit nécessaire de financer un nouveau programme complet de développement d’avion. On améliore de plus la rentabilité du programme initial grâce à cette nouvelle application.
Comme un avion-cargo ne transporte pas de passager, contrairement à un avion de ligne, la réduction du nombre de pilotes semble être une première étape plus facile à accepter pour le grand public. Bien évidemment, il ne s’agit pas d’accepter une quelconque baisse de la sécurité des vols, qui ne doit pas être dégradée mais plutôt renforcée par cette reconfiguration. On ne peut pas non plus accepter une surcharge de travail pour l’unique pilote à bord.
En réduisant le nombre de pilotes, on réduit bien sûr aussi le coût global de chaque vol.
Par ailleurs, un certain nombre de solutions ont émergé permettant d’assister le pilote à bord dans ses tâches, allant jusqu’à l’amélioration de la sécurité via la possibilité d’analyser une quantité de données importante en temps réel. Des solutions existent aussi pour assister le pilote à bord lorsque les conditions dans le cockpit sont dégradées, par exemple dans le cas d’un dégagement de fumée dans le cockpit.
Cependant, cette reconfiguration de l’avion de ligne se heurte aussi à un certain nombre de difficultés.
L’architecture actuelle de nombreux avions de transport est en effet bâtie sur l’hypothèse d’un équipage à deux pilotes. Un équipage à deux pilotes permet de pallier la défaillance de l’un des pilotes dans les phases de vol critiques. Un équipage à deux pilotes permet aussi de garder une charge de travail supportable pour chaque pilote en cas de situation anormale, par exemple dans le cas d’une panne moteur, ou bien au cours des phases de vol critiques (décollage, atterrissage).
De plus, les systèmes de pilotage automatique classiques ne couvrent pas toutes les phases de vol. Au cours de certaines phases de vol, l’avion doit être commandé manuellement par un pilote. Ainsi, avec un seul pilote, une défaillance du pilote durant ces phases de vol devient une panne majeure conduisant à un évènement catastrophique, ce qui n’est pas acceptable.
La réduction du nombre de pilotes oblige donc à développer et à intégrer dans l’avion un certain nombre de fonctions de sécurité et d’automatisation additionnelles.
Les fonctions de sécurité additionnelles visent notamment à assurer que le pilotage de l’avion demeure parfaitement sûr même en cas de défaillance du système de pilotage automatique ou en cas d’incapacité de l’unique pilote à piloter l’avion manuellement. Les fonctions de sécurité additionnelles doivent aussi permettre d’empêcher ou tout au moins de limiter les conséquences d’un acte malveillant réalisé par le pilote, comme par exemple un crash volontaire de l’avion sur des infrastructures ou sur des zones habitées.
Bien sûr, pour que la conversion d’un avion de ligne préexistant en un avion-cargo soit intéressante d’un point de vue économique, ces fonctions de sécurité additionnelles doivent être intégrées sur les avions préexistants en requérant des activités de certification additionnelles limitées.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour objet de convertir de manière sûre et peu coûteuse un avion préexistant traditionnel en un avion pouvant être piloté par un seul pilote.
En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de pilotage d’un aéronef préexistant, l’aéronef comportant des systèmes d’origine comprenant un système de pilotage automatique et un système de commandes de vol, le procédé de pilotage comprenant les étapes de :
- intégrer dans l’aéronef préexistant un système de pilotage alternatif ;
- connecter, par un système de commande et de contrôle (système C2), l’aéronef et une station au sol dans laquelle est positionné un pilote au sol ;
- lorsque l’aéronef se trouve dans un état normal, faire piloter l’aéronef par un équipage nominal comprenant un unique pilote à bord de l’aéronef, le système de pilotage alternatif et le système de pilotage automatique, qui sont intégrés dans l’aéronef ;
- utiliser des moyens de détection pour détecter la survenue d’une situation d’urgence particulière susceptible d’affecter le fonctionnement de l’aéronef et, lorsque la survenue de la situation d’urgence particulière est détectée :
- rendre opérationnel le pilote au sol, de sorte que le pilote au sol puisse produire une consigne de pilotage au sol de l’aéronef ;
- transmettre la consigne de pilotage au sol à l’aéronef en utilisant une liaison de données du système C2 ;
- utiliser le système de pilotage alternatif pour acquérir et transmettre la consigne de pilotage au sol au système de commandes de vol de l’aéronef, de sorte que l’aéronef soit piloté par un équipage alternatif comprenant le système de pilotage alternatif, le système de pilotage automatique et le pilote au sol.
Ainsi, lorsque l’aéronef se trouve dans un état normal, ou bien dans un état anormal mais sans urgence, l’unique pilote à bord est assisté par le système de pilotage alternatif. Le pilotage de l’aéronef est réalisé par le pilote à bord, le système de pilotage alternatif et le système de pilotage automatique, c’est-à-dire dans une configuration de pilotage très proche de celle d’un aéronef classique (si ce n’est que le copilote est le système de pilotage alternatif et est donc virtuel et non humain).
Dans le cas où une situation d’urgence particulière survient, l’équipage alternatif supplée l’équipage nominal. L’équipage alternatif comprend le pilote au sol, le système de pilotage alternatif, le système de pilotage automatique, et le pilote à bord. Ce dernier est possiblement (mais pas nécessairement) déchargé de toute action de pilotage.
L’aéronef est donc piloté de manière parfaitement sûre.
En effet, en cas d’une incapacité du pilote à bord, l’aéronef est piloté par l’équipage alternatif. Par ailleurs, dans le cas où la situation d’urgence est une panne d’un système de l’aéronef (d’un moteur par exemple), le pilote à bord est assisté par les autres acteurs de l’équipage alternatif (et appartient alors lui aussi à l’équipage alternatif) et peut donc contribuer à sécuriser l’aéronef sans surcharge de travail.
La mise en œuvre de ce procédé de pilotage dans un aéronef préexistant est relativement peu coûteuse. Le procédé de pilotage requiert l’intégration, dans l’aéronef préexistant, du système de pilotage alternatif, du système C2, des moyens de détection, des moyens de traitement et des moyens d’activation. Ces moyens sont intégrés dans l’aéronef préexistant sans modification des systèmes d’origine de l’aéronef préexistant. Il n’est donc pas nécessaire d’effectuer à nouveau les activités de certification des systèmes d’origine, ce qui réduit le coût de l’intégration.
On propose de plus un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, dans lequel le pilote au sol est rendu opérationnel par un superviseur au sol qui est en charge de superviser une pluralité d’aéronefs.
On propose en outre un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, comprenant l’étape d’informer le superviseur au sol de la survenue de la situation d’urgence particulière en utilisant la ou les liaisons de données du système C2.
On propose de plus un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, dans lequel au moins une liaison de données primaire et une liaison de données secondaire du système C2 sont utilisées, la liaison de données secondaire permettant de redonder la liaison de données primaire et de suppléer la liaison de données primaire en cas de perte de celle-ci.
On propose par ailleurs un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, dans lequel, en fonction de la phase de vol courante de l’aéronef, la liaison de données primaire est une liaisonLOSet la liaison de données secondaire est une liaisonBLOS, ou bien la liaison de données primaire est une liaisonBLOSet la liaison de données secondaire est une liaisonLOS, ou bien la liaison de données primaire est une première liaisonBLOSet la liaison de données secondaire est une deuxième liaisonBLOS.
On propose de plus un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, dans lequel la situation d’urgence particulière appartient à une liste prédéfinie de situations d’urgence, qui comprend une incapacité du pilote à bord, un risque d’acte malveillant du pilote à bord et une panne d’un moteur.
On propose en outre un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, dans lequel les moyens de détection comprennent un système d’assistance vocale utilisé pour détecter un niveau de stress du pilote à bord pouvant indiquer un état du pilote à bord incompatible avec la bonne conduite d’un vol.
On propose de plus un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, dans lequel les moyens de détection analysent une trajectoire de l’aéronef pour détecter un risque d’acte malveillant du pilote à bord. On propose en outre un procédé de pilotage tel que celui qui vient d’être décrit, comportant les étapes, mises en œuvre par le système de pilotage alternatif, de définir une consigne de pilotage sélectionnée parmi une consigne de pilotage manuelle produite par le pilote à bord, une consigne de pilotage automatique produite par le système de pilotage automatique, la consigne de pilotage au sol produite par le pilote au sol, et une consigne de pilotage alternative produite par le système de pilotage alternatif, et de transmettre la consigne de pilotage sélectionnée au système de commandes de vol de l’aéronef.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d’un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 représente un système de pilotage alternatif, ainsi qu’une pluralité de systèmes d’origine d’un avion préexistant ;
la figure 2 représente, en phase de montée de l’avion, une liaison de données primaire et une liaison de données secondaire d’un système C2 qui connecte l’avion et le sol, la liaison de données primaire étant une liaison LOS et la liaison de données secondaire étant une première liaison BLOS ;
la figure 3 représente, en phase de croisière de l’avion, la liaison de données primaire et la liaison de données secondaire du système C2, la liaison de données primaire étant la première liaison BLOS et la liaison de données secondaire étant une deuxième liaison BLOS ;
la figure 4 représente, en phase de descente de l’avion, la liaison de données primaire et la liaison de données secondaire du système C2, la liaison de données primaire étant la liaison LOS et la liaison de données secondaire étant la première liaison BLOS ;
la figure 5 représente le contrôle de trafic aérien et les acteurs du pilotage d’un avion dans une situation normale ;
la figure 6 représente le contrôle de trafic aérien et les acteurs du pilotage de l’avion dans une situation transitoire ;
la figure 7 représente le contrôle de trafic aérien et les acteurs du pilotage de l’avion dans une situation où le pilote à bord n’est pas en mesure de piloter ;
la figure 8 représente une séquence d’actions mises en œuvre au cours d’un décollage par un équipage nominal ;
la figure 9 représente une première séquence d’actions mises en œuvre au cours d’un décollage par un équipage alternatif ;
la figure 10 représente une deuxième séquence d’actions mises en œuvre au cours du décollage par l’équipage alternatif.
En référence à la figure 1, un système de pilotage alternatif 1 est intégré dans un aéronef préexistant. Par « aéronef préexistant », on entend que, lorsque l’aéronef a été conçu, il n’était pas prévu d’équiper celui-ci du système de pilotage alternatif 1. En d’autres termes, l’aéronef, au moment de sa conception, ne comporte pas d’interfaces particulières destinées à l’intégration du système de pilotage alternatif.
L’aéronef est un avion de ligne qui est destiné à être converti en un avion-cargo susceptible d’être piloté par un unique pilote à bord. Le système de pilotage alternatif permet, en l’absence d’un copilote humain, de fournir un accompagnement au pilote à bord. Cet accompagnement est apporté par le système de pilotage alternatif lui-même, mais aussi par du personnel au sol et notamment par un superviseur au sol et par un pilote au sol.
Le système de pilotage alternatif 1 est intégré dans l’avion pour que celui-ci puisse être piloté par cet unique pilote à bord tout en étant conforme aux exigences de sécurité et de sûreté applicables à un avion-cargo classique piloté par plusieurs pilotes.
L’avion comprend un certain nombre de systèmes d’origine, c’est à dire de systèmes présents au moment de la conception de l’avion.
Parmi ces systèmes d’origine, on trouve un système de commandes de vol 2, un système de train d’atterrissage 3, un système d’éclairage 4, un système de communication 5, un système de pilotage automatique 6, un système de navigation 7.
Les systèmes d’origine comprennent bien évidemment d’autres systèmes qui ne sont pas évoqués ici.
Tous les systèmes d’origine comprennent des équipements qui sont possiblement redondés voire triplées.
Le système de commandes de vol 2 comprend des commandes pilote, positionnées dans le cockpit et pouvant être actionnées par le pilote à bord, et comportant une manette des gaz 21, des palonniers 8, un volant de commande de compensateur 9, des manches 17 de type SSU (pourSide-Stick Unit) ou mini-manches actif.
Le système de commande de vol 2 comprend de plus des calculateurs de commandes de vol comprenant un ou des calculateurs ELAC 10 (pourElevator Aileron Computer), un ou des calculateurs SEC 11 (pourSpoiler Elevator Computer), un ou des calculateurs FAC 12 (pourFlight Augmentation Computer), un ou des calculateurs SFCC 13 (pourSlat Flap Control Computer) et un ou des calculateurs THS 14 (pourTrimmable Horizontal Stabilizer).
Le système de train d’atterrissage 3 comprend un système de commande de l’orientation d’au moins un atterrisseur du train d’atterrissage, permettant de commander la direction de l’avion lorsqu’il se déplace au sol, ainsi qu’un système de freinage.
Le système de train d’atterrissage 3 comprend une unité de contrôle BSCU 15 (pourBraking and Steering Control Unit).
Le système d’éclairage 4 comporte des phares 16 et des moyens de commande des phares.
Le système de communication 5 comporte des moyens de communication dans la bande VHF 18 (pourVery High Freque n cy), des moyens de communication dans la bande HF 19 (pourHigh Frequency), ainsi que des moyens de communication par satellite 20 (SATCOM).
Le système de pilotage automatique 6 comporte un ou des calculateurs FMGC 22 (pourFlight Management Guidance Computer) et un ou des calculateurs FADEC 23 (pourFull Authority Digital Engine Control).
Le système de navigation 7 comporte un ou des systèmes ADIRS 24 (pourAir Data Inertial Reference System).
Le système de pilotage alternatif 1 s’interface avec ces systèmes d’origine et avec l’avionique d’origine, mais est complètement séparé, distinct de ces systèmes d’origine et de l’avionique d’origine.
Par « distinct », on entend que les systèmes d’origine et l’avionique d’origine, d’une part, et le système de pilotage alternatif 1, d’autre part, ne comprennent aucun équipement en commun.
La séparation est mécanique, logicielle et matérielle. Ainsi, une panne ou une défaillance (provoquées par exemple par unhacking) du système de pilotage alternatif 1 n’ont pas d’impact significatif sur les systèmes d’origine et sur l’avionique d’origine.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte une pluralité de dispositifs et un bus principal 25, qui est ici un bus de données ARINC 664, sur lequel peuvent circuler des commandes et des données.
Les différents dispositifs du système de pilotage alternatif 1 communiquent entre eux via le bus principal 25. Tous les dispositifs du système de pilotage alternatif 1 sont équipés de moyens de protection adaptés (firewall, contrôle virus, etc.) permettant de sécuriser ces communications.
Les dispositifs du système de pilotage alternatif 1 comportent tout d’abord un dispositif de pilotage 26. Le dispositif de pilotage 26 est uniquement connecté au bus principal 25.
Le dispositif de pilotage 26 est ainsi totalement indépendant des systèmes d’origine de l’avion et est donc presque complètement autonome.
Le dispositif de pilotage 26 comprend une unité de positionnement 27 et une unité de commande 28 (ou FSS, pourFlight Stability System).
L’unité de positionnement 27 comporte une unité de mesures inertielles, un dispositif de positionnement par satellite (ou GNSS, pourGlobal Navigation Satellite Sy s tem) comprenant une ou plusieurs antennes, et une centrale anémobarométrique.
L’unité de positionnement 27 produit des données de positionnement de l’avion. Les données de positionnement comprennent des données de localisation et des données d’orientation de l’avion.
L’unité de positionnement 27 est indépendante et autonome par rapport aux équipements de positionnement d’origine de l’avion, et est différente dans sa conception. On introduit ainsi une dissimilarité entre l’unité de positionnement 27 et les équipements de positionnement d’origine de l’avion, ce qui permet notamment d’éviter qu’une panne de mode commun n’entraîne une défaillance simultanée des équipements de positionnement d’origine de l’avion et de l’unité de positionnement 27.
L’unité de commande 28 est un calculateur de commande de vol développé selon un niveau de DAL A (DAL pourDevelo p ment Assurance Level).
L’unité de commande 28 comprend deux voies de calcul dissimilaires 28a, 28b. On évite ainsi qu’une panne de mode commun n’entraîne une défaillance simultanée des deux voies de calcul 28a, 28b et donc de l’unité de commande 28.
Chaque voie de calcul 28a, 28b présente une architecture de type COM/MON et comprend un module de commande et un module de surveillance.
L’unité de commande 28 permet d’assurer la sécurité du pilotage durant les phases de taxiage, de décollage, de croisière et d’atterrissage lorsque l’avion est piloté par un seul pilote à bord.
L’unité de commande 28 est ainsi agencée pour produire une consigne de pilotage alternative de l’avion.
Cette consigne de pilotage alternative est utilisée pour piloter l’avion lorsque l’avion se trouve dans une situation d’urgence particulière appartenant à une liste prédéfinie de situations d’urgence. La liste prédéfinie de situations d’urgence comprend une panne quelconque survenant sur l’avion, par exemple une panne d’un moteur de l’avion, une panne du système de pilotage automatique 6 de l’avion, une défaillance du pilote à bord, un acte malveillant du pilote à bord, une situation dans laquelle l’avion se dirige vers une zone interdite prédéfinie, une perte de communication avec la station au sol lorsque l’avion est piloté par le pilote au sol présent dans une station au sol.
En particulier, l’unité de commande 28 héberge des lois de pilotage de secours, qui sont mises en œuvre en cas de panne du système de pilotage automatique de l’avion. Les lois de pilotage de secours permettent de stabiliser l’avion et de maintenir l’avion en vol.
L’unité de commande 28 héberge aussi des lois de pilotage en mode dégradé.
Parmi les lois de pilotage en mode dégradé, on trouve une loi qui permet de pallier une défaillance du pilote à bord au cours du décollage de l’avion. La défaillance du pilote à bord résulte par exemple d’une mort brusque du pilote ou bien d’une incapacité physique ou psychologique de nature quelconque se produisant au cours du vol.
Lors du décollage de l’avion, si le pilote à bord est défaillant, il est encore possible d’interrompre le décollage tant que la vitesse de l’avion est inférieure à une vitesse déterminée V1. Lorsque la vitesse de l’avion dépasse la vitesse déterminée V1, le décollage ne peut plus être interrompu car le freinage au sol de l’avion à vitesse élevée est trop risqué, et il est alors obligatoire de faire décoller l’avion.
Entre le moment où l’avion dépasse la vitesse déterminée V1 et le moment où l’avion dépasse une altitude déterminée, par exemple égale à 200 pieds, c’est le pilote qui, normalement, pilote l’avion en mode manuel : le système de pilotage automatique 6 n’est pas utilisé au cours de cette phase particulière.
Ainsi, lorsqu’une défaillance du pilote à bord est détectée au cours de cette période qui dure quelques secondes, typiquement six secondes, c’est le système de pilotage alternatif 1 qui prend le relais du pilote à bord et qui gère le décollage. Puis, le système de pilotage automatique 6 prend le relais du système de pilotage alternatif 1.
En cas de défaillance du pilote, l’unité de commande 28 héberge aussi des plans de vol de secours. Ainsi, si le pilote est défaillant, le système de pilotage alternatif 1 peut diriger l’avion vers un aéroport où il peut se poser.
On précise que, en cas de défaillance du pilote, le système de pilotage alternatif 1 est en mesure de diriger l’avion, mais ce n’est pas nécessairement lui qui dirige l’avion. Par exemple, si le système de pilotage automatique 6 est opérationnel, c’est lui qui amène l’avion vers l’aéroport d’urgence sur consigne du pilote au sol, et qui fait atterrir automatiquement l’avion.
L’unité de commande 28 peut aussi produire la consigne de pilotage alternative de manière à éviter que l’avion ne pénètre dans des zones interdites prédéfinies. Les coordonnées géographiques des zones interdites prédéfinies sont stockées dans l’unité de commande 28.
La consigne de pilotage alternative permet de conférer à l’avion une trajectoire ne conduisant plus à une entrée de l’avion dans les zones interdites prédéfinies. Une zone interdite prédéfinie est par exemple une zone comprenant des infrastructures particulières (par exemple une centrale nucléaire), une zone avec une forte densité de population, etc.
L’unité de commande 28 calcule en permanence la trajectoire future de l’avion en utilisant les données de positionnement produites par l’unité de positionnement 27, et estime si la trajectoire future interfère avec une zone interdite prédéfinie. Dans le cas où le pilote se dirige vers une zone interdite prédéfinie dans le but de faire s’écraser l’avion volontairement, la consigne de pilotage alternative produite par le système de pilotage alternatif 1 est utilisée pour piloter l’avion et pour empêcher celui-ci de pénétrer dans la zone interdite prédéfinie. Si nécessaire, la consigne de pilotage alternative va faire s’écraser l’avion dans une zone dépeuplée. On met ainsi un œuvre une fonction d’interdiction géographique (geofencing) : on surveille la position de l’avion en temps réel et, si celui-ci se dirige vers une zone interdite prédéfinie, on agit activement sur sa trajectoire pour éviter que l’avion ne pénètre dans la zone interdite prédéfinie.
L’unité de commande 28 met ainsi en œuvre des lois de guidage en crash contrôlé ainsi qu’un algorithme de détection de perte de la fonction d’interdiction géographique.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte aussi un dispositif d’acquisition et d’analyse 30. Le dispositif d’acquisition et d’analyse 30 est connecté au bus principal 25, mais aussi au système de commandes de vol 2, au système de train d’atterrissage 3, au système d’éclairage 4, au système de communication 5, et au système de pilotage automatique 6, via des bus secondaires 31 qui sont ici des bus A429. Les bus A429 sont des bus d’origine, pré-existants dans l’avionique.
Le dispositif d’acquisition et d’analyse selon l’invention 30 comporte des moyens d’acquisition 32 et des moyens d’analyse 33.
Les moyens d’acquisition 32 comprennent une pluralité d’interfaces avec les systèmes d’origine et une pluralité d’interfaces avec le bus principal 25.
Les moyens d’acquisition 32 acquièrent des paramètres comprenant des données produites par les systèmes d’origine de l’avion ainsi que les données de positionnement et la consigne de pilotage alternative produites par le dispositif de pilotage 26. Les paramètres comprennent aussi la consigne de pilotage au sol.
Les données produites par les systèmes d’origine de l’avion et acquises par les moyens d’acquisition 32 comprennent des données de position de l’avion, des données d’attitudes, des paramètres produits par le système de pilotage automatique 6, des paramètres produits par le système de commandes de vol 2, des paramètres moteurs, des données de navigation, des données de pannes, etc.
Les moyens d’analyse 33 du dispositif d’acquisition et d’analyse 30 réalisent des traitements et des analyses sur l’ensemble de ces paramètres. Les moyens d’analyse 33 détectent d’éventuelles incohérences entre ces paramètres.
Les moyens d’analyse 33 traitent les paramètres pour les transformer en paramètres avion (tri, mise en forme, etc.) pouvant être transmis au reste du système de pilotage alternatif 1, au sol, etc.
Les moyens d’analyse 33 hébergent également des machines d’état qui permettent de supporter le pilote (vérifications croisées, actions complémentaires pilote), mais aussi de déclencher des procédures d’urgence, ou bien d’autoriser la prise en compte des commandes issues du dispositif de pilotage 26.
Les moyens d’analyse 33 évaluent à partir de ces paramètres l’état de l’avion et la phase de vol courante. L’état de l’avion peut être un état normal ou un état anormal.
Les moyens d’analyse 33 mettent en œuvre une machine d’état pour sélectionner, à partir des paramètres, de l’état de l’avion et de la phase de vol courante, une consigne de pilotage sélectionnée parmi une pluralité de consignes de pilotage comprenant la consigne de pilotage manuelle produite par le pilote à bord via les commandes pilote, une consigne de pilotage au sol produite par le copilote au sol, une consigne de pilotage automatique produite par le système de pilotage automatique, et la consigne de pilotage alternative.
Les moyens d’analyse 33 gèrent la commande de modification du plan de vol, qui est définie soit par le pilote à bord, soit par le pilote au sol. Les moyens d’analyse 33 gèrent la commutation de la gestion de trajectoire à suivre qui est définie soit par le pilote à bord, soit par le pilote au sol, soit par le système de pilotage automatique d’origine, soit par le système de pilotage alternatif 1.
Un premier exemple d’analyse a déjà été évoqué plus tôt dans cette description. Au moment du décollage de l’avion, il existe une courte période au cours de laquelle l’avion est normalement piloté manuellement par le pilote. Si une défaillance du pilote est détectée, les moyens d’analyse 33 du dispositif d’acquisition et d’analyse 30 décident que la consigne de pilotage alternative produite par le système de pilotage alternatif 1 doit être utilisée pour piloter l’aéronef. Puis, suite à cette courte période, les moyens d’analyse 33 du dispositif d’acquisition et d’analyse 30 décident que la consigne de pilotage alternative ne doit plus être utilisée pour piloter l’avion. Le système de pilotage automatique 6 prend ainsi le relais du système de pilotage alternatif 1 pour poser l’avion en toute sécurité.
Un deuxième exemple de sélection de la consigne prioritaire est le suivant.
Si une consigne de pilotage manuelle, produite par le pilote à bord, tend à diriger l’aéronef vers une zone interdite prédéfinie, les moyens d’analyse 33 du dispositif d’acquisition et d’analyse 30 décident que la consigne de pilotage alternative produite par le système de pilotage alternatif 1 est utilisée pour piloter l’avion. L’avion effectue alors une manœuvre lui permettant de ne pas pénétrer dans la zone interdite.
On peut aussi prévoir que, dans ce cas, l’utilisation de la consigne de pilotage alternative soit décidée depuis le sol. Les moyens d’analyse 33 du dispositif d’acquisition et d’analyse 30 acquièrent cette décision et aiguillent la consigne de pilotage alternative vers les calculateurs des commandes de vol.
Puis, suite à cette manœuvre, les moyens d’analyse 33 décident que la consigne de pilotage alternative ne doit plus être utilisée pour piloter l’avion : le dispositif d’acquisition et d’analyse 30 redonne la main au système de pilotage automatique 6 après que le système de pilotage alternatif 1 ait réalisé la manœuvre.
Un troisième exemple de sélection de la consigne prioritaire est le suivant.
Grâce aux analyses des paramètres avion (et par exemple aux analyses des consignes moteur et des consignes gouverne), le dispositif d’acquisition et d’analyse 30 est aussi capable de détecter une panne impactant l’avion. Si l’avion est piloté par le système de pilotage automatique 6 et que cette panne est susceptible d’impacter le système de pilotage automatique 6, le dispositif d’acquisition et d’analyse 30 décide que la consigne de pilotage alternative doit être utilisée pour piloter l’avion et engage un mode de pilotage de secours. Le mode de pilotage de secours est un mode de pilotage temporaire, qui est actif jusqu’à ce que le pilote à bord ou pilote au sol reprenne le contrôle de l’aéronef.
Le mode de secours est aussi engagé en cas d’inopérabilité du système de pilotage automatique 6. En effet, il existe des situations dans lesquelles le système de pilotage automatique 6 n’est pas en panne mais se désengage car il n’est plus en mesure de piloter l’avion de manière sûre. C’est par exemple le cas lorsque des sondes ont givré.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte de plus un dispositif d’interface 34.
Le dispositif d’interface 34 est connecté au bus principal 25, mais aussi au système de commandes de vol 2, au système de train d’atterrissage 3, au système d’éclairage 4, au système de communication 5 et au système de pilotage automatique 6, via des bus secondaires 35 qui sont ici des bus A429.
Le dispositif d’interface 34 comprend des moyens d’aiguillage comprenant un système de relais à très haute intégrité.
Les relais sont pilotés par les moyens d’analyse 33 du dispositif d’acquisition et d’analyse 30. Lorsque les moyens d’analyse 33 décident que la consigne de pilotage alternative doit être utilisée pour piloter l’avion, les moyens d’analyse 33 produisent une commande d’aiguillage pour commander les relais de sorte que ceux-ci relient une sortie du dispositif de pilotage 26 au système de commande de vol 2. De même, lorsque les moyens d’analyse 33 décident que la consigne de pilotage au sol doit être utilisée pour piloter l’avion, les moyens d’analyse 33 commandent les relais pour que ceux-ci transmettent la consigne de pilotage au sol au système de commande de vol 2.
Le dispositif d’interface 34 réalise l’interface physique en activation des commandes avion et émule les commandes avion : commandes de vol, trains, volets,breakers, etc…
Le dispositif d’interface 34 permet d’envoyer aux calculateurs d’origine des commandes comme si elles étaient envoyées par un pilote à bord via les interfaces du cockpit.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte de plus un dispositif de communication 37 qui comprend un module SDM 38 (pourSecured Data Module), un module ADT 39 (pourAir Data Terminal) et un module C2link 40.
Ces modules forment des moyens d’interface avec un système de télépilotage, des moyens de communication avec contrôle à distance, ainsi que des moyens de sécurisation des données permettant d’assurer l’intégrité des informations enregistrées. L’intégrité repose notamment sur la sécurisation des données enregistrée et des commandes suivant les principes mis en œuvre dans unSafety Chec k er.
Le dispositif de communication 37 est connecté au bus principal 25 via le module ADT 39, mais aussi au système de communication 5 via des bus secondaires 41 qui sont ici des bus A429. Le dispositif de communication 37 est connecté au dispositif d’acquisition et d’analyse 30 par un lien série.
Le dispositif de communication 37 permet d’effectuer une opération à distance (de typeRemotely Controlled) sur l’avion. Le dispositif de communication 37 permet en particulier d’établir une communication avec le sol, de sorte que le système de pilotage alternatif 1 puisse être commandé depuis le sol, ou bien que d’autres systèmes (par exemple le système de pilotage automatique 6) puissent être commandés depuis le sol via le système de pilotage alternatif 1. Ainsi, en cas de défaillance du pilote par exemple, les communications radio et la commande des trajectoires de l’avion peuvent être gérées depuis le sol.
On décrit maintenant plus en détail le module C2link 40.
L’avion est connecté avec une station au sol par un système de commande et de contrôle (système C2). Le système C2 permet à un pilote au sol de piloter l’avion depuis la station au sol, dans laquelle est positionné le pilote au sol.
Le système C2 met en œuvre des liaisons de données grâce auxquelles des données sont échangées entre l’avion et la station au sol. Le module C2link 40 gère pour l’avion les communications sur les liaisons de données.
Ces données comprennent des consignes de pilotage au sol envoyées vers l’avion, ainsi que des informations (mesures, estimation de paramètres, etc.) envoyées par l’avion vers la station au sol et permettant de produire les consignes de pilotage au sol.
Les données peuvent être échangées via une liaison radio directe (on parle de liaison LOS, pourLine-of-Sight) ou via une liaison radio indirecte (on parle de liaison BLOS, pourBeyond Line-of-Sight).
Lorsque la liaison LOS est mise en œuvre, les données sont échangées directement entre l’avion et la station au sol. La liaison LOS est par exemple conforme aux standards FAA DO-362 ou Eurocae WG105.
Le terme BLOS se réfère à toute liaison qui n’est pas une liaison LOS. Ainsi, lorsqu’une liaison BLOS est mise en œuvre, les données sont échangées entre l’avion et la station au sol via un ou plusieurs relais comprenant par exemple un satellite ou un réseau de communication terrestre. On met en œuvre ici deux liaisons BLOS distinctes utilisant chacune un système SATCOM distinct : INMARSAT et IRIDIUM NEXT.
En référence à la figure 2, au cours des phases (de vol) de parking, de roulage jusqu’à la piste de décollage, de décollage, et au début de la phase de montée, la liaison LOS 100 est une liaison de données primaire, utilisée en fonctionnement nominal pour transmettre les données, et la première liaison BLOS 101 est une liaison de données secondaire, utilisée pour redonder la liaison LOS 100 et pour la suppléer en cas de perte de la liaison LOS 100. L’avion 102 et la station au sol 103 communiquent directement grâce à la liaison LOS 100, et indirectement, via un premier système SATCOM 104, grâce à la première liaison BLOS 101.
Au cours de la phase de montée, avant que l’avion 102 n’atteigne la limite de portée de la liaison LOS 100, une commutation est réalisée : la première liaison BLOS 101 devient la liaison de données primaire et la liaison LOS 100 devient la liaison de données secondaire. Alternativement, la deuxième liaison BLOS peut être utilisée comme liaison secondaire.
Puis, en référence à la figure 3, à la fin de la phase de montée et au cours de la phase de croisière, la première liaison BLOS 101 est utilisée comme liaison de données primaire et la deuxième liaison BLOS 106 est utilisée comme liaison de données secondaire (ou inversement). La deuxième liaison BLOS 106 utilise un deuxième système SATCOM 107.
Puis, en référence à la figure 4, au cours de la descente, lorsque l’avion 102 revient dans la limite de portée de la liaison LOS 100, une commutation se produit : la liaison LOS 100 devient la liaison de données primaire et la première liaison BLOS 101 (ou bien la deuxième liaison BLOS) devient la liaison de données secondaire. Cette configuration est maintenue pendant l’atterrissage, le roulage jusqu’au parking et le parking.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte aussi un dispositif de commande de roulage 45 qui comprend un module TAS 46 (pourTaxi Assistance System), un dispositif de guidage 47 pouvant utiliser une ou des caméras et effectuer des traitements d’image, et un dispositif d’anticollision 48 mettant en œuvre par exemple un radar mais aussi, potentiellement, un dispositif d’imagerie par caméras (jour, LWIR).
Le dispositif de commande de roulage 45 est connecté uniquement au bus principal 25.
Le dispositif de commande de roulage 45 est apte à produire une consigne de pilotage de l’avion au sol. Le dispositif de commande de roulage 45 est apte à commander le freinage de l’avion en cas d’incapacité du pilote à bord avant que l’avion n’atteigne la vitesse déterminée V1 au décollage (voir plus tôt dans cette description), et permet aussi de maintenir l’axe de piste dans ces conditions. Le dispositif de commande de roulage pourrait aussi réaliser le taxiage à la place du pilote.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte de plus un dispositif d’alimentation 49 comprenant une alimentation sans interruption. Le dispositif d’alimentation 49 est un dispositif autonome et indépendant, qui alimente le système de pilotage alternatif 1 même en cas de panne impactant les systèmes de génération de puissance de l’avion. Le dispositif d’alimentation 49 est relié aux autres dispositifs du système de pilotage alternatif 1 par des bus de puissance indépendants.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte aussi un dispositif de surveillance de l’avion 50.
Le dispositif de surveillance de l’avion 50 comprend un écran positionné dans le cockpit.
Le dispositif de surveillance de l’avion 50 est connecté au bus principal 25.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte en outre un dispositif de surveillance du pilote 51. Le dispositif de surveillance du pilote 51 est utilisé pour détecter que l’avion se trouve dans la situation d’urgence correspondant à une défaillance du pilote à bord.
Le dispositif de surveillance du pilote 51 comprend une caméra qui acquiert des images du visage, et en particulier des yeux du pilote à bord.
Le dispositif de surveillance du pilote 51 comprend aussi un système de détection capable de détecter, en moins de 2 secondes, une incapacité pilote, grâce à des capteurs biométriques et des capteurs spécifiques. Le système de détection demande au pilote de réaliser une action continue et délibérée pendant certaines phases, notamment au cours d’un décollage, pendant un atterrissage manuel, et éventuellement au cours du taxiage de l’avion (une incursion de piste pouvant être catastrophique). Les capteurs spécifiques utilisés à cet effet par le système de détection peuvent être des poussoirs disposés sur le manche et la manette des gaz et devant être écrasés durant le décollage, ou bien des capteurs optiques permettant de vérifier que le pilote à bord a bien les mains sur les commandes.
Le dispositif de surveillance du pilote 51 est connecté au bus principal 25.
Le système de pilotage alternatif 1 comporte aussi un copilote virtuel 52. Le copilote virtuel 52 a pour but d’anticiper des situations à risque et d’avertir le pilote à bord dans le cas où de telles situations sont susceptibles de se produire. Le copilote virtuel 52 a aussi (et surtout) pour but de procéder à des vérifications croisées entre des données et des actions critiques, et aussi de réaliser des tâches de façon automatique, de façon à maintenir une charge acceptable au pilote à bord à la fois lorsque l’avion est dans un état normal et lorsqu’une situation d’urgence survient. Il dispose aussi d’une interface vocale avec le pilote à bord, et d’une interface visuelle. Il génère également des messages audio. Il est composé d’une partie machine d’état, d’un module de traitement, et d’une partie d’Interface Homme-Machine (IHM).
Le copilote virtuel 52 est connecté au bus principal 25.
Le copilote virtuel 52 comporte un système d’assistance vocale.
Le système d’assistance vocale permet au pilote à bord d’interagir vocalement et d’échanger des informations avec les différents systèmes de l’avion. Le système d’assistance vocale est en particulier relié au dispositif d’acquisition et d’analyse 30 qui joue le rôle d’interface avec ces différents systèmes.
L’interaction vocale se fait dans les deux sens. Les ordres du pilote à bord sont pris en compte par le système d’assistance vocale. Le système d’assistance vocale transmet des informations au pilote à bord : lecture deschecklistset proposition d’actions en fonction des procédures prédéfinies.
Le système d’assistance vocale permet aussi de vérifier les actions réalisées par le pilote à bord et d’alerter le pilote à bord en cas d’erreur.
Le système d’assistance vocale assiste donc le pilote à bord de la même manière qu’un copilote humain. Le pilote à bord peut ainsi piloter l’avion tout en étant assisté voire suppléé pour activer des systèmes, pour suivre les procédures prédéfinies, etc.
Le système d’assistance vocale peut aussi, à la demande du pilote à bord, gérer les fréquences utilisées lorsque le pilote à bord communique avec le contrôle du trafic aérien.
Le système d’assistance vocale peut être actif en permanence, ou bien être activé par une fonction d’activation. La fonction d’activation est alors en veille active permanente.
La fonction d’activation active le système d’assistance vocale suite à la réception d’un mot clé prononcé par le pilote à bord, ou suite à une autre action d’activation réalisée par le pilote à bord, par exemple un appui sur un bouton poussoir.
La fonction d’activation peut aussi activer le système d’assistance vocale spontanément, sans sollicitation du pilote à bord, par exemple en cas de message de l’ECAM (pourElectronic Centralized Aircraft Monitoring), en cas de détection d’une erreur commise par le pilote à bord, ou bien en cas d’automatisation de procédure (confirmation de l’état d’une fonction automatisée).
Le système d’assistance vocale comprend un microphone pilote couplé à un dispositif de reconnaissance vocale.
Le microphone pilote acquiert les ordres émis vocalement par le pilote à bord et produit un signal audio analogique.
Le dispositif de reconnaissance vocale convertit alors le signal audio analogique en un texte numérique. Le dispositif de reconnaissance vocale repère dans le texte numérique le mot clé évoqué plus tôt. Le texte numérique est lui-même converti en une commande système, dans un format et un standard adaptés, à destination des systèmes de l’avion.
Le système d’assistance vocale comprend un ou plusieurs haut-parleurs et un ou plusieurs casques audio positionnés dans le cockpit. Le système d’assistance vocale peut ainsi produire des messages audio à destination du pilote à bord.
Le système d’assistance vocale interagit avec un module de traitement, qui est intégré dans le dispositif d’acquisition et d’analyse 30.
Le module de traitement met en œuvre une fonction de routeur qui transfère la commande système au système et à l’équipement concerné. La fonction de routeur permet aussi de récupérer des informations utiles pour la connaissance de l’état et de l’environnement des systèmes avion.
Le module de traitement analyse l’environnement des systèmes embarqués et permet de prendre en compte la lecture de procédures ECAM.
Le module de traitement acquiert et analyse des retours sur l’état des systèmes de l’avion et des fonctions automatisées.
Le module de traitement peut aussi effectuer des actions pour réagir à la détection d’une erreur produite par le pilote à bord ou bien d’une action non conforme.
Le module de traitement réalise des vérifications croisées des actions du pilote à bord avec les procédures prédéfinies, et vérifie notamment les collationnements.
Par exemple, si le pilote à bord déclare le collationnement suivant à destination du contrôle du trafic aérien : « Reçu, je monte FL 360 », et que le pilote à bord rentre et valide l’ordre « FL 370 », le système d’assistance vocale annonce « Attention FL entré non conforme au FL 360 collationné ».
Le système d’assistance vocal peut comprendre aussi un microphone d’ambiance associé à un dispositif de prise en compte de l’environnement audio. Le dispositif de prise en compte de l’environnement audio permet de ne pas communiquer d’informations de second niveau lors de messages au contrôle du trafic aérien, et de réduire le bruitage d’ambiance des commandes vocales pilote.
Le système d’assistance vocale met aussi en œuvre une fonction d’évaluation de stress.
La fonction d’évaluation de stress permet d’évaluer un niveau de stress du pilote à bord et, si ce niveau de stress est trop important, de détecter une incapacité du pilote à bord. Ici, par « stress », on entend tout type de trouble psychologique susceptible de réduire les capacités du pilote à bord.
La fonction d’évaluation de stress utilise le dispositif de reconnaissance vocale qui vient d’être évoqué. La fonction d’évaluation de stress utilise aussi un dispositif d’analyse de voix, une base de données personnelles de voix, une base de questions-réponses, un dispositif d’analyse d’état psychologique et une base de configuration audio.
Le système d’assistance vocale peut par ailleurs être couplé avec un capteur vidéo du système 51 pour améliorer l’évaluation du stress.
La base de données personnelles de voix comprend des enregistrements de la voix du pilote à bord, qui ont été réalisés par ce même pilote à bord avant le vol, par exemple au moment où le pilote à bord a été embauché par la compagnie aérienne qui exploite l’avion.
Le système d’assistance vocale évalue le niveau de stress du pilote à bord de la manière suivante.
La fonction d’évaluation de stress est activée avant chaque décollage, de manière à jauger l’état du pilote à bord et à recaler la reconnaissance vocale par rapport à la voix du pilote à bord, typiquement dans le cas où le pilote à bord est enrhumé ou enroué.
Le système d’assistance vocale pose au pilote un premier jeu de questions contenues dans la base de questions-réponses.
Le dispositif de reconnaissance vocale acquiert les premières réponses du pilote et les convertit dans un format lisible par le dispositif d’analyse de voix.
Le dispositif d’analyse de voix compare l’intonation de la voix du pilote par rapport aux voix contenues dans la base de données personnelles de voix, et le contenu des premières réponses par rapport aux réponses contenues dans la base de questions-réponses.
Le dispositif d’analyse d’état psychologique produit à partir de ces premières réponses un premier niveau de stress. Le premier niveau de stress est utilisé pour définir le besoin éventuel de poser d’autres questions, ainsi que le type de questions, de manière à affiner l’évaluation du stress du pilote à bord. Le premier niveau de stress permet aussi de déterminer la meilleure configuration possible pour le système d’assistance vocale afin d’optimiser les interactions avec le pilote à bord et de ramener le niveau de stress du pilote à bord à un niveau acceptable, si cela est possible.
On met ainsi en œuvre un processus itératif de détermination du niveau de stress.
En cas d’impossibilité de ramener le niveau de stress à un niveau acceptable, le système d’assistance vocale génère une alerte qui est communiquée en temps réel aux acteurs au sol (superviseur au sol, pilote au sol).
Les résultats de la fonction d’évaluation de stress peuvent aussi être analysés à l’issue du vol.
La base de configuration audio permet d’adapter le comportement du système d’assistance vocale. La base de configuration audio permet de changer la voix utilisée par le système d’assistance vocale : voix d’homme, voix de femme, voix grave, voie aigüe, prononciation ferme ou rassurante. La base de configuration audio permet de modifier la fréquence de diffusion des messages, qui est plus ou moins soutenue. La base de configuration audio permet aussi de produire des messages avec une intonation particulière, avec de l’humour, des messages bienveillants, des messages rassurants, des messages personnels forts, etc.
L’utilisation du système d’assistance vocale est très avantageuse. Le système d’assistance vocale permet d’évaluer le stress du pilote à bord sans utiliser de capteurs de type capteur biométrique, capteur de température, cardiogramme, encéphalogramme, etc.
L’utilisation de ces capteurs peut être problématique, car ils sont susceptibles de générer de l’anxiété pour le pilote à bord qui peut se sentir épié.
De tels capteurs doivent en outre être connectés à un système central qui analyse les données produites par les capteurs. La connexion est réalisée au moyen de fils, qui sont susceptibles de gêner les mouvements du pilote à bord, ou bien d’ondes radio, qui risquent de produire des perturbations électromagnétiques pouvant dégrader le fonctionnement des systèmes avion.
L’avion comporte aussi des moyens de détection pour détecter un pilote à bord malveillant susceptible de réaliser un acte malveillant.
Le caractère malveillant du pilote à bord peut être détecté grâce à une analyse de la trajectoire de l’avion.
La position présente ou future de l’avion peut être comparée avec les coordonnées incluses dans la base de données recensant les zones interdites prédéfinies. Lorsque l’avion pénètre ou est sur le point de pénétrer dans une zone interdite, on détecte un acte malveillant du pilote à bord (ou, tout au moins, un indice d’un acte malveillant, ledit indice devant être confirmé). Le dispositif de pilotage 26 peut à la fois réaliser la prédiction de la trajectoire et réaliser la détection du caractère malveillant du pilote à bord grâce à la fonction d’interdiction géographique (geofencing).
Le caractère malveillant du pilote à bord peut aussi être détecté suite à la détection d’une attitude de vol anormale de l’aéronef. Le dispositif de pilotage 26 peut, une fois encore, réaliser cette détection.
Le caractère malveillant du pilote à bord peut aussi être détecté depuis la station sol, au travers d’un échange vocal avec le pilote à bord. Le système d’assistance vocale qui a été décrit plus tôt peut être utilisé.
L’échange vocal peut être utilisé non pas pour détecter mais uniquement pour confirmer, depuis le sol, le caractère malveillant du pilote à bord, suite à une détection du caractère malveillant utilisant la trajectoire de l’avion.
Lorsque le caractère malveillant du pilote à bord est confirmé (a priori par le sol, c’est-à-dire par le superviseur au sol ou par le pilote au sol), des actions de maîtrise de l’avion sont mises en œuvre.
Toutes les commandes du cockpit pouvant affecter le pilotage de l’avion, directement ou indirectement (par exemple via leFlight Control Unit ou via leFlight Plan), sont inhibées.
Les pompes des circuits hydrauliques peuvent être désactivées : les commandes mécaniques de secours permettent en effet d’activer les actionneurs hydrauliques de certaines surfaces de vol (dont la gouverne de profondeur). En parallèle, des commandes électriques sont envoyées aux actionneurs afin de faire chuter la pression le plus rapidement possible.
Le système de pilotage alternatif 1 ou bien le pilote au sol prend alors le contrôle de l’avion pour le mettre sur une trajectoire évitant les zones interdites prédéfinies et pour conduire l’avion vers une zone adéquate, de manière à mettre fin à l’évènement « pilote malveillant ».
Le code transpondeur est modifié, de sorte que le contrôle du trafic aérien soit informé que le pilote à bord est malveillant.
La nouvelle trajectoire de l’avion est alors soit fournie par le sol via les liaisons de données du système C2, soit fournie par le dispositif de pilotage 26 en étant basée sur une base de données cartographique des densités de population et des zones sensibles.
Le système de pilotage alternatif 1 est capable de piloter l’avion uniquement avec les moteurs.
Afin de permettre la réalisation de ces actions, on prévoit que le décollage de l’avion avec un unique pilote à bord n’est possible que si les systèmes impliqués dans la détection et la prévention du caractère malveillant du pilote à bord sont tous fonctionnels.
Un certain nombre de contraintes d’installation sont nécessaires pour détecter le caractère malveillant du pilote à bord et pour mettre en œuvre les actions de maîtrise de l’avion.
Les systèmes nécessaires à la détection et à la réalisation de ces actions sont alimentés par un réseau de puissance de secours (comprenant par exemple une batterie de secours), installé hors d’atteinte du pilote à bord.
Lorsque le pilote n’est pas malveillant, ces systèmes sont alimentés par un réseau de puissance classique.
L’alimentation commute automatiquement sur le réseau de puissance de secours en cas de perte du réseau de puissance classique (si ces systèmes ne sont pas déjà alimentés par le réseau de puissance de secours).
Les équipements composant ces systèmes, ainsi que les disjoncteurs des circuits d’alimentation, sont installés hors d’atteinte du pilote à bord.
Les circuits d’alimentation des systèmes existants nécessaires aux mesures de détection sont modifiés de sorte que les disjoncteurs sont hors d’atteinte du pilote à bord.
Lorsque le caractère malveillant du pilote à bord est confirmé, des actions de maîtrise du pilote à bord sont réalisées.
Le pilote à bord malveillant peut être maîtrisé par l’emploi d’un gaz formant un brouillard de façon à bloquer son champ de vision. Le pilote à bord malveillant peut être maîtrisé par l’emploi d’un gaz incapacitant (cette mesure peut cependant être facilement contournée en amont si le pilote à bord a mis son masque à oxygène). Le pilote à bord malveillant peut être maîtrisé par le déclenchement d’un signal sonore.
On décrit maintenant plus en détail, en référence aux figures 5 à 7, le procédé de pilotage selon l’invention.
De nouveaux acteurs interviennent dans le pilotage de l’avion. Ces nouveaux acteurs comprennent un superviseur au sol et un pilote au sol.
L’avion est susceptible d’être piloté par un unique pilote au sol, qui est positionné dans une station au sol.
Le superviseur au sol, quant à lui, supervise les vols d’une pluralité d’avions. Le superviseur au sol peut se trouver, mais pas nécessairement, dans la même station au sol que le pilote au sol.
En référence à la figure 5, lorsque l’avion 200 se trouve dans un état normal, la situation de pilotage est une situation normale : l’avion 200 est piloté par un équipage nominal comprenant l’unique pilote à bord 201, le système de pilotage alternatif 1 et le système de pilotage automatique 6. Le pilote à bord 201 communique aussi avec le contrôle de trafic aérien 204.
Le système de pilotage alternatif 1 est en interaction à la fois avec le pilote à bord 201 et avec les systèmes de l’avion. Le système de pilotage alternatif 1, grâce notamment au copilote virtuel 202, remplace le copilote humain.
Les échanges directs entre le pilote à bord 201 et le système de pilotage alternatif 1 sont privilégiés pour accroître la réactivité dans la prise en compte des informations échangées.
Les échanges entre le pilote à bord 201 et le système de pilotage alternatif 1 sont bornés et normés en fonction de la phase de vol courante et de l’état de l’avion. En particulier, le système de pilotage alternatif 1 n’exécute un ordre du pilote à bord 201 que si cet ordre appartient à une liste admissible qui dépend de la phase de vol courante et de l’état de l’avion.
On note aussi que les actions du pilote à bord 201 sur les systèmes de l’avion 200 sont automatisées autant que possible. Le pilote à bord 201 valide toutes les action critiques en réalisant un collationnement de l’état d’activation sur les actions non critiques.
Lorsque le pilote à bord 201 émet un ordre à destination du système de pilotage alternatif 1 via le copilote virtuel 52, on fait reformuler l’ordre par le copilote virtuel 52 pour assurer que le bon ordre est pris en compte.
Lorsque l’avion 200 se trouve dans l’état normal, le pilote au sol n’est pas opérationnel. Un pilote au sol non opérationnel est déchargé de toute action de pilotage, mais il peut éventuellement réaliser une action de surveillance de certains paramètres de l’avion ou du vol.
Le superviseur au sol 206 peut lui aussi intervenir pour réaliser une action de surveillance.
Au cours d’un vol, il se peut qu’une situation d’urgence particulière survienne, qui est susceptible d’affecter le fonctionnement de l’avion 200.
La situation d’urgence particulière appartient à la liste prédéfinie de situations d’urgence qui a été vue plus tôt et qui comprend notamment une incapacité du pilote à bord, un acte malveillant du pilote à bord et une panne d’un moteur.
La survenue de cette situation d’urgence particulière est détectée par les moyens de détection. Les moyens de détection comprennent le système d’assistance vocale du système de pilotage alternatif 1, qui permet de détecter un niveau de stress du pilote à bord et donc une incapacité du pilote à bord. Les moyens de détection comprennent aussi le dispositif de pilotage 26 du système de pilotage alternatif 1, qui est capable de détecter le caractère malveillant du pilote en analysant la trajectoire et la position de l’avion.
Les moyens de détection comprennent aussi le dispositif de surveillance de l’avion 50 et le dispositif de surveillance du pilote 51 du système de pilotage alternatif 1.
Les moyens de détection comprennent en outre les systèmes de surveillances d’origine de l’avion, qui détectent une panne quelconque de l’avion, et notamment une panne d’un moteur.
En référence à la figure 6, lorsque la survenue de la situation d’urgence particulière est détectée, cette information est transmise au superviseur au sol 206 via la liaison de données du système C2. La situation de pilotage est alors une situation transitoire. En fonction de la situation d’urgence particulière, le pilote à bord 201 est éventuellement complètement déchargé de toute action de pilotage.
Le superviseur au sol 206 rend opérationnel le pilote au sol 207 : le superviseur au sol 206 informe le pilote au sol 207 de la situation et lui donne la possibilité de prendre en charge au moins partiellement le pilotage de l’avion 200.
En référence à la figure 7, l’avion 200 se trouve dans un état anormal. La situation de pilotage est une situation anormale. L’avion 200 est piloté par un équipage alternatif comprenant le système de pilotage alternatif 1, le système de pilotage automatique 6 et le pilote au sol 207.
Le pilote au sol 207 peut produire une consigne de pilotage au sol de l’avion. La consigne de pilotage au sol est transmise à l’avion 200 par les liaisons de données du système C2.
La consigne de pilotage au sol est alors acquise par le système de pilotage alternatif 1. Le dispositif d’acquisition et d’analyse 30 choisit une consigne de pilotage sélectionnée parmi une consigne de pilotage manuelle produite par le pilote à bord, une consigne de pilotage automatique produite par le système de pilotage automatique, la consigne de pilotage au sol produite par le pilote au sol, et la consigne de pilotage alternative produite par le dispositif de pilotage 26. Le dispositif d’interface 34 transmet la consigne de pilotage sélectionnée au système de commandes de vol de l’aéronef.
En référence à la figure 8, on illustre ce qui vient d’être dit grâce à une séquence d’actions mises en œuvre par l’équipage nominal. Cette séquence d’actions se produit au cours d’une phase de décollage (qui comprend d’autres actions ayant lieu avant et après ladite séquence d’actions).
Au cours de cette séquence d’actions, le contrôle du trafic aérien surveille le décollage (étape 300).
Le pilote à bord vérifie que des actions listées dans une checklistsont bien toutes effectuées (étape 301). Le système de pilotage alternatif 1 vérifie aussi cettechecklist(étape 302)
Le pilote à bord annonce « décollage » (étape 303). Le système de pilotage alternatif 1 change le statut de l’avion qui devient « T/O » et transmet cette information au superviseur au sol (étape 304).
Le pilote à bord agit sur la manette de gaz pour régler la poussée (étape 305). Le copilote virtuel 52 du système de pilotage alternatif 1 annonce au pilote le changement de statut de l’avion (étape 306) et transmet cette information au superviseur au sol (étape 307).
Le superviseur au sol surveille le changement de statut et le valide (étape 308).
Le pilote à bord libère les freins de l’avion (étape 309). Le système de pilotage alternatif 1 démarre un chronomètre (étape 310).
Le pilote met la manette des gaz sur TOGA (étape 311). Le système de pilotage alternatif 1 vérifie le FMA (pourFlight Mode Annunciator). Le copilote virtuel 52 annonce « vérifié » (étape 312).
Le pilote à bord annonce l’indication sur le FMA (étape 313). Le système de pilotage alternatif 1 vérifie la poussée des réacteurs (étape 314). Le copilote virtuel 52 annonce que la vitesse de 100 nœuds est atteinte (étape 315). Le copilote virtuel 52 annonce que la vitesse V1 est atteinte (étape 316).
En référence aux figures 9 et 10, on illustre ce qui vient d’être dit grâce à une séquence d’actions mises en œuvre cette fois par l’équipage alternatif. Cette séquence d’actions se produit au cours d’une phase de décollage, après que l’avion ait dépassé la vitesse V1, alors qu’une incapacité du pilote à bord se produit (étape 320). Le système de pilotage alternatif 1 et les autres systèmes surveillent l’activité du pilote à bord (étape 321), et détectent l’incapacité du pilote à bord (étape 322).
Le pilote à bord est déchargé de toute action de pilotage.
Le copilote virtuel 52 prévient le superviseur au sol qui rend opérationnel le pilote au sol. Le pilote au sol évalue la situation (étape 323).
Le système de pilotage alternatif 1 maintient l’avion au décollage (étape 324), et active l’autodécollage jusqu’à 100 pieds environ (étape 325), puis c’est le système de pilotage automatique 6 qui prend le relais. Le pilote au sol surveille l’autodécollage et se prépare à prendre le contrôle de l’avion (étape 326). Le pilote au sol contacte le contrôle du trafic aérien (étape 327). Le pilote au sol prend le contrôle de l’avion (étape 328). Le copilote virtuel s’assure que l’avion vole à une altitude de sécurité (étape 329). Le copilote virtuel prépare la mise en œuvre d’un atterrissage automatique (étape 330). Le pilote au sol produit la consigne de pilotage au sol pour que l’avion réalise cet atterrissage (étape 331). Le pilote au sol contacte le contrôle du trafic aérien (étape 332) qui envoie une assistance médicale pour s’occuper du pilote à bord (étape 333).
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
L’invention s’applique à tout type d’aéronef, et particulièrement aux aéronefs dans lesquels un unique pilote est susceptible de se trouver: avion de transport de marchandises piloté par un seul pilote, avion de transport de passagers piloté par un seul pilote, taxi urbain piloté, etc.

Claims (9)

  1. Procédé de pilotage d’un aéronef préexistant, l’aéronef préexistant comportant des systèmes d’origine comprenant un système de pilotage automatique (6) et un système de commandes de vol, le procédé de pilotage comprenant les étapes de :
    - intégrer dans l’aéronef préexistant un système de pilotage alternatif (1) ;
    - connecter, par un système de commande et de contrôle (système C2), l’aéronef (200) et une station au sol dans laquelle est positionné un pilote au sol (207) ;
    - lorsque l’aéronef se trouve dans un état normal, faire piloter l’aéronef par un équipage nominal comprenant un unique pilote à bord de l’aéronef (201), le système de pilotage alternatif (1) et le système de pilotage automatique (203), qui sont intégrés dans l’aéronef ;
    - utiliser des moyens de détection pour détecter la survenue d’une situation d’urgence particulière susceptible d’affecter le fonctionnement de l’aéronef et, lorsque la survenue de la situation d’urgence particulière est détectée :
    - rendre opérationnel le pilote au sol (207), de sorte que le pilote au sol puisse produire une consigne de pilotage au sol de l’aéronef ;
    - transmettre la consigne de pilotage au sol à l’aéronef en utilisant une liaison de données (100, 101, 106) du système C2 ;
    - utiliser le système de pilotage alternatif pour acquérir et transmettre la consigne de pilotage au sol au système de commandes de vol de l’aéronef, de sorte que l’aéronef soit piloté par un équipage alternatif comprenant le système de pilotage alternatif, le système de pilotage automatique et le pilote au sol.
  2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel le pilote au sol (207) est rendu opérationnel par un superviseur au sol (206) qui est en charge de superviser une pluralité d’aéronefs.
  3. Procédé de pilotage selon la revendication 2, comprenant l’étape d’informer le superviseur au sol (206) de la survenue de la situation d’urgence particulière en utilisant la ou les liaisons de données du système C2.
  4. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une liaison de données primaire et une liaison de données secondaire du système C2 sont utilisées, la liaison de données secondaire permettant de redonder la liaison de données primaire et de suppléer la liaison de données primaire en cas de perte de celle-ci.
  5. Procédé de pilotage selon la revendication 4, dans lequel, en fonction de la phase de vol courante de l’aéronef, la liaison de données primaire est une liaisonLOS(100) et la liaison de données secondaire est une liaisonBLOS(101), ou bien la liaison de données primaire est une liaisonBLOS(101) et la liaison de données secondaire est une liaisonLOS(100), ou bien la liaison de données primaire est une première liaisonBLOS(101) et la liaison de données secondaire est une deuxième liaisonBLOS(106).
  6. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la situation d’urgence particulière appartient à une liste prédéfinie de situations d’urgence, qui comprend une incapacité du pilote à bord, un risque d’acte malveillant du pilote à bord et une panne d’un moteur.
  7. Procédé de pilotage selon la revendication 6, dans lequel les moyens de détection comprennent un système d’assistance vocale utilisé pour détecter un niveau de stress du pilote à bord pouvant indiquer un état du pilote à bord incompatible avec la bonne conduite d’un vol.
  8. Procédé de pilotage selon la revendication 6, dans lequel les moyens de détection analysent une trajectoire de l’aéronef pour détecter un risque d’acte malveillant du pilote à bord.
  9. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, comportant les étapes, mises en œuvre par le système de pilotage alternatif, de définir une consigne de pilotage sélectionnée parmi une consigne de pilotage manuelle produite par le pilote à bord, une consigne de pilotage automatique produite par le système de pilotage automatique, la consigne de pilotage au sol produite par le pilote au sol, et une consigne de pilotage alternative produite par le système de pilotage alternatif, et de transmettre la consigne de pilotage sélectionnée au système de commandes de vol de l’aéronef.
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