WO2004102296A1 - Systeme de protection automatique du vol pour aeronef - Google Patents

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WO2004102296A1
WO2004102296A1 PCT/EP2004/050646 EP2004050646W WO2004102296A1 WO 2004102296 A1 WO2004102296 A1 WO 2004102296A1 EP 2004050646 W EP2004050646 W EP 2004050646W WO 2004102296 A1 WO2004102296 A1 WO 2004102296A1
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WO
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ground
aircraft
flight
equipment
protection
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/050646
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Jérôme Sacle
Cyril Therrat
Hugues Meunier
Alain Coupier
Original Assignee
Thales
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Priority to US10/556,789 priority patent/US20070050101A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/0015—Devices specially adapted for the protection against criminal attack, e.g. anti-hijacking systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/0015—Devices specially adapted for the protection against criminal attack, e.g. anti-hijacking systems
    • B64D45/0031—Devices specially adapted for the protection against criminal attack, e.g. anti-hijacking systems means for overriding or restricting access to flight controls
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
    • G08G5/006—Navigation or guidance aids for a single aircraft in accordance with predefined flight zones, e.g. to avoid prohibited zones
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04—Anti-collision systems
    • G08G5/045—Navigation or guidance aids, e.g. determination of anti-collision manoeuvers

Definitions

  • the present invention relates to flight safety both for the occupants of an aircraft and for the inhabitants of the overflown areas.
  • TCAS aircraft anti-collision equipment
  • TAWS anti-collision equipment on the ground
  • the object of the present invention is an automatic flight protection system for aircraft taking into account the untimely actions of the crew.
  • It relates to an automatic flight protection system for an aircraft equipped with a positioning system, remarkable in that it includes a database, accessible from the aircraft, listing prohibited entry areas and anti-penetration equipment in the prohibited area assimilating the risks of entry into the prohibited area with the detection of intrusions from the prohibited entry areas modeled at from the elements of the prohibited areas database, inside at least one flight safety protection envelope constructed around a position deduced from the current position of the aircraft provided by the positioning system and taking automatically control the aircraft in the event of an intrusion into a prohibited area entering the flight safety protection envelope.
  • the anti-penetration equipment in the prohibited zone makes it follow an avoidance trajectory from the prohibited zone of penetration.
  • the anti-penetration equipment in the prohibited zone returns it to the crew of the aircraft as soon as it no longer detects the intrusion of a prohibited zone of penetration. in the flight safety protection envelope
  • the automatic theft protection system includes anti-penetration equipment in the prohibited area, constructing in addition to the flight security protection envelope, a penetration alert protection envelope, more extensive than the protection envelope. flight safety system and an alert generator intended for the crew of the aircraft activated in the event of the intrusion of a prohibited entry area into this entry warning protection envelope.
  • the automatic theft protection system includes a database storing a representation of the relief or of an envelope of the relief, and terrain collision avoidance equipment assimilating the risks of collision with the ground or of obstacles on the ground, with the detection of ground intrusions or ground obstacles modeled from the representation of the relief or of a relief envelope stored in the database, inside at least one ground protection envelope constructed around a position deduced from the current position of the aircraft provided by the positioning system and alerting the crew of a risk of ground collision in the event of detection of a ground intrusion or a ground obstacle in the protective envelope ground.
  • the automatic theft protection system includes a database storing a representation of the relief or of an envelope of the relief, and terrain collision avoidance equipment assimilating the risks of collision with the ground or of obstacles on the ground, with the detection of
  • ground intrusions or ground obstacles modeled from the representation of the relief or of a relief envelope stored in the database inside at least one ground protection envelope constructed around a position deduced from the current position of the aircraft provided by the positioning system, alerting the crew of a risk of ground collision in the event of detection of an intrusion of the so
  • the automatic flight protection system comprises terrain collision avoidance equipment, building in addition to the ground protection envelope, a ground collision pre-alert protection envelope, more extensive than the ground safety protection envelope and alerting the crew of the need to modify the flight plan in the event of ground intrusion or an obstacle on the ground in this ground collision pre-alert protection envelope.
  • the automatic theft protection system o comprises anti-penetration equipment in the forbidden zone and anti-collision equipment in the field having common protective envelopes.
  • the automatic theft protection system includes anti-penetration equipment in the prohibited area and ground a ⁇ ticollision equipment having identical flight safety protection and 5 ground safety envelopes.
  • the automatic theft protection system comprises anti-penetration equipment in the prohibited area and ground a ⁇ ticollision equipment having identical flight safety protection and ground protection envelopes and penetration alert and 0 pre- identical ground collision alert.
  • the automatic theft protection system comprises an anti-penetration equipment in a prohibited area constructing, in addition to the flight security protection envelope, a penetration alert protection envelope, a terrain collision avoidance equipment 5 constructing an envelope ground protection and a pre-alert envelope of ground collision, and an alert generator intended for the crew of the aircraft generating several kinds of alarms including:
  • the automatic flight protection system comprises air traffic control alert equipment by which it notifies air traffic control of any automatic takeover of the aircraft.
  • the automatic flight protection system includes reinforced standby equipment which can be actuated by the aircraft crew and / or ground personnel and which causes the protection volumes of the anti-penetration equipment to be extended in the zone. prohibited.
  • the automatic flight protection system includes deactivation equipment inhibiting the function of automatically taking control of the aircraft in the event of a major failure of the flight equipment of the aircraft or in the final landing maneuver.
  • the anti-penetration equipment in the prohibited zone acts at the level of the flight controls of the aircraft.
  • the anti-penetration equipment in prohibited areas implements protection volumes, the extent of which depends on the speed of the aircraft.
  • FIG. 1 is a block diagram of a flight system allowing the piloting of an aerodyne and including an automatic flight protection system according to the invention
  • - Figures 2 to 4 show examples of implementation of an automatic flight protection system according to the invention, in the architectures of the flight systems of different transport aircraft
  • - Figures 5 to 13 give examples avoidance trajectory models applicable, depending on the current situation, by an automatic flight protection system according to the invention.
  • a first generation of on-board ground proximity alert equipment now widely used in civil transport airline aircraft, consists of equipment called GPWS (acronym for the English expression: "Ground Proximity Warning System ”) which monitors the height of the aircraft above the ground measured by a radio altimeter and compares it with the vertical speed of descent of the aircraft measured explicitly or deduced from previous measurements of height above the ground in taking into account various possible situations such as approach, landing, take-off, etc., to trigger audible and / or visual alerts in the cockpit in the event of detection of a tendency towards dangerous approach to the ground.
  • GPWS National Land Proximity Warning System
  • This FLTA function is to provide the crew with pre-alerts and alerts whenever the foreseeable short-term trajectory of the aircraft encounters terrain and / or an obstacle on the ground so that a maneuver can be carried out. avoidance is engaged. It consists in determining the trajectory of the aircraft predictable in the short term from information provided by the navigation equipment of the aircraft and possibly an aircraft performance database, to delimit, around the position of the aircraft and of its foreseeable trajectory, at least 5 two protection volumes taking into account the lateral and vertical maneuvering capabilities of the aircraft and the crew's reaction times, the largest intended for pre-alarms giving the crew sufficient time to develop an avoidance trajectory, the other, the smallest, for alarms informing the crew of the need for an immediate change of 0 trajectory, and to generate a pre-alarm or an alarm on each intrusion , in the protection volume concerned, of the overflown relief modeled from a topographic representation extracted from a terrain database, an alarm that could give rise to a maneuver a automatic avoidance carried out under the control of the crew.
  • the various GPWS or TAWS / GCAS on-board equipment deal with the risk of collision between an aircraft and the terrain or an artificial obstacle resulting from unintentional improper navigation originating from an error in the aircraft's navigation system or base. field data if the latter relies on such a base or the crew itself. On the other hand, they are of no help to avoid the intentional crashes of an aircraft on the relief or an artificial obstacle following a malicious act committed by a person on board the aircraft that this one is a passenger or a member of the crew because they will be voluntarily deactivated.
  • a security system protecting against the risk of collision with terrain or an artificial obstacle must be autonomous and not deactivatable by the crew, in the same way as systems automatic limitation of the range of deflection of the control surfaces and flaps, and adjustment of the thrust of the motors.
  • FIG. 1 shows an example of a flight system including an autonomous and non-deactivable security system protecting the risks of entering prohibited areas and therefore of intentional collision with natural (relief) or artificial obstacles on the ground (pylons, antennas, buildings, etc.).
  • An aircraft is piloted by playing on the orientations of mobile surfaces (control surfaces, flaps, etc.) and on the speed of the engine or engines. To this end, it comprises, as shown, actuators 10 orienting its control surfaces and flaps, and actuators 11 adjusting the thrust of its motors. These actuators 10 and 11 receive position setpoints developed by so-called flight control equipment 12, so as to maintain the aircraft in a given attitude, prescribed by the pilot or by an automatic pilot / flight director 20.
  • the equipment flight controls 12 constitute with the actuators 10, 11 a first level of equipment which is distinguished from the other levels by the fact that they are essential intermediaries for the pilot to act on the control surfaces, flaps and motors.
  • the autopilot / flight director 20 makes the pilot's task easier by automating the monitoring of heading, altitude, speed, etc. instructions. according to two modes: a mode known as “automatic pilot” where it acts directly on flight controls 12 and a mode known as “flight director” where it indicates to the pilot, via EFIS 40 display screens (the acronym EFIS being the acronym of the English expression: "Electronic Flight Instrument System”), the orders to be given to flight controls 12 for the follow-up of a set point. It constitutes a second level of equipment which is distinguished from the first by the fact that the pilot can do without it.
  • the automatic pilot / flight director 20 is often supplemented by a flight management computer FMS 30 (the acronym FMS being the acronym of the English expression "Flight Management System ”) automating the tasks of developing and monitoring a flight plan and constituting a third level of equipment by the fact that it intervenes in the piloting of the aircraft only through the automatic pilot / director of vol 20.
  • FMS 30 the acronym FMS being the acronym of the English expression "Flight Management System ” automating the tasks of developing and monitoring a flight plan and constituting a third level of equipment by the fact that it intervenes in the piloting of the aircraft only through the automatic pilot / director of vol 20.
  • the pilot acts on the flight controls via joysticks or pedals (joystick, spreader, joysticks, etc.) and controls the autopilot / flight director 20 and the FMS flight computer 30 via two interfaces man-machine one 41 known as MCP (the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression “Module Control Panel”) or FCU (the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression: “Flight Control Unit”) and the other known as MCDU 42 (the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression “Multipurpose Control Display Unit”) .
  • MCP man-machine one 41 known as MCP (the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression "Module Control Panel”) or FCU (the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression: “Flight Control Unit”)
  • MCDU 42 the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression "Multipurpose Control Display Unit”
  • the MCP 41 interface generally consists of a panel fitted with buttons, indicators and displays, and placed in a strip at the base of the windshield of the cockpit.
  • the MCDU 42 interface is a console keyboard and screen generally placed on the central armrest of a cockpit with two cockpit side by side. It favors finesse of control and is shared between the automatic pilot / flight director 20, the flight management computer 30 and, more generally, all on-board equipment requiring configuration, equipment which it allows to control and adjust. in details. In addition to these three levels of equipment, there are various pieces of equipment contributing to flight safety, including:
  • FELPS 53 flight domain (the acronym being the acronym of the English expression: “Flight Envelope Limit Protection System”) which acts on level of flight control equipment 12, downstream of the pilot, and whose level of intervention within the flight equipment is taken up by the proposed autonomous safety system protecting against risks of intentional crash, and an OAPS autonomous safety system 54 (the acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression: "Overflight Area
  • Prohibition System constituting the heart of the proposed automatic flight protection system and protecting against the risk of intentional crash by intervening, such as the equipment for protection of the flight envelope
  • a terrain / obstacles and prohibited areas database TDB 60, an aircraft performance database AP 61 used by the TAWS ground collision avoidance equipment are distinguished.
  • a flight domain database FD 62 used by the protection equipment for the limits of the flight domain FELPS 53 and a set of flight sensors 63 measuring the flight parameters at the intention of the various pieces of equipment in the flight system.
  • the TDB 60 database can be on-board or on the ground and accessible from the aircraft by radio transmissions. It contains terrain information used by TAWS ground collision avoidance equipment
  • the terrain information contained in the TDB 60 database is that necessary for TAWS 51 ground collision avoidance equipment to model the relief and artificial obstacles overflown, but it can be added to other information such as the locations of aviation and safety altitudes, for example, the MORA grid, the MSA, etc.
  • the safety altitudes can be used by the autonomous protection system OAPS 54 as a limit of a prohibited zone lower than n not cross outside takeoff and landing needs.
  • the prohibited entry zone limit information contained in the TDB 60 database allows the system to autonomous protection from modeling a surface surrounding and / or covering a prohibited area of penetration that the aircraft is not entitled to cross, for example by a track on the ground and a minimum height threshold.
  • Prohibited areas of penetration may concern: town centers, nuclear and industrial sites, military bases, monuments and usual places where people gather, such an enumeration not being exhaustive. In addition, they may only be temporarily prohibited.
  • the aircraft performance database AP 61 and the flight domain database FD 62 are on-board databases containing information on the characteristics of the aircraft operated by either TAWS 51 ground collision avoidance equipment and the security system. autonomous OAPS 54, or by the equipment for protection of the flight envelope FELPS 53.
  • the flight sensor set 63 brings together: pressure probes, incidence palette, and inertial reference system generally referenced ADIRS (the acronym being the acronym of the English expression: “Air Data / Inertial Reference System” ) or ADIRU (acronym being the acronym of the Anglo-Saxon expression: “Air Data / Inertial Reference Unit”), RA radio-altimeter, GPS / GNSS satellite positioning receiver, WXR weather radar, etc.
  • ADIRS the acronym being the acronym of the English expression: “Air Data / Inertial Reference System”
  • ADIRU anglo-Saxon expression: “Air Data / Inertial Reference Unit”
  • RA radio-altimeter GPS / GNSS satellite positioning receiver
  • WXR weather radar etc.
  • the OAPS 54 autonomous protection system incorporates the principle of ground collision risk detection and the methods for developing an avoidance trajectory for TAWS ground collision avoidance equipment with which it may have many common parts, but applies these methods vis with respect to a modeling of the limits of the prohibited penetration zones.
  • the principle of detection of risk of ground collision implemented in TAWS ground collision avoidance equipment consists, as mentioned above, in constructing, around the position of the aircraft and its predictable short-term trajectory, one or more protection volumes and to consider any intrusion, in these protection volumes, of the overflown relief, modeled from stored cartographic information, as a risk of more or less severe ground collision depending on the extent of the protection volume considered.
  • the avoidance trajectory development process consists of seeking an evasive from above or from the sides if an evasive from above is beyond the range of capabilities maneuvering the aircraft.
  • These ground collision risk detection and avoidance trajectory development processes will not be detailed since they are known to those skilled in the art. For details on their subjects, reference will usefully be made to the patents mentioned previously.
  • the TAWS 51 a ⁇ ticollision ground equipment models the terrain overflown from cartographic information drawn from a TBD 60 database. It goes without saying that it can also use a modeling of the terrain overflown from other equipment on the aircraft, for example a weather radar if it has a ground mapping function. In the latter case, the TBD 60 database only has to store information on the limits of prohibited entry areas.
  • the TAWS 51 ground collision avoidance equipment and the OAPS 54 autonomous protection system implement the same protection volumes: an alarm protection volume and a larger pre-alarm protection volume .
  • Detections of intrusion into the pre-alarm protection volume either of the terrain overflown by the TAWS 51 ground collision avoidance equipment, or of a prohibited area limit for penetration by the OAPS 54 autonomous protection system, lead to pre- alarms, either of a next terrain collision if the transmitter is TAWS 51 ground collision avoidance equipment, or of a next penetration into a prohibited area if the transmitter is the OAPS 54 autonomous protection system, intended to attract the '' attention of the crew to the need to modify the short-term trajectory of the aircraft.
  • Intrusion detections in the alarm protection volume either of the terrain overflown by the TAWS 51 ground collision avoidance equipment, or of a limit of the prohibited area of penetration by the OAPS 54 autonomous protection system, give rise to alarms, either possibility of very short-term terrain collision if the transmitter is TAWS 51 ground collision avoidance equipment, or very short-term penetration into a prohibited area, alarms both requiring a change immediate short-term trajectory of the aircraft.
  • a pre-alarm for the next entry into a prohibited area from the OAPS 54 autonomous protection system is only of interest to a crew in good faith. It can therefore be managed in the same way as a pre-alarm of a next terrain collision emanating from TAWS 51 ground collision avoidance equipment and consist, basically, of a type of advice of type "pull up".
  • the "pull up" advice will not be given but replaced by a simple warning of the risk of crossing a prohibited limit, in order not to further mislead a crew already victim of a navigation error and seeking to take over the trajectory of the aircraft.
  • the OAPS 54 autonomous protection system does not hinder the pilot's recovery of the trajectory. It can even, since its functions are then provided by the same circuits as the TAWS 51 ground collision avoidance equipment, advise the pilot, through the flight director 12, the command to be applied to the stick in pitch and roll for s '' move away from the prohibited area.
  • the proposed OAPS 54 autonomous protection system provides flight protection in three phases:
  • the proposed OAPS 54 autonomous protection system adds, to the protection of the flight envelope limits, the taking into account a flight safety envelope, an anti-crash envelope in a way. The entire flight is thereby protected. Compliance with the limits of the flight envelope and that of the flight safety envelope can be ensured by separate equipment acting at the level of the flight controls or by single equipment to which the name of FFPS is given (the acronym being acronym of the Anglo-Saxon expression: "Full Flight Protection System"). Automatic control, whether authoritarian or not, is done by vertical and / or lateral guidance of the aircraft, which can use predefined avoidance models corresponding to the conflict situation encountered.
  • the system returns the pilot's hand to a safety configuration, for example, horizontal wings.
  • a safety configuration for example, horizontal wings.
  • the authoritarian takeover of the aircraft by the autonomous protection system occurs only as a last resort.
  • the crew has control of the aircraft as long as they do not steer it in a prohibited area which could lead to the loss of the aircraft and / or damage to a third party.
  • the action of the pilot on the stick can be taken into account if it makes it possible to more mentally avoid (increased margins) the zone considered.
  • the OAPS 54 autonomous protection system waits for the triggering of a prohibited area entry alarm to take control of the aircraft in pitch and roll at the flight controls and reposition it on a secure trajectory avoiding the prohibited area and the relief.
  • the aircraft control order is prepared by the OAPS 54 autonomous protection system and not by the flight control equipment 12.
  • the automatic and authoritative resumption of aircraft control takes place at the limit location where a relatively tight manual trajectory would still allow the crew to free themselves from the conflict zone while respecting the limitations of the flight envelope and a margin of trajectory so that the airplane does not dangerously approach obstacles during the manual or automatic resumption of flight.
  • auto-guidance is not activated.
  • the orders applied by the pilot to the stick can be added to the automatic orders when they go in the right direction and respect the limits of the envelope of the flight envelope. This results in a tighter avoidance maneuver.
  • the automatic and authoritative resumption of control of the aircraft can implement, depending on the conflict situation encountered, several predefined avoidance trajectory models.
  • the evolution of the position of the aircraft with respect to the relief is monitored by the TAWS equipment 51 under the control of the OAPS 54 autonomous protection system and possibly modified to counter any risk of ground collision detected.
  • the OAPS 54 autonomous protection system can also alert air traffic control via the radio transmission equipment of the aircraft, for example, by means of a priority transponder code so that it takes into account the urgent change and authoritarian trajectory. Of course, this code cannot be modified by the crew until landing or until the avoidance procedure has ended.
  • the crew is warned by a message displayed on an EFIS 40 display screen such as, for example the PFD screen (acronym being the acronym of the English expression: "Primary Flight Display).
  • the flight director 20 displays the instructions applied to help the pilot understand the flight situation and facilitate a possible manual intervention on its part.
  • the OAPS 54 autonomous protection system puts the aircraft back on a safe trajectory, gives back control to the crew and suppresses any takeover message from the aircraft.
  • the OAPS 54 autonomous protection system may include a specific operating mode known as active standby which is triggered by the crew, for example by actuation of a "panic" button, when it detects behavior threatening to the safety of the crew, on the part of one or more people on board, and which corresponds to an enlarged alarm protection volume making it possible to anticipate with more margin the actions aimed at precipitating the aircraft against an obstacle or the terrain.
  • This operating mode which cannot be deactivated until the end of the flight, may admit features in the functional design such as, for example, the possibility of authoritatively guiding the aircraft towards an adequate field of aviation and managing the landing.
  • the OAPS 54 autonomous protection system includes a deactivation function for emergency situations: engine damage, hydraulic damage, etc., where an aircraft must be able to be maneuvered freely whatever the environment in terms of obstacle so that the crew has the possibility of landing in the field or a runway at a very low altitude to join a runway or a road, and for landing which is a critical phase of the flight not to be interrupted, the aircraft s approaching very close to the ground.
  • This deactivation function determines emergency situations by analyzing the critical parameters of the aircraft (FADEC, hydraulic parameters, etc.) but does not consider a voluntary stopping of one or more engines as an emergency situation. If a malicious crew manually cuts off all of the engines, the OAPS 54 autonomous protection system does not deactivate, forcing the aircraft to avoid prohibited areas in its glide and to head as far as possible towards runway la closer or failing until touched towards an area devoid of artificial obstacles and having the flattest possible relief ("controlled crash"). The action of projecting the aircraft onto a specific target, engines> stopped, thus has every chance of failing, the crew not knowing the crash zone chosen by the system.
  • the deactivation function determines a landing situation by the location of the aircraft in the runway center line of a landing field.
  • OAPS 54 autonomous protection system It puts an end to an authoritative avoidance maneuver initiated by the OAPS 54 autonomous protection system in the short final before crossing the runway threshold and displays a message on the EFIS screens warning the crew that they are responsible for the landing.
  • the OAPS 54 autonomous protection system nevertheless remains on standby to correct any maneuver at very low altitude outside the volume of the runway centreline.
  • the autonomous protection system When approaching an airport, the autonomous protection system
  • OAPS 54 can reduce, depending on the decreasing speed of the aircraft, the volume of protection around the aircraft from which it detects the intrusion of the prohibited area limit on which it bases its alarm in order to reduce the precautionary margin taken in relation to a prohibited area because an aircraft is more maneuvering at reduced speed.
  • it can use the approach recognition models described for TAWS equipment in French patents FR 2,783,912 and American patent US 6,317,663.
  • the autopilot / flight director 20 and the FELPS flight domain boundary protection equipment 53 receives consolidated information from multiple and independent sources through redundant channels.
  • the altitude information it receives comes from a dual radio altitude / data base source by application of an altitude consolidation method such as that used in TAWS equipment and possibly from triple radio information.
  • altitude / data base / ground map mode of the weather radar can come from the consolidation of two position information provided by two independent positioning receivers by GPS / GNSS satellites on board the aircraft.
  • the OAPS 54 autonomous protection system is equipped with a monitoring of proper functioning BITE (acronym from the acronym of the English expression: "Built In Test Equipment”) performing tests and fault diagnostics and deactivating an authoritarian takeover of the aircraft in the event of detection a failure compromising either the development of the avoidance trajectory or the integrity of orders to the flight control equipment 12 but nevertheless leaving the Detection and Alert functions to continue operating until they are not affected by a failure.
  • BITE acronym from the acronym of the English expression: "Built In Test Equipment”
  • the OAPS 54 autonomous protection system can be implemented according to a modular architecture based on several redundant LRU type modules (acronym from the acronym of the Anglo-Saxon expression: "A Replaceable Unit”) in order to keep the availability of the function in the event of damage to an LRU module.
  • the OAPS 54 autonomous protection system has a positive security architecture ("fail safe” in English) and hardened to prevent any alteration of its operation by an external intervention (inaccessible location of the cockpit) and any deactivation by action on the supply circuits of the various subsystems (no switches or circuit breakers that can be operated manually from the cockpit or any part of the airplane accessible during flight on the electrical supply circuits of the autonomous protection OAPS 54 and RA Radio Altimeters, GPS, FADEC, Hydraulic System, calculators for electrical flight controls).
  • the OAPS 54 autonomous protection system does not require very precise information on the position of the aircraft. An accuracy of around twenty meters is suitable so that the position information can come from a satellite positioning receiver possibly doubled for safety without the use of 1RS inertial reference equipment (acronym corresponding to the acronym of the English expression "Inertial Reference System”).
  • the implementation of the OAPS 54 autonomous protection system in the architecture of flight equipment of an aircraft with electric flight controls can be done by the following adaptations: - modification of TAWS ground collision avoidance equipment so that it also performs the functions provided by the OAPS autonomous protection system,
  • FIGS 2 to 4 illustrate examples of implementation of an automatic flight protection system FFPS (acronym corresponding to the acronym of the English expression: "Full Flight Protection System”) bringing together the functions of a system of autonomous protection preventing any penetration into a prohibited area, of equipment for protecting the boundaries of the FELPS flight envelope and of TAWS ground collision avoidance equipment, in the architecture of a flight system of different transport aircraft.
  • FFPS automatic flight protection system
  • FIG. 2 gives an example of the installation of an automatic flight protection system FFPS in the architecture of the flight system of an aircraft of the Airbus A320 type.
  • This type of aircraft comprises flight control equipment formed by two task-sharing computers for maneuvering the mobile surfaces of the aircraft: ailerons, control surfaces, stabilizers, etc., one 100 known as E AC (corresponding acronym to the acronym of the English expression “ELevator and Aileron Computer”) and the other 101 says SEC (acronym corresponding to the acronym of the English expression Saxon “Spoiler and Elevator Computer”) and a FADEC 102 computer doubled by safety for the control of the motors.
  • E AC corresponding acronym to the acronym of the English expression "ELevator and Aileron Computer”
  • SEC synym corresponding to the acronym of the English expression Saxon "Spoiler and Elevator Computer”
  • FADEC 102 computer doubled by safety for the control of the motors.
  • the ELAC 100 and SEC 101 computers respond to the pilot's requests via a lateral mini-stick known as a "sidestick” and a lifting beam as well as the instructions of a 103 computer known as the FMGC (acronym corresponding to acronym of the English expression "Flight Management and Guidance Computer”) ensuring the functions of an FMS flight management computer, an autopilot and a flight director.
  • a lateral mini-stick known as a "sidestick”
  • a lifting beam as well as the instructions of a 103 computer known as the FMGC (acronym corresponding to acronym of the English expression "Flight Management and Guidance Computer") ensuring the functions of an FMS flight management computer, an autopilot and a flight director.
  • FMGC acronym corresponding to acronym of the English expression "Flight Management and Guidance Computer”
  • the FMGC 103 computer receives information on the flight parameters from a set 104 of ADIRS sensors (acronym corresponding to the acronym of the Anglo-Saxon expression: Air Data / Inertial Reference System "), from a radio altimeter RA105 doubled for safety and a GPS 106 satellite positioning receiver also doubled for safety, and meets the directives of the pilot arriving by the man-machine interfaces FCU 107 and MCDU 108.
  • ADIRS sensors as corresponding to the acronym of the Anglo-Saxon expression: Air Data / Inertial Reference System "
  • the flight system of an airbus A 320 comprises, a hydraulic system 109 for actuating the moving parts of the aircraft, a generator of audible alarms 110, EFIS display screens 111, an ATC 112 system for radiocommunication with the ground, and possibly, an aircraft collision avoidance equipment TCAS 113 and a weather radar WXR 114 which may have a cartographic function 115, the connections of which have not been shown with the FMGC 103 computer in order to simplify e figure.
  • the automatic flight protection system FFPS 120 integrates at the center of this flight system architecture. It receives information on flight parameters from the RA 105 radio altimeter, the satellite positioning receiver 106, the hydraulic system 109 and possibly from the ADIRS sensor set 104, the TCAS a ⁇ ticollision equipment 113 and the weather radar. 114 by dedicated links. It issues flight directives that can prevail over pilot requests to the ELAC 100 and SEC 101 flight control computers, information intended for the crew via the audible alarm generator 110 and the EFIS 111 screens, and information intended for air traffic control via the ATC 112 transmission equipment.
  • FIG. 3 gives another example of installation, in the architecture of the flight system of an Airbus A330 / 340 type aircraft, of an automatic flight protection system FFPS 220 combining the functions of a protection system autonomous preventing any penetration into a prohibited area of FELPS flight envelope protection equipment and TAWS ground collision avoidance equipment.
  • the flight system of an Airbus A330 / 340 type airplane differs from that shown in FIG. 2 by the production of flight control equipment which uses two fully redundant and modular computers for the maneuver of the moving surfaces of the aircraft.
  • aircraft one 200 says FCPC (acronym corresponding to the acronym of the English expression "Flight Control Primary Computer") and the other 201 says FCSC (acronym corresponding to the acronym of the English expression Saxon “Flight Control Secondary Computer”) and by a different flight management computer 203 called FMGEC (acronym corresponding to the acronym of the Anglo-Saxon expression: "Flight Management and Guidance Envelope Computer”).
  • FCPC acronym corresponding to the acronym of the English expression "Flight Control Primary Computer”
  • FCSC acronym corresponding to the acronym of the English expression Saxon "Flight Control Secondary Computer”
  • FMGEC flight management computer
  • the automatic flight protection system FFPS 220 integrates at the center of this flight system architecture in a manner very similar to the previous case. It receives information on flight parameters from the RA 105 radio altimeter, the satellite positioning receiver 106, the hydraulic system 109 and possibly from the ADIRS sensor set 104, the TCAS 113 collision avoidance equipment and the weather radar. 114, delivers information intended for the crew via the audible alarm generator 110 and the EFIS screens 111, and information intended for air traffic control via the ATC transmission equipment 112 and applies flight instructions which may prevail over the pilot's requests to the FCPC 200 and FCSC 201 flight control computers.
  • FIG. 4 gives yet another example of implementation, in the architecture of the flight system of an aircraft of the Boeing 777 type, of an automatic flight protection system FFPS 320 combining the functions of an autonomous protection system preventing the entry into flight area protection equipment of a prohibited area FELPS and TAWS ground collision avoidance equipment.
  • This type of aircraft comprises flight control equipment formed by redundant computers 300 for controlling the actuators of the mobile surfaces of the aircraft: ailerons, control surfaces, stabilizers, etc., called ACE (acronym corresponding to the acronym of Anglo-Saxon expression "Actuator Control Electronics”)) and a FADEC 301 computer doubled by safety for the control of the motors.
  • the ACE 300 computer responds to the pilot's requests via a so-called "Control Column” handle and a spreader as well as to the directives of an automatic pilot / flight director 302 known as the AP / FP (acronym corresponding to the acronym of the English expression "Autopilot / Flight Director”) and of a flight management computer FMS 303.
  • AP / FP an automatic pilot / flight director 302 known as the AP / FP (acronym corresponding to the acronym of the English expression "Autopilot / Flight Director") and of a flight management computer FMS 303.
  • the autopilot / flight director AP / FP 302 and the flight management computer FMS 303 receive information on the flight parameters of a set 304 of sensors called AD1RU (acronym corresponding to the acronym of the Anglo-Saxon expression: Air Data / Inertial Reference Unit "), of a RA 305 radio altimeter doubled by safety and of a GPS 306 satellite positioning receiver also doubled for safety and meets the directives of the pilot arriving by the man-machine interfaces FCU 307 and MCDU 308.
  • AD1RU corresponding to the acronym of the Anglo-Saxon expression: Air Data / Inertial Reference Unit "
  • the flight system of a boeing 777 includes , a hydraulic system 30 9 for actuating the moving parts of the airplane, an audible alarm generator 310, EFIS 311 display screens, an ATC 312 radiocommunication system with the ground, and possibly, TCAS airplane anti-collision equipment and a radar WXR weather may have a cartographic function 115 not shown.
  • the automatic flight protection system FFPS 320 integrates at the center of the flight system architecture.
  • FIGS. 5 to 13 illustrate examples of avoidance trajectory models applicable, depending on the situation encountered, by the autonomous protection system OAPS 54 or by an automatic flight protection system FFPS 120, 220, 320.
  • the Avoidance trajectory models shown are purely lateral or purely vertical avoidance trajectory models, but it goes without saying that the combination of a lateral trajectory model with a vertical trajectory model is possible.
  • Figures 5 and 6 illustrate cases of lateral avoidance by the right or by the left, at constant altitude, of prohibited areas of penetration of limited dimensions but impassable from above (no pre-alarm or alarm of the type: "Pull up").
  • the prohibited areas of penetration of limited dimensions are obstacles of the antenna type 80, 81 or building 82 relatively distant from each other.
  • the aircraft 83 arrives, opposite the building 82, on a trajectory 84 controlled by the pilot and plotted in dotted lines.
  • the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS of the aircraft 83 detects a risk of entry into the prohibited area and generates a pre-alarm at the pilot's intention while the aircraft 83, still controlled by the pilot, continues its progression towards the building 82 (part of the trajectory 85 identified by dashes).
  • the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS goes into alarm and takes control of aircraft 83 to make it bypass the building without risking the collision with the antennas 80, 81, either by the left along the avoidance trajectory 86 drawn in solid lines, or by the right by the avoidance trajectory 87 drawn in broken lines.
  • FIG. 6 illustrates a situation analogous to that of FIG. 5 in which the prohibited zones of penetration consist of reliefs 90, 91, 92 of limited dimensions.
  • Aircraft 83, its pilot and its automatic flight protection system FFPS or its autonomous protection system OAPS have the same behavior as in Figure 5.
  • Figures 7 and 8 illustrate cases of lateral avoidance, by cusp, of a prohibited area of penetration, of extended dimensions, impassable from above (no pre-alarm or alarm type: "Pull up”) .
  • the forbidden penetration zone is an extended set, formed of buildings 93, 94 and an antenna 95.
  • the aircraft 83 arrives, facing the set of buildings 93, 94, on a controlled path 96 by the pilot and dotted.
  • the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS of the aircraft 83 detects a risk of entry into the prohibited zone and generates a pre-alarm for the pilot while the aircraft 83, still controlled by the pilot, continues its progression towards the set of buildings 93, 94 (part of trajectory 97 marked by dashes).
  • the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS goes into alarm and takes control of aircraft 83 to make it turn around, either from the left along the avoidance path 98 drawn in solid lines, or by the right along the avoidance path 99 drawn in broken lines.
  • FIG. 8 illustrates a situation similar to that of FIG. 7 in which the extended zone, prohibited from penetration, consists of a relief 401.
  • the aircraft 83, its pilot and its automatic flight protection system FFPS or its system of OAPS autonomous protection have the same behaviors as in figure 7.
  • FIG. 9 illustrates the case of a lateral avoidance of prohibited penetration zones constituted by reliefs 402 to 406 bordering an airport 407 and imposing the respect of an approach corridor 408.
  • the contour of the corridor approach 408 is assimilated by the automatic protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS of aircraft 83 to the meeting of the limits of the prohibited zones.
  • the aircraft 83 arrives, in the approach phase, in the direction of the relief 405 to take the runway axis, according to a trajectory
  • the pilot having disregarded the pre-alarm, the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS goes into alarm and takes control of aircraft 83 to reposition it towards the interior of the aircraft. approach corridor, diverging from its 408 limit, along a trajectory
  • FIG. 10 illustrates another case of lateral avoidance of prohibited penetration zones constituted by reliefs 415, 416 bordering an airport 417 and requiring compliance with a runway, during takeoff or in the event of a missed approach.
  • the sides of the corridor are assimilated by the automatic protection system FFPS where the protection system
  • the aircraft 83 in takeoff phase, follows, under the pilot's control, a trajectory 418 drawn in dotted lines, along the axis of the runway the airport towards the relief constituting the forbidden zone 415.
  • the pilot delayed his turn too much so that the aircraft 83 continuing its trajectory (part of
  • 35 flight FFPS or the OAPS autonomous protection system goes into alarm and takes control of aircraft 83 to reposition it towards the inside of the take-off runway, diverging from the runway limit, along a trajectory 420 drawn in solid lines.
  • the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS gives back to the pilot who continues his takeoff according to a trajectory 421 plotted in dotted lines.
  • Figures 11 and 12 illustrate cases of vertical avoidance of a prohibited entry area with a vertical protection limit.
  • the prohibited zone of penetration with a vertical protection limit consists of a set of buildings 430, 431 and an antenna 432 which should not be overflown below a minimum altitude 433.
  • the aircraft 83 arrives downhill on a path 434 controlled by the pilot and drawn in dotted lines.
  • the pilot delayed its leveling too much so that the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS of aircraft 83 detected a risk of crossing the minimum authorized altitude and generated a pre-alarm at intention of the pilot while the aircraft 83, still controlled by the pilot, continues his descent (part of trajectory 435 identified by dashes).
  • the pilot having disregarded the pre-alarm, the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS goes into alarm and takes control of aircraft 83 to level it off according to the trajectory 436 plotted in solid line.
  • FIG. 12 illustrates a situation similar to that of FIG. 11 in which the prohibited zone of penetration below a minimum altitude is constituted by relief 440.
  • the aircraft 83, its pilot and its automatic flight protection system FFPS or its OAPS autonomous protection system have the same behaviors as in figure 11.
  • FIG. 13 illustrates a case of vertical avoidance of a prohibited zone of penetration with a vertical protection limit in the case of an aircraft 83 reaching the prohibited area, here a relief 450, while it is leveling off at an altitude below the vertical protection limit of the prohibited area but its performance allows it to avoid the prohibited area from above.
  • the aircraft 83 arrives, in level, in the direction of the prohibited zone 450, on a trajectory 451 controlled by the pilot and plotted in dotted lines.
  • the pilot maintained the landing for too long, so that the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS of airplane 83 detected a risk of penetration of the space of the prohibited area and generated a pre-alarm at the pilot's intention while the aircraft 83, still under the pilot's control, continues to stop (part of trajectory 452 identified by dashes).
  • the pilot having disregarded the pre-alarm, the automatic flight protection system FFPS or the autonomous protection system OAPS goes into alarm and takes control of aircraft 83 to take it to a higher altitude at the minimum altitude imposed on the prohibited zone, according to an ascending trajectory 453 drawn in solid line.
  • the automatic theft protection system which has just been described generalizes the principle of the protection of the flight domain towards a global protection of the flight including the protection with respect to the reliefs and the obstacles. It does not intervene in the maneuvers of the crew in normal, emergency or emergency conditions. It alerts the crew to the approach of an obstacle or to the risk of entering a prohibited area that could seriously endanger the flight and the populations overflown. In the event of a trajectory error, it allows the crew to quickly resume the appropriate trajectory.

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Abstract

Ce système assure une protection autonome d'un aéronef contre les crashs volontaires résultant d'un acte de malveillance d'une personne embarquée à bord ou d'une erreur de trajectoire. Il comporte un équipement anti-pénétration en zone interdite OAPS (54) opérant à la manière d'un équipement anticollision terrain TAWS (51) mais intervenant au niveau des commandes de vol (12) pour imposer à l'aéronef (83) une trajectoire d'évitement lorsque le besoin s'en fait sentir. Cet équipement anti-pénétration en zone interdite OAPS (54) utilise une base de données (60) renfermant des informations sur les zones interdites et un système de positionnement (106, 306) de l'aéronef (83). Complété par un équipement anticollision terrain TAWS (51) et un équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS (53), il permet de réaliser un système très complet de protection du vol.

Description

SYSTEME DE PROTECTION AUTOMATIQUE DU VOL POURAERONEF
La présente invention concerne la sécurité du vol aussi bien pour les occupants d'un aéronef que pour les habitants des zones survolées.
Il est connu de prendre des mesures de sécurité tendant à empêcher ou au moins à prévenir les manœuvres susceptibles de mettre un
5 aéronef resté manœuvrable dans une attitude de vol dangereuse ou préjudiciable pour sa structure. Il est ainsi connu de limiter, de manière autoritaire, les possibilités d'évolution en roulis et en tangage d'un aéronef en ajustant les plages de débattement des commandes de vol en fonction de la situation en vol et/ou des efforts subis par la structure. 0 II est également connu de pourvoir un aéronef d'équipements anticollision avion dits TCAS (acronyme de l'expression anglo- saxonne :"Traffic Alert and Collision System") et d'équipements anticollision sol dit TAWS (acronyme de l'expression anglo-saxonne :" Terrain Awarness and Warning System") qui avertissent l'équipage d'un risque de collision 5 avec un autre aéronef ou avec le sol et qui peuvent même, avec l'aval de l'équipage de l'aéronef, prendre le contrôle de l'aéronef pour le remettre en situation de sécurité. Ces équipements fonctionnent à partir de la détection d'une intrusion, dans une enveloppe de protection entourant l'aéronef, soit d'un autre aéronef, soit du sol. Dans le cas d'un équipement anticollision sol, o la détection de l'intrusion du soi dans l'enveloppe de protection de l'aéronef fait appel à un système embarqué de positionnement et à une base de données terrain accessible de l'aéronef.
Ces mesures de sécurité ne permettent cependant pas de protéger l'aéronef contre un crash provoqué volontairement par l'équipage, à 5 la suite d'une erreur de pilotage non reconnue ou d'un acte de malveillance de la part d'un équipage pirate.
La présente invention a pour but un système automatique de protection du vol pour aéronef prenant en compte les actions inopportunes 0 de l'équipage.
Elle a pour objet un système de protection automatique du vol pour un aéronef équipé d'un système de positionnement, remarquable en ce qu'il comporte une base de données, accessible de l'aéronef, répertoriant des zones interdites de pénétration et un équipement anti -pénétration en zone interdite assimilant les risques de pénétration en zone interdite à la détection des intrusions des zones interdites de pénétration modélisées à partir des éléments de la base de données zones interdites, à l'intérieur d'au moins une enveloppe de protection de sécurité de vol construite autour d'une position déduite de la position courante de l'aéronef fournie par le système de positionnement et prenant automatiquement le contrôle de l'aéronef en cas de détection d'une intrusion d'une zone interdite de pénétration dans l'enveloppe de protection de sécurité de vol.
Avantageusement, lorsqu'il prend le contrôle de l'aéronef, l'équipement anti-pénétration en zone interdite lui fait suivre une trajectoire d'évitement de la zone interdite de pénétration.
Avantageusement, lorsqu'il a pris le contrôle de l'aéronef, l'équipement anti-pénétration en zone interdite le rend à l'équipage de l'aéronef dès qu'il ne détecte plus d'intrusion d'une zone interdite de pénétration dans l'enveloppe de protection de sécurité de vol
Avantageusement, le système de protection automatique de vol comporte un équipement anti-pénétration en zone interdite construisant en plus de l'enveloppe de protection de sécurité de vol, une enveloppe de protection d'alerte de pénétration, plus étendue que l'enveloppe de protection de sécurité de vol et un générateur d'alertes à destination de l'équipage de l'aéronef activé en cas d'intrusion d'une zone interdite de pénétration dans cette enveloppe de protection d'alerte de pénétration. Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte une base de données stockant une représentation du relief ou d'une enveloppe du relief, et un équipement anticollision terrain assimilant les risques de collision avec le sol ou des obstacles au sol, à la détection des intrusions du sol ou d'obstacles au sol modélisés à partir de la représentation du relief ou d'une enveloppe du relief stockée dans la base de données, à l'intérieur d'au moins une enveloppe de protection sol construite autour d'une position déduite de la position courante de l'aéronef fournie par le système de positionnement et alertant l'équipage d'un risque de collision sol en cas de détection d'une intrusion du sol ou d'un obstacle au sol dans l'enveloppe de protection sol. Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte une base de données stockant une représentation du relief ou d'une enveloppe du relief, et un équipement anticollision terrain assimilant les risques de collision avec le sol ou des obstacles au sol, à la détection des
5 intrusions du sol ou d'obstacles au sol modélisés à partir de la représentation du relief ou d'une enveloppe du relief stockée dans la base de données, à l'intérieur d'au moins une enveloppe de protection sol construite autour d'une position déduite de la position courante de l'aéronef fournie par le système de positionnement, alertant l'équipage d'un risque de collision sol en cas de 0 détection d'une intrusion du so| ou d'un obstacle au sol dans l'enveloppe de protection de sécurité sol et lui proposant une trajectoire d'évitement.
Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement anticollision terrain construisant en plus de l'enveloppe de protection sol, une enveloppe de protection de pré-alerte de 5 collision sol, plus étendue que l'enveloppe de protection de sécurité sol et alertant l'équipage de la nécessité d'une modification du plan de vol en cas d'intrusion du sol ou d'un obstacle au sol dans cette enveloppe de protection de pré-alerte de collision sol.
Avantageusement, le système de protection automatique du vol o comporte un équipement anti-pénétration en zone interdite et un équipement anticollision terrain ayant des enveloppes de protection communes.
Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement anti-pénétration en zone interdite et un équipement aπticollision terrain ayant des enveloppes de protection de sécurité de vol et 5 de sécurité sol identiques.
Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement anti-pénétration en zone interdite et un équipement aπticollision terrain ayant des enveloppes de protection de sécurité de vol et de protection sol identiques et des enveloppes d'alerte de pénétration et de 0 pré-alerte de collision sol identiques.
Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement anti-pénétration en zone interdite construisant en plus de l'enveloppe de protection de sécurité de vol, une enveloppe de protection d'alerte de pénétration, un équipement aπticollision terrain 5 construisant une enveloppe de protection sol et une enveloppe de pré-alerte de collision sol, et un générateur d'alertes à destination de l'équipage de l'aéronef engendrant plusieurs sortes d'alarmes dont :
- une pré-alarme de risque de pénétration dans une zone interdite de pénétration en cas d'intrusion d'une zone interdite de pénétration dans l'enveloppe de protection d'alerte de pénétration,
- une pré-alarme de risque de collision sol en cas d'intrusion du relief dans l'enveloppe de protection de pré-alerte de collision sol, et - une alarme de risque de collision sol en cas d'intrusion du relief dans l'enveloppe de protection sol, et Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement d'alerte du contrôle aérien par lequel il avise le contrôle aérien de toute prise de contrôle automatique de l'aéronef. Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement de mise sous veille renforcée actionnable par l'équipage de l'aéronef et/ou un personnel au sol et provoquant une extension des volumes de protection de l'équipement anti-pénétration en zone interdite. Avantageusement, le système de protection automatique du vol comporte un équipement de désactivation inhibant la fonction de prise automatique du contrôle de l'aéronef en cas d'une panne majeure des équipements de vol de l'aéronef ou en manœuvre finale d'atterrissage.
Avantageusement, l'équipement anti-pénétration en zone interdite agit au niveau des commandes de vol de l'aéronef.
Avantageusement, l'équipement anti-pénétration en zones interdites met en œuvre des volumes de protection dont les étendues sont fonction de la vitesse de l'aéronef.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel :
- une figure 1 est un schéma de principe d'un système de vol permettant le pilotage d'un aérodyne et incluant un système de protection automatique du vol selon l'invention, - des figures 2 à 4, montrent des exemples d'implantation d'un système de protection automatique du vol selon l'invention, dans les architectures des systèmes de vol de différents avions de transport, et - des figures 5 à 13 donnent des exemples de modèles de trajectoires d'évitement applicables, selon la situation en cours, par un système de protection automatique du vol selon l'invention.
Dans un souci constant de renforcer la sécurité du vol, il est apparu, sur les aéronefs, des systèmes de limitation automatique des plages de débattement des gouvernes et volets, et de réglage des moteurs destinés à ôter, le plus possible à l'équipage, la possibilité de mettre l'aéronef dans une configuration de vol dangereuse pour le personnel transporté ou imposant à la structure de l'aéronef des efforts hors norme. C'est ainsi que de nombreux aéronefs modernes ont des commandes de vol pourvues de fonctions de limitation autoritaire des plages de manœuvre en tangage et roulis permises à l'équipage, tenant compte de la configuration de vol en cours déterminée par comparaison des paramètres de vol fournis par des capteurs montés sur l'aéronef avec les éléments d'une base de données performance avion.
Le souci de renforcer la sécurité du vol a également poussé au développement d'équipements embarqués d'alerte de proximité sol de plus en plus performants. Une première génération d'équipements embarqués d'alerte de proximité sol, aujourd'hui largement répandue dans les aéronefs des compagnie aérienne de transport civil est constituée d'un équipement appelé GPWS (acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Ground Proximity Warning System") qui surveille la hauteur de l'aéronef au-dessus du sol mesurée par un radio-altimètre et la confronte avec la vitesse verticale de descente de l'aéronef mesurée explicitement ou déduite de mesures antérieures de hauteur au-dessus du sol en tenant compte de diverses situations possibles telles que l'approche, l'atterrissage, le décollage, etc., pour déclencher des alertes sonores et/ou visuelles dans le cockpit en cas de détection d'une tendance à un rapprochement dangereux avec le sol. Un besoin d'amélioration des équipements GPWS d'alerte de proximité sol de première génération s'est rapidement fait sentir. La voie suivie a été celle d'augmenter les informations prises en compte par les équipements d'alerte de proximité sol concernant le terrain survolé situé au-
5 devant et sur les côtés de la trajectoire prévisible à court terme de l'aéronef en profitant de l'avènement des systèmes embarqués de positionnement précis tels que les systèmes de positionnement par satellites, et des cartes en relief numérisées mémorisables dans des bases de données terrain embarquées ou accessibles de l'aéronef par transmission radio. 0 Pour répondre à ce besoin d'amélioration, il est alors apparu une deuxième génération d'équipements embarqués d'alerte de proximité sol dits TAWS ou encore GCAS (acronyme tiré de l'expression anglo- saxonne "Ground Collision Avoidance System"), qui remplissent, en plus des fonctions GPWS habituelles, une fonction additionnelle d'alerte prédictive de 5 risque de collision avec le relief et/ou des obstacles au sol dite FLTA (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne :"predictive Forward-Looking Terrain collision Awareness and alerting"). Cette fonction FLTA a pour rôle de fournir à l'équipage, des pré-alertes et alertes à chaque fois que la trajectoire prévisible à court terme de l'aéronef rencontre le relief et/ou un o obstacle au sol afin qu'une manœuvre d'évitement soit engagée. Elle consiste à déterminer la trajectoire de l'aéronef prévisible à court terme à partir d'informations fournies par les équipements de navigation de l'aéronef et éventuellement une base de données performance aéronef, pour délimiter, autour de la position de l'aéronef et de sa trajectoire prévisible, au moins 5 deux volumes de protection tenant compte des capacités de manœuvre en latéral et vertical de l'aéronef et des temps de réaction de l'équipage, le plus grand destiné à des pré-alarmes donnant à l'équipage un temps suffisant pour élaborer une trajectoire d'évitement, l'autre, le plus petit, aux alarmes informant l'équipage de la nécessité d'un changement immédiat de 0 trajectoire, et à engendrer une pré-alarme ou une alarme à chaque intrusion, dans le volume de protection concerné, du relief survolé modélisé à partir d'une représentation topographique extraite d'une base de données terrain, une alarme pouvant donner lieu à une manœuvre automatique d'évitement effectuée sous le contrôle de l'équipage. Pour davantage de détails sur des équipements TAWS/GCAS, on peut se reporter aux brevets français : FR 2.689.668, FR 2.747.492, FR 2.773.609 et FR 2.783912 ou aux brevets américains qui leurs correspondent : US 5,488,563, US 6,480,120, US 6,088,654 et US 6,317,663.
Les différents équipements embarqués GPWS ou TAWS/GCAS traitent les risques de collision entre un aéronef et le relief ou un obstacle artificiel résultant d'une mauvaise navigation non intentionnelle ayant pour origine une erreur du système de navigation de l'aéronef ou de la base de données terrain si celui-ci s'appuie sur une telle base ou encore de l'équipage lui-même. Par contre, ils ne sont d'aucun secours pour éviter les crashs intentionnels d'un aéronef sur le relief ou un obstacle artificiel à la suite d'un acte de malveillance commis par une personne à bord de l'aéronef que celle-ci soit un passager ou un membre de l'équipage car ils seront volontairement désactivés.
Pour tenir compte des actes de malveillance commis à bord de l'aéronef, il faut qu'un système de sécurité protégeant des risques de collision avec le relief ou un obstacle artificiel soit autonome et non désactivable par l'équipage, à la manière des systèmes de limitation automatique des plages de débattement des gouvernes et des volets, et de réglage de la poussée des moteurs.
Pour la réalisation d'un système de sécurité autonome et non désactivable protégeant des risques de collision avec le relief ou un obstacle artificiel dus à une action volontaire d'une personne embarquée à bord d'un aéronef, on propose de mémoriser dans une base de données zones interdites des contours de zones interdites de pénétration, de mettre en œuvre le principe de détection de risques de collision utilisé dans un équipement TAWS par rapport à ces contours et de prendre le contrôle de l'aéronef au niveau des commandes de vol pour le mettre sur une trajectoire d'évitement à chaque fois qu'il y a détection d'un risque patent de pénétration dans une zone interdite de pénétration.
La figure 1 montre un exemple de système de vol incluant un système de sécurité autonome et non désactivable protégeant des risques de pénétration dans des zones interdites et donc de collision intentionnelle avec des obstacles au sol naturels (relief) ou artificiels (pylônes, antennes, bâtiments, etc.).
Un aéronef est piloté en jouant sur les orientations de surfaces mobiles (gouvernes, volets, etc.) et sur le régime du ou de ses moteurs. A cette fin, il comporte, comme représenté, des actionneurs 10 orientant ses gouvernes et volets, et des actionneurs 11 ajustant la poussée de ses moteurs. Ces actionneurs 10 et 11 reçoivent des consignes de position élaborées par des équipements 12 dits de commandes de vol, de manière à maintenir l'aéronef dans une attitude donnée, prescrite par le pilote ou par un pilote automatique / directeur de vol 20. Les équipements de commandes de vol 12 constituent avec les actionneurs 10, 11 un premier niveau d'équipements qui se distingue des autres niveaux par le fait qu'ils sont des intermédiaires indispensables au pilote pour agir sur les gouvernes, volets et moteurs. Le pilote automatique / directeur de vol 20 facilite la tâche du pilote en automatisant le suivi de consignes de cap, d'altitude, de vitesse, etc. selon deux modes : un mode dit "pilote automatique" où il agit directement sur les commandes de vol 12 et un mode dit "directeur de vol" où il indique au pilote, par l'intermédiaire d'écrans de visualisation EFIS 40 (le sigle EFIS étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Electronic Flight Instrument System"), les ordres à donner aux commandes de vol 12 pour le suivi d'une consigne. Il constitue un deuxième niveau d'équipements qui se distingue du premier par le fait que le pilote peut s'en passer.
Toujours dans le but de faciliter la tâche du pilote, le pilote automatique / directeur de vol 20 est souvent complété par un calculateur de gestion du vol FMS 30 (le sigle FMS étant l'acronyme de l'expression anglo- saxonne "Flight Management System") automatisant les tâches d'élaboration et de suivi d'un plan de vol et constituant un troisième niveau d'équipements par le fait qu'il intervient sur le pilotage de l'aéronef uniquement par l'intermédiaire du pilote automatique / directeur de vol 20.
Le pilote agit sur les commandes de vol par l'intermédiaire de manettes ou pédales (manche, palonnier, manettes, etc.) et contrôle le pilote automatique / directeur de vol 20 et le calculateur de vol FMS 30 par l'intermédiaire de deux interfaces homme-machine l'une 41 dite MCP (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne "Module Control Panel") ou FCU (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Flight Control Unit") et l'autre dite MCDU 42 (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne "Multipurpose Control Display Unit"). L'interface MCP 41 est en général constitué d'un panneau équipé de boutons, voyants et afficheurs, et placé en bandeau à la base du pare-brise de la cabine de pilotage. Il privilégie la facilité d'utilisation et permet de sélectionner directement et de paramétrer les modes de fonctionnement du pilote automatique / directeur de vol 20 : suivi de cap, d'altitude, de vitesse, etc.. L'interface MCDU 42 est une console à clavier et écran généralement placée sur l'accoudoir central d'une cabine de pilotage à deux postes de pilotage côte à côte. Elle privilégie la finesse de contrôle et est partagée entre le pilote automatique / directeur de vol 20, le calculateur de gestion du vol 30 et, plus généralement, tous les équipements de bord nécessitant un paramétrage, équipements qu'elle permet de commander et de régler dans le détail. A ces trois niveaux d'équipements s'ajoutent divers équipements concourrant à la sécurité du vol dont :
- un équipement anticollision avion TCAS 50 pouvant intervenir sur la conduite de vol au niveau du calculateur de gestion du vol 30 et mentionné pour mémoire car il ne présente pas de parenté directe avec le système proposé de sécurité autonome protégeant des risques de crash intentionnel,
- un équipement anticollision sol TAWS 51 qui peut intervenir sur la conduite du vol au niveau du calculateur de gestion du vol 30 et dont le principe de détection de risque de collision sol est repris dans le système proposé de sécurité autonome protégeant des risques de crash intentionnel,
- des générateurs d'alarme sonore et visuelle 52 commandés par les équipements anticollision avion 50, anticollision sol 51 , par le système proposé de sécurité autonome protégeant des risques de crash intentionnel et plus généralement par tout équipement susceptible d'engendrer des alarmes à destination de l'équipage de l'aéronef,
- un équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS 53 (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo- saxonne :"Flight Envelope Limit Protection System") qui agit au niveau des équipements de commande de vol 12, en aval du pilote, et dont le niveau d'intervention au sein des équipements de vol est repris par le système proposé de sécurité autonome protégeant des risques de crash intentionnel, et un système de sécurité autonome OAPS 54 (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Overflight Area
Prohibition System") constituant le cœur du système de protection automatique du vol proposé et protégeant des risques de crash intentionnel en intervenant, comme l'équipement de protection des limites du domaine de vol
FELPS 53, au niveau des équipements de commande de vol
12.
On distingue en outre sur la figure 1, une base de données terrain/obstacles et zones interdites TDB 60, une base de données performance aéronef AP 61 utilisées par l'équipement anticollision sol TAWS
51 et par le système de sécurité autonome OAPS 54, une base de données domaine de vol FD 62 utilisée par l'équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS 53 et un ensemble de capteurs de vol 63 mesurant les paramètres de vol à l'intention des différents équipements du système de vol.
La base de données TDB 60 peut être embarquée ou au sol et accessible de l'aéronef par transmissions radio. Elle renferme des informations de terrain exploitées par le l'équipement anticollision sol TAWS
51 ainsi que des informations sur des limites de zones interdites de pénétration exploitées par le système de sécurité autonome OAPS 54.
Les informations de terrain contenues dans la base de données TDB 60 sont celles nécessaires à l'équipement anticollision sol TAWS 51 pour modéliser le relief et les obstacles artificiels survolés mais il peut s'y ajouter d'autres informations comme les localisations de terrains d'aviation et les altitudes de sécurité, par exemple, la grille MORA, la MSA, etc.. En effet, les altitudes de sécurité peuvent être utilisées par le système de protection autonome OAPS 54 en tant que limite d'une zone interdite inférieure à ne pas franchir en dehors des besoins de décollage et d'atterrissage.
Les informations de limite de zones interdites de pénétration contenues dans la base de données TDB 60 permettent au système de protection autonome de modéliser une surface entourant et/ou recouvrant , une zone interdite de pénétration que l'aéronef n'est pas en droit de traverser, par exemple par un tracé au sol et un seuil minimum de hauteur. Les zones interdites de pénétration peuvent concerner : des centres de ville, des sites nucléaires et industriels, des bases militaires, des monuments et lieux usuels de rassemblement de personnes, une telle énumératioπ n'étant pas exhaustive. En outre, elles peuvent n'être interdites que temporairement.
La base de données performance aéronef AP 61 et la base de données domaine de vol FD 62 sont des bases de données embarquées renfermant des informations sur les caractéristiques de l'aéronef exploitées soit par l'équipement anticollision sol TAWS 51 et par le système de sécurité autonome OAPS 54, soit par l'équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS 53.
L'ensemble de capteurs de vol 63 rassemble : sondes de pression, palette d'incidence, et système de référence inertielle généralement référencées ADIRS (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Air Data / Inertial Référence System") ou ADIRU (sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Air Data / Inertial Référence Unit"), radio-altimètre RA, récepteur de positionnement par satellites GPS/GNSS, radar méteo WXR, etc..
Le système de protection autonome OAPS 54 reprend le principe de détection de risque de collision sol et les méthodes d'élaboration de trajectoire d'évitement d'un équipement anticollision sol TAWS avec lequel il peut posséder de nombreuses parties communes, mais applique ces méthodes vis à vis d'une modélisation des limites des zones interdites de pénétration. Le principe de détection de risque de collision sol mis en œuvre dans un équipement anticollision sol TAWS consiste, comme cela a été rappelé précédemment, à construire, autour de la position de l'aéronef et de sa trajectoire prévisible à court terme, un ou plusieurs volumes de protection et à considérer toute intrusion, dans ces volumes de protection, du relief survolé, modélisé à partir d'informations cartographiques mémorisées, comme un risque de collision sol plus ou moins sévère en fonction de l'étendue du volume de protection considéré. Les processus d'élaboration de trajectoires d'évitement consistent à rechercher une évasive par le haut ou par les côtés si une évasive par le haut est hors de portée des capacités manœuvrière de l'aéronef. Ces processus de détection de risque de collision sol et d'élaboration de trajectoire d'évitement ne seront pas détaillés car ils sont connus de l'homme du métier. Pour des détails à leurs sujets, on se rapportera utilement aux brevets précédemment mentionnés. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, l'équipement aπticollision sol TAWS 51 modélise le relief survolé à partir d'informations cartographiques tirées d'une base de données TBD 60. Il va de soit qu'il peut également utiliser une modélisation du relief survolé issue d'un autre équipement de l'aéronef, par exemple d'un radar météo si celui-ci dispose d'une fonction cartographie sol. Dans ce dernier cas, la base de données TBD 60 n'a plus qu'à stocker des informations sur les limites de zones interdites de pénétration.
D'une manière préférée, l'équipement anticollision sol TAWS 51 et le système de protection autonome OAPS 54 mettent en œuvre les mêmes volumes de protection : un volume de protection d'alarme et un volume de protection de pré-alarme de plus grande étendue.
Les détections d'intrusion dans le volume de protection de pré- alarme soit du relief survolé par l'équipement anticollision sol TAWS 51, soit d'une limite de zone interdite de pénétration par le système de protection autonome OAPS 54, entraînent des pré-alarmes, soit d'une prochaine collision terrain si l'émetteur est de l'équipement anticollision sol TAWS 51 , soit d'une prochaine pénétration dans une zone interdite si l'émetteur est le système de protection autonome OAPS 54, destinées à attirer l'attention de l'équipage sur la nécessité de modifier la trajectoire à court terme de l'aéronef.
Les détections d'intrusion dans le volume de protection d'alarme soit du relief survolé par l'équipement anticollision sol TAWS 51 , soit d'une limite de zone interdite de pénétration par le système de protection autonome OAPS 54, entraînent des alarmes, soit d'une possibilité de collision terrain à très court terme si l'émetteur est de l'équipement anticollision sol TAWS 51 , soit d'une pénétration à très court terme dans une zone interdite, alarmes nécessitant l'une et l'autre un changement immédiat de la trajectoire à court terme de l'aéronef. Dans les deux cas, ces alarmes sont accompagnées de l'élaboration de trajectoires d'évitement mais ces trajectoires d'évitement se traduisent, dans le cas de l'équipement anticollision sol TAWS par des consignes au pilote automatique / directeur de vol 12 venant du calculateur de gestion du vol FMS 30 qui peuvent être ignorée de l'équipage et, dans le cas du système de protection autonome OAPS 54, par des consignes aux équipements de commandes de vol 12 qui s'imposent à l'équipage. En final, les fonctions de détection de risque de pénétration dans une zone interdite et d'élaboration de trajectoire d'évitement du système de protection autonome OAPS 54 peuvent être assurées au prix de légères modifications souvent uniquement logicielles, par un équipement anticollision sol TAWS 51. Quant à la mise en œuvre d'une trajectoire d'évitement au niveau des équipements de commande de vol, elle peut se faire, également à moindre frais en utilisant l'accès de l'équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS 53.
Une pré-alarme d'une prochaine pénétration dans une zone interdite provenant du système de protection autonome OAPS 54 n'a d'intérêt que pour un équipage de bonne foi. Elle peut donc être gérée de la même manière qu'une pré-alarme d'une prochaine collision terrain émanant de l'équipement anticollision sol TAWS 51 et consister, à la base, en un conseil de type de type "pull up". Néanmoins, en cas d'inefficacité d'une telle manœuvre le conseil "pull up" ne sera pas donné mais remplacé par un simple avertissement de risque de franchissement d'une limite interdite, cela afin de ne pas induire davantage en erreur un équipage déjà victime d'une erreur de navigation et cherchant à reprendre en main la trajectoire de l'aéronef.
Au niveau d'une pré-alarme, le système de protection autonome OAPS 54 n'entrave pas la reprise en main de la trajectoire par le pilote. Il peut même, puisque ses fonctions sont alors assurées par les mêmes circuits que l'équipement anticollision sol TAWS 51 , conseiller au pilote, par l'intermédiaire du directeur de vol 12, la commande à appliquer au manche en tangage et en roulis pour s'écarter de la zone interdite.
Couplé à un équipement anticollision sol TAWS 51 , le système de protection autonome OAPS 54 proposé permet d'assurer une protection du vol en trois phases :
- une phase de détection des obstacles naturels et artificiels (fonction actuelle d'un TAWS), - une phase de pré-alarme incitant à l'équipage à changer la trajectoire de l'avion (fonction actuelle d'un TAWS),
- une phase d'alarme avec, soit une possibilité de prise de contrôle automatique de l'aéronef, sous l'autorité de l'équipage si l'alarme est une alarme de collision sol sans pénétration d'une zone interdite, soit une prise de contrôle autoritaire de l'aéronef en dehors de l'autorité de l'équipage si l'alarme est une alarme de pénétration de zone interdite.
Par rapport aux équipements de protection des limites du domaine de vol FELPS que l'on rencontre notamment, dans les aéronefs à commandes de vol électriques, le système de protection autonome OAPS 54 proposé ajoute, à la protection des limites du domaine de vol, la prise en compte d'une enveloppe de sécurité de vol, une enveloppe anti-crash en quelque sorte. La totalité du vol est par-là même protégée. Le respect des limites du domaine de vol et celui de l'enveloppe de sécurité de vol peuvent être assurés par des équipements séparés agissant au niveau des commandes de vol ou par un équipement unique auquel on donne le nom de FFPS (le sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne : "Full Flight Protection System"). La reprise en main automatique autoritaire ou non, se fait par un guidage vertical et/ou latéral de l'avion pouvant utiliser des modèles d'évitement prédéfinis correspondant à la situation conflictuelle rencontrée. Une fois une zone interdite évitée, le système rend la main au pilote dans une configuration de sécurité, par exemple, ailes horizontales. La prise de contrôle autoritaire de l'aéronef par le système de protection autonome n'intervient qu'en dernier recours. L'équipage a la maîtrise de l'aéronef tant qu'il ne dirige pas celui-ci dans une zone interdite pouvant conduire à la perte de l'aéronef et/ou à des dommages au tiers. Durant une phase de reprise en main automatique, qu'elle soit autoritaire ou non, l'action du pilote sur le manche peut être prise en compte si elle permet d'éviter plus franchement (marges accrues) la zone considérée.
Dans le cas où l'équipage n'effectuerait pas d'action correctrice suite à une pré-alarme de risque de pénétration dans une zone interdite, le système de protection autonome OAPS 54 attend le déclenchement d'une alarme de pénétration de zone interdite pour prendre le contrôle de l'aéronef en tangage et en roulis au niveau des commandes de vol et le repositionner sur une trajectoire sécurisée évitant la zone interdite et le relief. L'ordre de contrôle de l'aéronef est élaboré par le système de protection autonome OAPS 54 et non par les équipements de commande de vol 12. La reprise automatique et autoritaire du contrôle de l'aéronef s'effectue à l'endroit limite où une trajectoire manuelle relativement serrée permettrait encore à l'équipage de se dégager de la zone conflictuelle tout respectant les limitations de l'enveloppe du domaine de vol et une marge de trajectoire afin que l'avion n'approche pas dangereusement des obstacles lors de la reprise manuelle ou automatique du vol.
Dans le cas où l'équipage débuterait une manœuvre d'évitement jugée trop lente, le système reprend la main en mode automatique.
Dans le cas où l'équipage débuterait une manœuvre convenable d'évitement, l'auto-guidage n'est pas activé. Durant la reprise automatique et autoritaire du contrôle de l'aéronef, les ordres appliqués par le pilote au manche peuvent s'ajouter aux ordres automatiques lorsque qu'ils vont dans le bon sens et respectent les limites de l'enveloppe du domaine de vol. On obtient ainsi une manœuvre d'évitement plus serrée. La reprise automatique et autoritaire du contrôle de l'aéronef peut mettre en œuvre, en fonction de la situation conflictuelle rencontrée, plusieurs modèles prédéfinis de trajectoire d'évitement. Durant la manœuvre d'évitement imposée à l'équipage, l'évolution de la position de l'avion vis à vis du relief est surveillée par l'équipement TAWS 51 sous le contrôle du système de protection autonome OAPS 54 et éventuellement modifiée pour parer à tout risque de collision sol détecté.
Le système de protection autonome OAPS 54 peut en outre, alerter le contrôle aérien par l'intermédiaire des équipements de transmission radioélectrique de l'aéronef, par exemple, au moyen d'un code transpondeur prioritaire pour qu'il prenne en compte le changement urgent et autoritaire de trajectoire. Bien entendu, ce code n'est pas modifiable par l'équipage jusqu'à l'atterrissage ou jusqu'à la fin de la procédure d'évitement.
Pendant toute la phase de prise de contrôle de l'aéronef par le système de protection autonome OAPS 54, l'équipage est averti par un message affiché sur un écran de visualisation EFIS 40 tel que, par exemple l'écran PFD (sigle étant l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Primary Flight Display). En outre, le directeur de vol 20 affiche les consignes appliquées pour aider le pilote à comprendre la situation de vol et faciliter une éventuelle intervention manuelle de sa part. En fin de manœuvre autoritaire d'évitement de zone interdite, le système de protection autonome OAPS 54 remet l'aéronef sur une trajectoire sécurisée, rend la main à l'équipage et supprime tout message de prise de contrôle de l'aéronef.
Le système de protection autonome OAPS 54 peut comporter un mode de fonctionnement particulier dit veille active qui est déclenché par l'équipage, par exemple par actionnement d'un bouton "panique", lorsqu'il décèle un comportement menaçant pour la sécurité du bord, de la part d'une ou plusieurs personnes embarquées, et qui correspond à un volume de protection d'alarme agrandi permettant d'anticiper avec davantage de marge les actions visant à précipiter l'aéronef contre un obstacle ou le terrain. Ce mode de fonctionnement non désactivable jusqu'à la fin du vol peut admettre des particularités dans le design fonctionnel comme, par exemple, la possibilité de guider de manière autoritaire l'aéronef vers un champ d'aviation adéquat et d'y gérer l'atterrissage. Le système de protection autonome OAPS 54 comporte une fonction de désactivation pour les situations d'urgence : avarie moteur, avarie hydraulique, etc., où un aéronef doit pouvoir être manœuvré librement quelque soit l'environnement en terme d'obstacle afin que l'équipage ait la possibilité d'effectuer un atterrissage en campagne ou un tour de piste à très basse altitude pour rejoindre une piste ou une route, et pour l'atterrissage qui est une phase critique du vol ne devant pas être interrompue, l'aéronef s'approchant de très près du sol.
Cette fonction de désactivation détermine les situations d'urgence par analyse des paramètres critiques de l'aéronef (paramètres FADEC, hydrauliques, etc.) mais ne considère pas un arrêt volontaire d'un moteur ou de plusieurs moteurs comme une situation d'urgence. Si un équipage malveillant coupe manuellement tous les moteurs, le système de protection autonome OAPS 54 ne se désactive pas obligeant l'aéronef à éviter, dans son plané, les zones interdites et à se diriger, dans la mesure du possible, vers la piste la plus proche ou à défaut jusqu'au touché vers une zone dépourvue d'obstacles artificiels et ayant le relief le plus plat possible ("crash contrôlé"). L'action de projeter l'avion sur une cible ponctuelle, moteurs > arrêtés, a ainsi, toutes les chances d'échouer, l'équipage ne connaissant pas la zone de crash choisie par le système. La fonction de désactivation détermine une situation d'atterrissage par la localisation de l'aéronef dans la zone d'axe de piste d'un terrain d'atterrissage. Elle met fin à une manœuvre autoritaire d'évitement engagée par le système de protection autonome OAPS 54 en courte finale avant le passage du seuil de piste et affiche sur les écrans EFIS un message avertissant l'équipage qu'il a la responsabilité de l'atterrissage. Le système de protection autonome OAPS 54 reste néanmoins en veille pour corriger toute manœuvre à très basse altitude en dehors du volume de l'axe de piste.
En approche d'un aéroport, le système de protection autonome
OAPS 54 peut réduire, en fonction de la vitesse décroissante de l'aéronef, le volume de protection autour de l'aéronef à partir duquel il détecte les intrusion de limite de zone interdite sur lesquelles il base son alarme afin de diminuer la marge de précaution prise par rapport à une zone interdite car un aéronef est plus manœuvrant à vitesse réduite. Dans ce but, il peut utiliser les modèles de reconnaissance d'approche décrits pour des équipements TAWS dans les brevets français FR 2.783.912 et américain US 6,317,663.
Pour renforcer la sécurité du système de protection autonome OAPS 54, qui est un système critique au même titre que les équipements de commandes de vol 12, le pilote automatique / directeur de vol 20 et l'équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS 53, celui-ci reçoit des informations consolidées provenant de sources multiples et indépendantes par des voies redondantes. Ainsi, l'information d'altitude qu'il reçoit provient d'une double source radio altitude / data base par application d'une méthode de consolidation d'altitude telle que celle employée dans les équipements TAWS et possiblement d'une triple information radio altitude / data base / mode "ground map" du radar météo. De même l'information de position qu'il reçoit peut provenir de la consolidation de deux informations de position fournies par deux récepteurs indépendants de positionnement par satellites GPS/GNSS embarqués dans l'aéronef.
Toujours dans le but de renforcer sa sécurité de fonctionnement, le système de protection autonome OAPS 54 est équipé d'une fonction de surveillance de bon fonctionnement BITE (sigle provenant de l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Built In Test Equipment") effectuant des tests et des diagnostics de panne et désactivant une prise de contrôle autoritaire de l'aéronef en cas de détection d'une panne compromettant, soit l'élaboration de la trajectoire d'évitement, soit l'intégrité des ordres à destination des équipements des commandes de vol 12 mais laissant néanmoins les fonctions Détection et Alerte continuer à opérer tant qu'elles ne sont pas affectées par une panne.
Le système de protection autonome OAPS 54 peut être réalisé selon une architecture modulaire à base de plusieurs modules redondants de type LRU (sigle provenant de l'acronyme de l'expression anglo-saxonne : "Une Replaceable Unit") afin de garder la disponibilité de la fonction en cas d'endommagement d'un module LRU.
Plus généralement, le système de protection autonome OAPS 54 a une architecture à sécurité positive ("fail safe" en anglo-saxon) et durcie pour prévenir toute altération de son fonctionnement par une intervention extérieur (emplacement inaccessible de la cabine de pilotage) et toute désactivation par action sur les circuits d'alimentation des différents sous- systèmes (pas d'interrupteurs ou disjoncteurs manœuvrables manuellement depuis le poste de pilotage ou une quelconque partie de l'avion accessible durant le vol sur les circuits électriques d'alimentation du système de protection autonome OAPS 54 et des Radio Altimètres RA, GPS, FADEC, Hydraulic System, calculateurs des commandes électriques de vol).
Le système de protection autonome OAPS 54 ne demande pas d'avoir une information très précise sur la position de l'aéronef. Une précision de l'ordre de la vingtaine de mètres convient de sorte que l'information de position peut provenir d'un récepteur de positionnement par satellites éventuellement doublé par sécurité sans qu'il soit fait appel à un équipement de référence inertielle 1RS (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne "Inertial Référence System").
L'implémentation du système de protection autonome OAPS 54 dans l'architecture des équipements de vol d'un aéronef à commandes de vol électriques peut se faire par les adaptations suivantes : - modification de l'équipement anticollision sol TAWS pour qu'il assure également les fonctions assurée par le système de protection autonome OAPS,
- ajout d'une interface aux calculateurs de commandes de vol pour qu'ils acceptent des ordres de manœuvre prioritaires provenant de l'équipement anticollision sol modifié,
- adaptation des systèmes GPS, FADEC, HYDRAULIQUE et Radio Altimètres dans le cadre de l'interface pour qu'ils acquièrent un caractère « fail safe » et ne soient pas désactivables par disjoncteur (breaker) au cours du vol,
- adaptation du transpondeur pour recevoir un code d'alerte du système, prioritaire sur les autres codes, non modifiable par l'équipage,
- adaptation des écrans EFIS pour afficher la trajectoire de reprise automatique prévue ( écran de navigation ND) en plus du terrain et des obstacles, et les messages d'alerte du système (horizon artificiel PFD),
- adaptation de l'unité de génération audio pour générer des messages de préalarme et d'alarme vocales envoyés par l'équipement TAWS modifié.
Les figures 2 à 4 illustrent des exemples d'implantation d'un système de protection automatique de vol FFPS (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Full Flight Protection System") rassemblant les fonctions d'un système de protection autonome empêchant toute pénétration dans une zone interdite, d'un équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS et d'un équipement anticollision sol TAWS, dans l'architecture d'un système de vol de différents avions de transport.
La figure 2 donne un exemple d'implantation d'un système de protection automatique de vol FFPS dans l'architecture du système de vol d'un avion de type Airbus A320. Ce type d'avion comporte des équipements de commandes de vol formés de deux calculateurs à partage de tâches pour la manœuvre des surfaces mobiles de l'avion : ailerons, gouvernes, stabilisateurs, etc., l'un 100 dit E AC (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne "ELevator and Aileron Computer") et l'autre 101 dit SEC (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo- saxonne "Spoiler and Elevator Computer") et d'un calculateur FADEC 102 doublé par sécurité pour le contrôle des moteurs. Les calculateurs ELAC 100 et SEC 101 répondent aux sollicitations du pilote par l'intermédiaire d'un mini-manche latéral dit "sidestick" et d'un palonnier ainsi qu'aux directives d'un calculateur 103 dit FMGC (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne " Flight Management and Guidance Computer") assurant les fonctions d'un calculateur de gestion du vol FMS, d'un pilote automatique et d'un directeur de vol. Le calculateur FMGC 103 reçoit des informations sur les paramètres de vol d'un ensemble 104 de capteurs dit ADIRS (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :Air Data / Inertial Référence System"), d'un radioaltimètre RA105 doublé par sécurité et d'un récepteur de positionnement par satellites GPS 106 également doublé par sécurité, et répond aux directives du pilote lui parvenant par les interfaces homme-machine FCU 107 et MCDU 108. En plus de ces éléments, le système de vol d'un airbus A 320 comporte, un système hydraulique 109 pour l'actionnement des éléments mobiles de l'avion, un générateur d'alarmes sonores 110, des écrans d'affichage EFIS 111 , un système ATC 112 de radiocommunication avec le sol, et éventuellement, un équipement anticollision avion TCAS 113 et un radar météo WXR 114 pouvant avoir une fonction cartographique 115, dont on n'a pas représenté les liaisons avec le calculateur FMGC 103 dans un but de simplification de la figure.
Le système de protection automatique du vol FFPS 120 s'intègre au centre de cette architecture de système de vol. Il reçoit des informations sur les paramètres de vol en provenance du radioaltimètre RA 105, du récepteur de positionnement par satellites 106, du système hydraulique 109 et éventuellement de l'ensemble de capteurs ADIRS 104, de l'équipement aπticollision TCAS 113 et du radar météo 114 par des liaisons dédiées. Il délivre des directives de vol pouvant prévaloir sur les sollicitations du pilote aux calculateurs ELAC 100 et SEC 101 des commandes de vol, des informations à destination de l'équipage par l'intermédiaire du générateur d'alarmes sonores 110 et des écrans EFIS 111, et des informations à destination du contrôle aérien par l'intermédiaire de l'équipement de transmission ATC 112. La figure 3 donne un autre exemple d'implantation, dans l'architecture du système de vol d'un avion de type Airbus A330/340, d'un système de protection automatique de vol FFPS 220 rassemblant les fonctions d'un système de protection autonome empêchant toute pénétration dans une zone interdite, d'un équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS et d'un équipement anticollision sol TAWS.
Le système de vol d'un avion de type Airbus A330/340 se distingue de celui montré à la figure 2 par la réalisation des équipements de commande de vol qui fait appel à deux calculateurs entièrement redondants et modulaires pour la manœuvre des surfaces mobiles de l'avion, l'un 200 dit FCPC (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo- saxonne "Flight Control Primary Computer") et l'autre 201 dit FCSC (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne "Flight Control Secondary Computer") et par un calculateur différent 203 de gestion du vol dit FMGEC (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo- saxonne :"Flight Management and Guidance Enveloppe Computer"). Les autres équipements inchangés par rapport à la figure 2 conservent les mêmes indexations.
Le système de protection automatique du vol FFPS 220 s'intègre au centre de cette architecture de système de vol d'une manière très proche au cas précédent. Il reçoit des informations sur les paramètres de vol en provenance du radioaltimètre RA 105, du récepteur de positionnement par satellites 106, du système hydraulique 109 et éventuellement de l'ensemble de capteurs ADIRS 104, de l'équipement anticollision TCAS 113 et du radar météo 114, délivre des informations à destination de l'équipage par l'intermédiaire du générateur d'alarmes sonores 110 et des écrans EFIS 111 , et des informations à destination du contrôle aérien par l'intermédiaire de l'équipement de transmission ATC 112 et applique des directives de vol pouvant prévaloir sur les sollicitations du pilote aux calculateurs FCPC 200 et FCSC 201 des commandes de vol.
La figure 4 donne encore un autre exemple d'implantation, dans l'architecture du système de vol d'un avion de type Boeing 777, d'un système de protection automatique de vol FFPS 320 rassemblant les fonctions d'un système de protection autonome empêchant toute pénétration dans une zone interdite, d'un équipement de protection des limites du domaine de vol FELPS et d'un équipement anticollision sol TAWS. Ce type d'avion comporte des équipements de commandes de vol formés de calculateurs redondants 300 de contrôle des actionneurs des surfaces mobiles de l'avion : ailerons, gouvernes, stabilisateurs, etc., dits ACE (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne "Actuator Control Electronics")) et d'un calculateur FADEC 301 doublé par sécurité pour le contrôle des moteurs. Le calculateur ACE 300 répond aux sollicitations du pilote par l'intermédiaire d'un manche dit "Control Column" et d'un palonnier ainsi qu'aux directives d'un pilote automatique / directeur de vol 302 dit AP/FP (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne " Autopilot / Flight Director") et d'un calculateur de gestion du vol FMS 303. Le pilote automatique / directeur de vol AP/FP 302 et le calculateur de gestion du vol FMS 303 reçoivent des informations sur les paramètres de vol d'un ensemble 304 de capteurs dit AD1RU (sigle correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne :Air Data / Inertial Référence Unit"), d'un radioaltimètre RA 305 doublé par sécurité et d'un récepteur de positionnement par satellites GPS 306 également doublé par sécurité et répond aux directives du pilote lui parvenant par les interfaces homme-machine FCU 307 et MCDU 308. En plus de ces éléments, le système de vol d'un boeing 777 comporte, un système hydraulique 309 pour l'actionnement des éléments mobiles de l'avion, un générateur d'alarmes sonores 310, des écrans d'affichage EFIS 311 , un système ATC 312 de radiocommunication avec le sol, et éventuellement, un équipement anticollision avion TCAS et un radar météo WXR pouvant avoir une fonction cartographique 115 non représentés. Comme précédemment, le système de protection automatique du vol FFPS 320 s'intègre au centre de l'architecture de système de vol. Il reçoit des informations sur les paramètres de vol en provenance du radioaltimètre RA 305, du récepteur de positionnement par satellites GPS 306, du système hydraulique 309 et éventuellement de l'ensemble de capteurs ADIRU 304 par des liaisons dédiées, délivre des informations à destination de l'équipage par l'intermédiaire du générateur d'alarmes sonores 310 et des écrans EFIS 311 , et des informations à destination du contrôle aérien par l'intermédiaire de l'équipement de transmission ATC 312 et applique des directives de vol pouvant prévaloir sur les sollicitations du pilote aux calculateurs ACE 300 des commandes de vol. Les figures 5 à 13 illustrent des exemples de modèles de trajectoire d'évitement applicables, selon la situation rencontrée, par le système de protection autonome OAPS 54 ou par un système automatique de protection du vol FFPS 120, 220, 320. Par facilité, les modèles de trajectoire d'évitement représentés sont des modèles de trajectoire d'évitement purement latérale ou purement verticale mais il va de soi, que la combinaison d'un modèle de trajectoire latérale avec un modèle de trajectoire verticale est possible.
Les figures 5 et 6 illustrent des cas d'évitement latéral par la droite ou par la gauche, à altitude constante, de zones interdites de pénétration de dimensions limitées mais infranchissables par le dessus (pas de pré-alarme ou d'alarme de type :"Pull up").
Dans la figure 5, les zones interdites de pénétration de dimensions limitées sont des obstacles du genre antennes 80, 81 ou bâtiment 82 relativement distants les uns des autres. L'aéronef 83 arrive, face au bâtiment 82, sur une trajectoire 84 contrôlée par le pilote et tracée en pointillés. A une certaine distance du bâtiment 82 considéré comme une zone interdite de pénétration, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 détecte un risque de pénétration en zone interdite et engendre une pré-alarme à l'intention du pilote alors que l'aéronef 83, toujours contrôlé par le pilote, poursuit sa progression vers le bâtiment 82 ( partie de trajectoire 85 repérée par des tiretets). Le pilote n'ayant pas tenu compte de la pré-alarme, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS se met en alarme et prend le contrôle de l'aéronef 83 pour lui faire contourner le bâtiment sans risquer la collision avec les antennes 80, 81 , soit par la gauche selon la trajectoire d'évitement 86 tracée en trait continu, soit par la droite selon la trajectoire d'évitement 87 tracée en traits discontinus. Le bâtiment 82 évité et l'aéronef 83 mis en vol sécurisé, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 rend la main au pilote qui continue sa route selon l'une ou l'autre des trajectoires 88 ou 89 tracées en pointillés.
La figure 6 illustre une situation analogue à celle de la figure 5 dans laquelle les zones interdites de pénétration sont constituées par des reliefs 90, 91 , 92 de dimensions limitées. L'aéronef 83, son pilote et son système automatique de protection du vol FFPS ou son système de protection autonome OAPS ont les mêmes comportements que dans la figure 5.
Les figures 7 et 8 illustrent des cas d'évitement latéral, par rebroussement, d'une zone interdite de pénétration, de dimensions étendue, infranchissable par le dessus (pas de pré-alarme ou d'alarme de type :"Pull up").
Dans la figure 7, la zone interdite de pénétration est un ensemble étendu, formé de bâtiments 93, 94 et d'une antenne 95. L'aéronef 83 arrive, face à l'ensemble de bâtiments 93, 94, sur une trajectoire 96 contrôlée par le pilote et tracée en pointillés. A une certaine distance de l'ensemble de bâtiments 93, 94 et de l'antenne 95 considéré comme une zone interdite de pénétration, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 détecte un risque de pénétration en zone interdite et engendre une pré-alarme à l'intention du pilote alors que l'aéronef 83, toujours contrôlé par le pilote, poursuit sa progression vers l'ensemble de bâtiments 93, 94 ( partie de trajectoire 97 repérée par des tirets). Le pilote n'ayant pas tenu compte de la pré-alarme, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS se met en alarme et prend le contrôle de l'aéronef 83 pour lui faire faire demi-tour, soit par la gauche selon la trajectoire d'évitement 98 tracée en trait continu, soit par la droite selon la trajectoire d'évitement 99 tracée en traits discontinus. L'ensemble de bâtiments 93, 94 et l'antenne 95 évités, et l'aéronef 83 mis en vol sécurisé, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS rend la main au pilote qui continue sa route selon une trajectoire 400 opposée à sa trajectoire initiale et tracée en pointillés.
La figure 8 illustre une situation analogue à celle de la figure 7 dans laquelle la zone étendue, interdite de pénétration est constituée d'un relief 401. L'aéronef 83, son pilote et son système automatique de protection du vol FFPS ou son système de protection autonome OAPS ont les mêmes comportements que dans la figure 7.
La figure 9 illustre le cas d'un évitemeπt latéral de zones interdites de pénétration constituées par des reliefs 402 à 406 bordant un aéroport 407 et imposant le respect d'un couloir d'approche 408. Le contour du couloir d'approche 408 est assimilé par le système automatique de protection FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 à la réunion des limites des zones interdites. L'aéronef 83 arrive, en phase d'approche, en direction du relief 405 pour prendre l'axe de piste, selon une trajectoire
5 409 contrôlée par le pilote et tracée en pointillés. Le pilote retarde trop son virage de sorte que l'aéronef 83 poursuivant sa trajectoire (partie de trajectoire 410 repérée par des tirets) s'approche trop des reliefs 405, 406 et que son système automatique de protection du vol FFPS ou son système de protection autonome OAPS détecte un risque de pénétration en zone
10 interdite et engendre une pré-alarme à l'intention du pilote. Le pilote n'ayant pas tenu compte de la pré-alarme, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS se met en alarme et prend le contrôle de l'aéronef 83 pour le repositionner vers l'intérieur du couloir d'approche, en divergence avec sa limite 408, selon une trajectoire
15 411 tracée en trait continu. Une fois disparue la détection d'un risque de pénétration en zone interdite et l'aéronef 83 mis en vol sécurisé, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS rend la main au pilote qui continue son approche selon une trajectoire 412 tracée en pointillés.
20 La figure 10 illustre un autre cas d'un évitement latéral de zones interdites de pénétration constituées par des reliefs 415, 416 bordant un aéroport 417 et imposant le respect d'un couloir, au décollage ou en cas d'une approche interrompue. Les côtés du couloir sont assimilés par le système automatique de protection FFPS où le système de protection
25 autonome OAPS de l'aéronef 83 à celles des zones interdites 415, 416. L'aéronef 83, en phase de décollage, suit, sous le contrôle du pilote, une trajectoire 418 tracée en pointillés, suivant l'axe de la piste de l'aéroport en direction du relief constituant la zone interdite 415. Le pilote retarde trop son virage de sorte que l'aéronef 83 poursuivant sa trajectoire (partie de
30 trajectoire 419 repérée par des tirets) s'approche trop du relief 415 et que son système automatique de protection du vol FFPS ou son système de protection autonome OAPS détecte un risque de pénétration en zone interdite et engendre une pré-alarme à l'intention du pilote. Le pilote n'ayant pas tenu compte de la pré-alarme, le système automatique de protection du
35 vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS se met en alarme et prend le contrôle de l'aéronef 83 pour le repositionner vers l'intérieur du couloir de décollage, en divergence par rapport à la limite du couloir, selon une trajectoire 420 tracée en trait continu. Une fois disparue la détection d'un risque de pénétration en zone interdite et l'aéronef 83 mis en vol sécurisé, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS rend la main au pilote qui continue son décollage selon une trajectoire 421 tracée en pointillés.
Les figures 11 et 12 illustrent des cas d'évitement vertical d'une zone interdite de pénétration avec une limite de protection verticale. Dans la figure 11 , la zone interdite de pénétration à limite de protection verticale est constituée d'un ensemble de bâtiments 430, 431 et d'une antenne 432 ne devant pas être survolés en-deça d'une altitude minimum 433. L'aéronef 83 arrive, en descente, sur une trajectoire 434 contrôlée par le pilote et tracée en pointillés. Le pilote retarde trop sa mise en palier si bien que le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 détecte un risque de franchissement de l'altitude minimale autorisée et engendre une pré-alarme à l'intention du pilote alors que l'aéronef 83, toujours contrôlé par le pilote, poursuit sa descente ( partie de trajectoire 435 repérée par des tiretets). Le pilote n'ayant pas tenu compte de la pré-alarme, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS se met en alarme et prend le contrôle de l'aéronef 83 pour le mettre en palier selon la trajectoire 436 tracée en trait continu. L'altitude minimale respectée et l'aéronef 83 mis en vol sécurisé, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 rend la main au pilote qui continue sa route selon la trajectoire 437 tracée en pointillés.
La figure 12 illustre une situation analogue à celle de la figure 11 dans laquelle la zone interdite de pénétration en-deçà d'une altitude minimale est constituée par du relief 440. L'aéronef 83, son pilote et son système automatique de protection du vol FFPS ou son système de protection autonome OAPS ont les mêmes comportements que dans la figure 11.
La figure 13 illustre un cas d'évitement vertical d'une zone interdite de pénétration à limite de protection verticale dans le cas d'un aéronef 83 atteignant la zone interdite, ici un relief 450, alors qu'il vole en palier à une altitude inférieure à la limite de protection verticale de la zone interdite mais que ses performances lui permettent un évitement de la zone interdite par le dessus. L'aéronef 83 arrive, en palier, en direction de la zone interdite 450, sur une trajectoire 451 contrôlée par le pilote et tracée en pointillés. Le pilote maintient trop longtemps le palier si bien que le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'avion 83 détecte un risque de pénétration de l'espace de la zone interdite et engendre une pré-alarme à l'intention du pilote alors que l'aéronef 83, toujours sous contrôle du pilote, poursuit son palier (partie de trajectoire 452 repérée par des tirets). Le pilote n'ayant pas tenu compte de la pré-alarme, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS se met en alarme et prend le contrôle de l'aéronef 83 pour le faire passer à une altitude supérieure à l'altitude minimale imposée sur la zone interdite, selon une trajectoire ascendante 453 tracée en trait continu. L'altitude minimale respectée et l'aéronef 83 mis en vol sécurisé, le système automatique de protection du vol FFPS ou le système de protection autonome OAPS de l'aéronef 83 rend la main au pilote qui continue sa route selon la trajectoire 454 tracée en pointillés. Le système automatique de protection du vol qui vient d'être décrit généralise le principe de la protection du domaine du vol vers une protection globale du vol incluant la protection par rapport au reliefs et aux obstacles. Il n'intervient pas dans les manœuvres de l'équipage en condition normale, d'urgence ou de secours. Il alerte l'équipage du rapprochement d'un obstacle ou d'un risque de pénétration dans une zone interdite pouvant mettre gravement en danger la suite du vol et les populations survolées. En cas d'erreur de trajectoire, il permet à l'équipage de reprendre rapidement la trajectoire appropriée. En cas d'acte délibéré de malveillance, il limite la perte possible de l'aéronef et le dommage causé au tiers qui en résulterait. Il n'effectue une prise autoritaire du contrôle de l'aéronef qu'en dernier recours lorsque la probabilité pour que l'équipage réagisse favorablement pour sauver l'aéronef devient faible. En réduisant les risques de crash liés à des erreurs de trajectoire ou à des actes de malveillance, il concourt à la fois à la sûreté et à la sécurité du transport aérien. L'architecture proposée pour ce système de protection automatique du vol est bien adaptée aux aéronefs à commandes de vol électriques dans lesquels les manches, manettes, palonniers à la disposition du pilote sont facilement neutralisables. De plus, le calculateur de gestion du vol FMS peut s'interfacer avec lui dans le but d'anticiper les prédictions de conflit du plan de vol avec le terrain au niveau tant latéral que vertical.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de protection automatique du vol pour un aéronef (83) équipé d'un système de positionnement, (106, 306) caractérisé en ce qu'il comporte une base de données (60), accessible de l'aéronef (83), répertoriant des zones interdites de pénétration et un équipement antipénétration en zone interdite (54) assimilant les risques de pénétration en zone interdite à la détection des intrusions des zones interdites de pénétration modélisées à partir des éléments de la base de données (60), à l'intérieur d'au moins une enveloppe de protection de sécurité de vol construite autour d'une position déduite de la position courante de l'aéronef fournie par le système de positionnement (106, 306) et prenant automatiquement le contrôle de l'aéronef (83) en cas de détection d'une intrusion d'une zone interdite de pénétration dans l'enveloppe de protection de sécurité de vol.
2. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, lorsqu'il prend le contrôle de l'aéronef (83), l'équipement anti-pénétration en zone interdite lui fait suivre une trajectoire d'évitement de la zone interdite de pénétration.
3. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, lorsqu'il a pris le contrôle de l'aéronef (83), l'équipement anti-pénétration en zone interdite le rend à l'équipage de l'aéronef (83) dès qu'il ne détecte plus d'intrusion d'une zone interdite de pénétration dans l'enveloppe de protection de sécurité de vol
4. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un équipement anti- pénétration en zone interdite (54) construisant, en plus de l'enveloppe de protection de sécurité de vol, une enveloppe de protection d'alerte de pénétration, plus étendue que l'enveloppe de protection de sécurité de vol, et un générateur d'alertes à destination de l'équipage de l'aéronef activé en cas d'intrusion d'une zone interdite de pénétration dans cette enveloppe de protection d'alerte de pénétration.
5. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une base de données (60) répertoriant les zones interdites de pénétration et stockant une représentation du relief ou d'une enveloppe du relief.
6. Système de protection automatique du vol selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un équipement anticollision terrain (51 ) assimilant les risques de collision avec le sol ou des obstacles au sol, à la détection des intrusions du sol ou d'obstacles au sol modélisés à partir de la représentation du relief ou d'une enveloppe du relief stockée dans la base de données (60), à l'intérieur d'au moins une enveloppe de protection sol construite autour d'une position déduite de la position courante de l'aéronef (83) fournie par le système de positionnement (106, 306) et alertant l'équipage d'un risque de collision sol en cas de détection d'une intrusion du sol ou d'un obstacle au sol dans l'enveloppe de protection sol.
7. Système de protection automatique du vol selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un équipement anticollision terrain (51 ) assimilant les risques de collision avec le sol ou des obstacles au sol, à la détection des intrusions du sol ou d'obstacles au sol modélisés à partir de la représentation du relief ou d'une enveloppe du relief stockée dans la base de données (60), à l'intérieur d'au moins une enveloppe de protection sol construite autour d'une position déduite de la position courante de l'aéronef (83) fournie par le système de positionnement (106, 306), alertant l'équipage d'un risque de collision sol en cas de détection d'une intrusion du sol ou d'un obstacle au sol dans l'enveloppe de protection sol et lui proposant une trajectoire d'évitement.
8. Système de protection automatique du vol selon la revendication 7, caractérisé en ce que son équipement anticollision terrain (51 ) construit, en plus de l'enveloppe de protection sol, une enveloppe de protection de pré-alerte de collision sol, plus étendue que l'enveloppe de protection sol et alerte l'équipage de la nécessité d'une modification du plan de vol en cas d'intrusion du sol ou d'un obstacle au sol dans cette enveloppe de pré-alerte de collision sol.
9. Système de protection automatique du vol selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un équipement antipénétration en zone interdite (54) et un équipement anticollision terrain (51) ayant des enveloppes de protection communes.
10. Système de protection automatique du vol selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'équipement anti-pénétration en zone interdite (54) et l'équipement anticollision terrain (51) ont des enveloppes de protection de sécurité de vol et de protection sol identiques.
11. Système de protection automatique du vol selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'équipement anti-pénétration en zone interdite (54) et l'équipement anticollision terrain (51) ont des enveloppes de protection de sécurité de vol et de protection sol identiques et des enveloppes de protection d'alerte de pénétration et de pré-alerte de collision sol identiques.
12. Système de protection automatique du vol selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un équipement antipénétration en zone interdite (54) construisant en plus de l'enveloppe de protection de sécurité de vol, une enveloppe de protection d'alerte de pénétration, un équipement anticollision terrain (51 ) construisant une l'enveloppe de protection sol et une enveloppe de pré-alerte de collision sol, et un générateur d'alertes (52) à destination de l'équipage de l'aéronef (83) engendrant plusieurs sortes d'alarmes dont :
- une pré-alarme de risque de pénétration en zone interdite en cas d'intrusion d'une zone interdite de pénétration dans l'enveloppe de protection de d'alerte de pénétration,
- une pré-alarme de risque de collision soi en cas d'intrusion du relief dans l'enveloppe de protection de pré-alerte de collision sol, et - une alarme de risque de collision sol en cas d'intrusion du relief dans l'enveloppe de protection sol.
13. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte en outre un équipement d'alerte du contrôle aérien par lequel il avise le contrôle aérien de toute prise de contrôle automatique de l'aéronef.
14. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte en outre un équipement de mise sous veille renforcée actionnable par l'équipage de l'aéronef et/ou un personnel au sol et provoquant une extension des volumes de protection de l'équipement anti-pénétration en zone interdite (54).
15. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte en outre un équipement de désactivation empêchant une prise de contrôle de l'aéronef en cas d'une panne majeure des équipements de vol de l'aéronef ou en manœuvre finale d'atterrissage.
16. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'équipement anti-pénétration en zone interdite (54) agit au niveau des commandes de vol (12) de l'aéronef.
17. Système de protection automatique du vol selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'équipement anti-pénétration en zones interdites (54) met en œuvre des volumes de protection dont les étendues sont fonction de la vitesse de l'aéronef.
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