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FR3040371A1 - Procede et dispositif de determination automatique d'un etat de piste. - Google Patents

Procede et dispositif de determination automatique d'un etat de piste. Download PDF

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FR3040371A1
FR3040371A1 FR1558133A FR1558133A FR3040371A1 FR 3040371 A1 FR3040371 A1 FR 3040371A1 FR 1558133 A FR1558133 A FR 1558133A FR 1558133 A FR1558133 A FR 1558133A FR 3040371 A1 FR3040371 A1 FR 3040371A1
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FR
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aircraft
track
distance
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runway
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FR1558133A
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Nicolas Daveau
Laurent Berdoulat
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Airbus Operations SAS
Original Assignee
Airbus Operations SAS
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Publication date
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Abstract

- Le dispositif (1) comporte une unité d'estimation (4) comprenant un élément (16) pour calculer une distance dite effective, représentant la distance couverte par l'aéronef sur au moins un intervalle de vitesse délimité entre deux vitesses de l'aéronef, l'intervalle correspondant au roulage sur un tronçon de la piste, pour lequel la performance de freinage de l'aéronef est limitée par la friction de la piste, un élément (17) pour calculer une pluralité de distances dite de référence correspondant à différents états de piste, un élément (18) pour comparer la distance effective auxdites distances de référence, et un élément (21) pour sélectionner, à partir de ces comparaisons, l'une desdites distances de référence, l'état de piste qui correspond à la distance de référence ainsi sélectionnée représentant l'état de piste déterminé par le dispositif (1).

Description

DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détermination automatique d'un état de piste, ainsi qu'un système d'aide à l'atterrissage d'aéronefs, dont au moins l’un est équipé d’un tel dispositif.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Lors du roulage d'un aéronef, notamment d’un avion de transport, sur une piste d’un aéroport, pendant une phase d'atterrissage, la connaissance de l'état de surface de la piste est extrêmement importante. En effet, de cette connaissance dépend la prédiction de la performance de freinage de l'aéronef. On peut, en effet, dans ce cas : - estimer au mieux la distance nécessaire pour arrêter l'aéronef dans un souci de sécurité ; et - ne pas surestimer la distance d'arrêt nécessaire pour immobiliser l'aéronef, et donc ne pas pénaliser, outre mesure, les opérations d'utilisation de la piste et de l'aéronef.
On sait en effet qu’un coefficient de friction de la piste plus faible que prévu ou une présence de contaminant plus importante que reporté font partie des principaux facteurs de dépassement de piste lors de l’atterrissage.
Or, les performances de freinage d'un aéronef sur une piste contaminée sont très difficiles à prédire en raison de la difficulté de connaître, de manière fiable et précise, la contribution de l'état de piste à la décélération de l'aéronef, notamment en termes d'adhérence et de traînées de projection et de déplacement en cas de contaminant épais.
Les contaminants peuvent être tout élément venant se déposer sur la piste, comme par exemple des gommes déposées lors d'atterrissages précédents, de l'huile, de l'eau de pluie formant une couche plus ou moins uniforme sur la piste, de la neige, de la glace, ... La connaissance de l'état de piste peut donc être profitable pour améliorer les systèmes d'atterrissage.
On sait que des algorithmes d’identification usuels d’état de piste sont basés sur une comparaison entre les forces de freinage courantes et des forces de freinage de référence (qui représentent les forces de freinage qu’aurait l’aéronef sur des états de référence de la piste).
Or, une telle estimation de l’état de la piste peut présenter des incohérences dans certaines situations.
Cette solution usuelle n’est donc pas optimale.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de fournir une information sur l’état de la piste, qui est déterminée à partir de paramètres de l’aéronef et qui est représentative de l’état de la piste, tel que perçu au niveau de l’aéronef.
La présente invention concerne un procédé de détermination automatique d’un état de piste, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - une étape de génération de données consistant à générer la valeur courante d’au moins un paramètre de l’aéronef, lors d’un roulage au sol de l’aéronef sur la piste ; - une étape d’estimation consistant à estimer au moins un état de piste à l’aide de ladite valeur courante ; et - une étape de transmission consistant à transmettre au moins une information relative à cet état de piste à au moins un utilisateur externe à l’aéronef.
Selon l’invention, l’étape d’estimation comporte : - une première sous-étape de calcul consistant à calculer une distance dite effective, représentant la distance couverte par l’aéronef sur au moins un intervalle de vitesse délimité entre deux vitesses de calcul, ledit intervalle de vitesse correspondant au roulage sur au moins un tronçon de la piste, pour lequel la performance de freinage de l’aéronef est limitée par l’adhérence de la piste ; - une deuxième sous-étape de calcul consistant à calculer sur ledit au moins un intervalle de vitesse, une pluralité de distances dite de référence correspondant, respectivement, à différents états de piste ; - une sous-étape de comparaison consistant à comparer la distance effective auxdites distances de référence ; et - une sous-étape de sélection consistant à sélectionner, à partir de ces comparaisons, l’une desdites distance de référence, l’état de piste qui correspond à la distance de référence ainsi sélectionnée représentant l’état de piste déterminé par le procédé.
Ainsi, grâce à l’invention, on fournit une information d’état de piste, qui est déterminée à partir de paramètres et de modèles de l’aéronef, comme précisé ci-dessous, et qui est représentative de l’état de la piste tel que perçu au niveau de l’aéronef, en prenant en compte une distance d’atterrissage (ladite distance effective) et en la comparant à des distances de référence représentatives de différents états de piste.
Avantageusement, la première sous-étape de calcul consiste à calculer la distance effective : - par interpolation d’une position effective de l’aéronef sur la piste ; ou - par intégration d’une vitesse sol effective de l’aéronef.
En outre, de façon avantageuse, la première sous-étape de calcul consiste à calculer ledit au moins un intervalle de vitesse en définissant une zone de limitation d’adhérence correspondant à un tronçon de la piste, pour lequel la performance de freinage de l’aéronef est limitée par l’adhérence (ou friction) de la piste, à l’aide d’au moins l’une des méthodes suivantes : - une première méthode consistant à comparer au moins une pression de freinage commandée sur l’aéronef à la pression de freinage correspondante appliquée à l’aéronef ; - une deuxième méthode consistant à comparer au moins une décélération effective sur l’aéronef, en réponse à un freinage mis en oeuvre sur l’aéronef, à la décélération attendue sur l’aéronef en réponse audit même freinage.
Par ailleurs, avantageusement, la seconde sous-étape de calcul consiste à calculer chaque distance de référence , correspondant à un état de piste référencé par un indice i, à l’aide de l’expression suivante :
dans laquelle : - Vstart est une première desdites vitesses délimitant ledit intervalle de vitesse ; - Vend est la seconde desdites vitesses délimitant ledit intervalle de vitesse ; - MG se réfère au train d’atterrissage principal de l’aéronef, qui porte les roues freinées ; - NG se réfère au train d’atterrissage avant de l’aéronef, qui porte les roues non freinées ; - Fz correspond à une force normale appliquée au train d’atterrissage correspondant de l’aéronef ; - m est la masse de l’aéronef ; - V est la vitesse sol effective de l’aéronef ; - T est une poussée longitudinale générée par les moteurs de l’aéronef durant le roulage de l’aéronef ; - D est une traînée de l’aéronef durant le roulage ; - μΓ est un coefficient de friction dû à la résistance au roulement des roues non freinées ; et - μΚΕΡι est un niveau de friction de référence prédéterminé, pour l’état de piste d’indice i.
Par ailleurs, avantageusement, la sous-étape de sélection consiste à sélectionner, parmi lesdites distances de référence, la distance de référence pour laquelle la différence entre la distance effective et cette distance de référence, présente une valeur négative, et dont la valeur absolue est la plus faible.
En outre, de façon avantageuse, l’étape d’estimation comprend une troisième sous-étape de calcul consistant à vérifier si une condition d’application est remplie, en vérifiant si :
dans laquelle : - Ω représente l’ensemble des zones de freinage ; - MG se réfère au train d’atterrissage principal de l’aéronef, qui porte les roues freinées ; - NG se réfère au train d’atterrissage avant de l’aéronef, qui porte les roues non-freinées ; - Fz correspond à une force normale appliquée au train d’atterrissage correspondant de l’aéronef ; - m est la masse de l’aéronef ; - V est la vitesse sol effective de l’aéronef ; - T est une poussée longitudinale générée par les moteurs de l’aéronef durant le roulage de l’aéronef ; - D est une traînée de l’aéronef durant le roulage ; - μΓ est un coefficient de friction dû à la résistance au roulement des roues non freinées ; et - est un niveau de friction de référence prédéterminé.
Par ailleurs, avantageusement, l’étape d’estimation comprend une sous-étape de calcul auxiliaire consistant à calculer un indicateur de confiance associé à l’état de piste déterminé, ledit indicateur de confiance étant transmis à l’étape de transmission avec l’information d’état de piste. De préférence, la sous-étape de calcul auxiliaire consiste à calculer, comme indicateur de confiance, une probabilité />(F)0 d’estimation exacte de l’état de piste déterminé, ladite probabilité étant calculée à l’aide de l’expression suivante :
dans laquelle : - F0 est une valeur de référence, représentant le positionnement relatif de la performance effective de l’aéronef entre les deux niveaux de référence qui la bornent ; - Φ est une fonction de distribution cumulative ; et - σγ est une déviation standard.
La présente invention concerne également un dispositif de détermination automatique d’un état de piste, le dispositif comportant : - une unité de génération de données configurée pour générer la valeur courante d’au moins un paramètre de l’aéronef, lors d’un roulage au sol de l’aéronef sur la piste ; - une unité d’estimation configurée pour estimer au moins un état de piste à l’aide de ladite valeur courante ; et - une unité de transmission configurée pour transmettre au moins une information relative à cet état de piste à au moins un utilisateur externe à l’aéronef.
Selon l’invention, l’unité d’estimation comporte : - un élément de calcul configuré pour calculer une distance dite effective, représentant la distance couverte par l’aéronef sur au moins un intervalle de vitesse délimité entre deux vitesses de l’aéronef, ledit intervalle de vitesse correspondant au roulage sur au moins un tronçon de la piste, pour lequel la performance de freinage de l’aéronef est limitée par l’adhérence de la piste ; - un élément de calcul configuré pour calculer sur ledit au moins un intervalle de vitesse, une pluralité de distances dite de référence correspondant, respectivement, à différents états de piste ; - un élément de comparaison configuré pour comparer la distance effective auxdites distances de référence ; et - un élément de sélection configuré pour sélectionner, à partir de ces comparaisons, l’une desdites distances de référence, l’état de piste qui correspond à la distance de référence ainsi sélectionnée représentant l’état de piste déterminé par le dispositif.
Dans un mode de réalisation particulier, l’unité d’estimation comporte un troisième élément de calcul configuré pour vérifier si une condition d’application est remplie.
En outre, dans un autre mode de réalisation, l’unité d’estimation comporte un élément de calcul auxiliaire configuré pour calculer un indicateur de confiance associé à l’état de piste déterminé, ledit indicateur de confiance étant transmis par l’unité de transmission avec l’information d’état de piste. De préférence, l’élément de calcul auxiliaire comprend un réseau neuronal.
Par ailleurs, l’invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport, qui comprend un dispositif de détermination d’un état de piste, tel que celui précité.
La présente invention concerne, en outre, un système d’aide à l'atterrissage d'aéronefs. Selon l’invention, ce système d’aide à l'atterrissage comprend au moins un dispositif de détermination d'un état de piste tel que celui décrit ci-dessus, qui équipe au moins un aéronef, et une station au sol apte à recevoir une information relative à l’état de piste déterminé par ledit dispositif et apte à transmettre cette information d'état de piste, éventuellement à au moins un autre aéronef en phase d'approche en vue d’un atterrissage sur la piste.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est le schéma synoptique d’un dispositif de détermination automatique d’un état de piste, qui illustre un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 est une vue schématique illustrant un système d’aide à l’atterrissage.
Les figures 3 à 5 montrent différents graphiques permettant de bien expliquer des caractéristiques importantes de l’invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Le dispositif 1 représenté schématiquement sur la figure 1 et permettant d’illustrer l’invention, est un dispositif de détermination automatique d’un état de piste à partir d’un aéronef AC (figure 2), en particulier d’un avion de transport.
Ce dispositif 1 est utilisé, lors d’un atterrissage, pendant le roulage de l’aéronef AC sur une piste 2 d’un aéroport.
Le dispositif 1 qui est au moins en partie embarqué sur l’aéronef AC, comporte notamment, comme représenté sur la figure 1 : - une unité de génération de données 3 comprenant, notamment, un ensemble de capteurs (« SENSORS », en anglais) ou autres éléments de mesure usuels, qui sont configurés pour générer les valeurs courantes de paramètres de l’aéronef (vitesse sol, accélération, modes de freinage, position des gouvernes, ...), lors d’un roulage au sol de l’aéronef AC sur la piste 2 après un atterrissage ; - une unité d’estimation 4, précisée ci-dessus, qui est reliée par l’intermédiaire d’une liaison 5 à l’unité de génération de données 3 et qui est configurée pour estimer un état de piste (pour la piste 2) à l’aide desdites valeurs courantes ; et - une unité de transmission 6 (« TRANSMUTER », en anglais), qui est reliée par l’intermédiaire d’une liaison 7 à l’unité d’estimation 4 et qui est configurée pour transmettre au moins cette information d’état de piste à au moins un utilisateur externe à l’aéronef.
Le dispositif 1 fait partie, de préférence, d’un système 8 d’aide à l'atterrissage d'aéronefs, tel que représenté sur la figure 2.
Ce système 8 d’aide à l'atterrissage comprend au moins un dispositif 1 de détermination d'un état de piste, qui équipe au moins un aéronef AC, ainsi qu’une station 9 au sol. La station 9 au sol est apte à recevoir de l’aéronef AC, via une liaison de transmission sans fil, illustrée par une flèche 10, une information relative à l’état de piste déterminé par ledit dispositif 1 embarqué. La station 9 au sol est apte à transmettre cette information d'état de piste à au moins un autre aéronef 11 en phase d'approche en vue d’un atterrissage sur la piste 2, via une liaison de transmission sans fil, illustrée par une flèche 12.
Dans l’exemple représenté sur la figure 2, la station 9 comprend une tour de contrôle 13 de l’aéroport, et elle est liée à l’aéronef AC via un serveur 14 qui reçoit les informations de l’aéronef AC (flèche 10) et qui communique avec différents postes de communication 15A, 15B, 15C, par exemple par l’intermédiaire d’une liaison filaire, dont au moins un poste de communication 15A installé dans la tour de contrôle 13 ou à disposition d’un opérateur aéroportuaire. L’état de piste peut être fourni sous forme d’une action de freinage sur une piste, permettant de quantifier la performance de freinage de l’aéronef lors de l’atterrissage sur une piste. Elle permet à l’équipage de l’aéronef de rendre compte à la tour de contrôle 13 et/ou à l’opérateur aéroportuaire de la performance de freinage durant le roulage lors de la phase d’atterrissage.
Cette information peut être utilisée par la tour de contrôle 13 et/ou l’opérateur aéroportuaire comme information additionnelle (qui caractérise l’état de la piste), et peut ensuite être fournie aux aéronefs 11 en approche de sorte qu’ils puissent vérifier si leur distance d’atterrissage est compatible avec la longueur de piste disponible et éventuellement adapter leur technique d’atterrissage, ou même se dérouter si nécessaire.
Le système 8 met en oeuvre notamment les étapes suivantes : - évaluation de l’état de piste de la piste 2 par le dispositif 1 équipant l’aéronef AC qui roule sur cette piste 2 ; - compte-rendu à la tour de contrôle 13 (flèche 10) et/ou à l’opérateur aéroportuaire via le serveur 14 ; - compte-rendu de la tour de contrôle 13 à un ou des aéronefs 11 approchant via des moyens usuels (ATIS, METAR, vocal, ...), comme illustré par la flèche 12; - le ou les aéronefs 11 approchant utilisent le compte-rendu sur l’état de piste, pour évaluer, de façon usuelle, la performance d’atterrissage.
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, l’unité de génération de données 3 comprend des capteurs usuels qui sont embarqués sur l’aéronef AC.
Dans un mode de réalisation préféré, représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 est entièrement embarqué sur l’aéronef AC. Dans ce cas : - l’unité d’estimation 4 peut faire partie d’un calculateur de commande de l’aéronef AC, par exemple de type ATSU («Air Traffic Services Unit», en anglais) ou une carte dite CPIOM (pour « Integrated Modular Avionics » en anglais) ou bien un calculateur de commande de vol, qui reçoit des informations de l’unité de génération de données 3 ; et - l’unité de transmission 6 est une unité usuelle de transmission de données, non filaire, entre l’aéronef AC et le serveur 14.
Dans ce cas, l’information d’état de piste (ou d’action de freinage) est transmise automatiquement par le dispositif 1, éventuellement après validation par le pilote.
En variante, l’unité d’estimation 4 peut être intégrée dans un sac de vol électronique de type EFB (« Electronic Flight Bag », en anglais), qui peut être relié à des systèmes avioniques pour recevoir les informations générées par l’unité de génération de données 3.
Dans une autre variante de réalisation, l’unité d’estimation 4 peut être intégrée dans un calculateur installé au sol, auquel on fournit les informations générées par l’unité de génération de données 3, qui sont transmises au sol par le biais d’un moyen de communication sans fil.
Le dispositif 1 comprend, également, une unité d’affichage 25 (« DISPLAY », en anglais), par exemple de type CDS (« Cockpit Display System », en anglais), qui affiche, dans le poste de pilotage, les informations générées par l’unité d’estimation 4, et notamment l’état de piste déterminé. Ainsi, dans une variante de réalisation, le pilote peut communiquer l’état de piste à la tour de contrôle par un moyen de communication vocal usuel.
Par ailleurs, dans une autre variante de réalisation, en complément ou en variante à la transmission de l’information d’état de piste au poste 9 au sol, cette information peut être transmise directement de l’aéronef AC équipé du dispositif 1 à d’autres aéronefs 11, notamment en approche.
Selon l’invention, l’unité d’estimation 4 comporte, comme représenté sur la figure 1 : - un élément de calcul 16 (« DISTANCE COMPUTATION >>, en anglais) configuré pour calculer une distance dite effective (ou réelle). Cette distance effective représente la distance effectivement couverte par l’aéronef sur un ou plusieurs intervalles de vitesse définies (ou délimités), à chaque fois, entre deux vitesses de l’aéronef ; - un élément de calcul 17 (« DISTANCE COMPUTATION >>, en anglais) configuré pour calculer une pluralité de distances dite de référence. Ces distances de référence correspondent, respectivement, à différents états de piste et sont calculées sur ledit ou lesdits intervalles de vitesse ; - un élément de comparaison 18 (« COMPARATOR >>, en anglais) qui est relié par l’intermédiaire de liaisons 19 et 20, respectivement, aux éléments de calcul 16 et 17, et qui est configuré pour comparer la distance effective calculée par l’élément de calcul 16 auxdites distances de référence calculées par l’élément de calcul 17 ; et - un élément de sélection 21 (« SELECTOR >>, en anglais) qui est relié par l’intermédiaire d’une liaison 22 à l’élément de comparaison 18, et qui est configuré pour sélectionner, à partir de ces comparaisons, l’action de freinage correspondant à la distance de référence la plus proche, en étant la plus sûre, de la distance effective. L’état de piste, correspondant à la distance de référence sélectionnée par l’élément de sélection 21, représente l’état de piste déterminé par le dispositif 1 pour la piste 2 (et transmis par l’unité de transmission 6).
Dans le cadre de la présente invention : - chaque intervalle de vitesse considéré est défini par les deux vitesses de l’aéronef, respectivement, au début (ou à l’entrée) et à la fin (ou à la sortie) d’une zone de limitation d’adhérence ; - une zone de réduction de friction représente au moins un tronçon de la piste 2, pour lequel la performance de freinage de l’aéronef est limitée par l’adhérence (ou friction) maximale que peut offrir la piste 2. Cette limitation peut être rapidement atteinte en raison de la présence de contaminants liquides et/ou solides (eau, glace, neige, huile, ...) sur la surface de la piste 2.
Les traitements mis en œuvre par l’unité d’estimation 4 sont donc basés sur la distance d’atterrissage qui représente un critère très simple. L’unité d’estimation 4 compare la distance réelle couverte par l’aéronef, avec la distance théorique (distance de référence) que le même aéronef couvrirait sur les différents niveaux de référence.
Le résultat sélectionné par l’élément de sélection 21 du dispositif 1 est, comme précisé ci-dessous, l’état de piste de référence donnant la distance couverte la plus proche, supérieure ou égale à la distance effective (ou réelle) effectivement couverte par l’aéronef durant l’atterrissage. L’état de piste sélectionné doit garantir une évaluation sûre de la distance d’atterrissage pour des aéronefs en approche. En d’autres termes, cela signifie que la distance de référence correspondant à cet état de piste déterminé par le dispositif 1 doit être plus longue que la distance effective. Ainsi, des pilotes en approche ne surestiment pas leur capacité de freinage sur une telle piste.
On compare la distance parcourue entre deux vitesses (la distance réelle et des distances hypothétiques qui correspondent à différents niveaux). Ces deux vitesses, à savoir Vstart et Vend précisées ci-dessous, limitent l’intervalle de vitesse de la piste dans lequel le freinage de l’aéronef a été limité par la friction (ou adhérence) de la piste 2. L’élément de calcul 16 comprend un moyen de calcul (intégré) qui calcule la distance effective (réelle) dE de l’aéronef.
Dans un premier mode de réalisation, l’élément de calcul 16 comprend un moyen qui calcule la distance effective dEl de l’aéronef par interpolation de la position effective de l’aéronef sur la piste (si la position de l’aéronef sur la piste est disponible, et donc susceptible d’être déterminée par un capteur usuel de l’unité de génération de données 3).
Pour ce faire, ce moyen de calcul utilise l’expression suivante : dE\ = X{tend)-X{tstart) dans laquelle : - X(tsmrt) représente la position à un temps tstart, correspondant à la position amont de l’intervalle, c’est-à-dire à l’entrée dans le tronçon de réduction de friction correspondant, où l’aéronef roule à la vitesse sol Vstart ; et - X(tend) représente la position à un temps tend, correspondant à la position aval de l’intervalle, c’est-à-dire à la sortie du tronçon de réduction de friction, où l’aéronef roule à la vitesse sol Vend .
Cette opération est répétée pour chaque tronçon de friction limitée, le résultat final étant le fruit de la concaténation des différentes phases freinées.
Dans un second mode de réalisation, l’élément de calcul 16 comprend un moyen qui calcule la distance effective dE2 par intégration de la vitesse sol effective V de l’aéronef, générée par un capteur usuel de l’unité de génération de données 3. Pour ce faire, ce moyen de calcul utilise l’expression suivante :
Par ailleurs, l’élément de calcul 16 comprend également un moyen de calcul (intégré) qui calcule le ou les intervalles de vitesse en définissant une zone de limitation de friction (ou d’adhérence) correspondant donc à un tronçon de la piste, pour lequel le freinage de l’aéronef est limité (ou réduit) par la friction (ou adhérence) de la piste. Pour ce faire, ce moyen de calcul utilise au moins l’une des méthodes suivantes : A/ une première méthode consistant à déterminer et à comparer la pression de freinage commandée sur l’aéronef avec la pression de freinage (correspondante) qui est réellement appliquée à l’aéronef. Dès que la pression appliquée devient inférieure à une marge prédéterminée près, par exemple au moins pendant une (courte) durée de confirmation, à la pression commandée, on considère que l’aéronef pénètre dans une zone de limitation de friction. En effet, en cas de limitation de friction, le freinage appliqué est automatiquement relâché, et il est donc moins important que le freinage commandé. On considère que l’aéronef reste dans la zone de limitation de friction tant que cette condition reste remplie ; ou B/ une deuxième méthode consistant à comparer la décélération effective (ou réelle) de l’aéronef, suite à un freinage de l’aéronef, à la décélération qui est attendue sur l’aéronef suite à ce même freinage. Dès que la décélération effective devient inférieure, à une marge prédéterminée près, par exemple au moins pendant une (courte) durée de confirmation, à la décélération attendue, on considère que l’aéronef pénètre dans une zone de réduction de friction. En effet, dans une zone de réduction de friction, la décélération est moindre que celle attendue sur une zone non contaminée. On considère que l’aéronef reste dans la zone de réduction de friction tant que cette condition reste remplie.
Par ailleurs, l’élément de calcul 17 calcule chaque distance de référence DmFi, correspondant à un état de piste référencé par un indice i, entre la vitesse Vstart et la vitesse Vend délimitant l’intervalle de vitesse. L’élément de calcul 17 utilise, pour ce faire, l’expression suivante :
dans laquelle : - MG se réfère au train d’atterrissage principal (pour « Main Gear », en anglais) de l’aéronef, qui porte les roues freinées ; - NG se réfère au train d’atterrissage avant (« Nose Gear », en anglais) de l’aéronef, qui porte les roues non freinées ; - Fz correspond à la force normale (générée par la masse de l’aéronef) qui est appliquée au train d’atterrissage correspondant de l’aéronef, FzMG au train d’atterrissage principal et Fzng au train d’atterrissage avant ; - m est la masse de l’aéronef ; - V est donc la vitesse sol effective de l’aéronef ; - T est une poussée longitudinale générée par les moteurs de l’aéronef durant le roulage de l’aéronef ; - D est une traînée de l’aéronef durant le roulage ; - μΓ est un coefficient de friction dû à la résistance au roulement des roues non freinées ; et - μ^ρ. est un niveau de friction de référence prédéterminé, pour l’état i, i allant de 1 à n, et n étant de préférence égal à 6.
Toutes les forces dans l’expression précédente (poussée, traînée, et charges verticales sur les trains d’atterrissage) sont calculées de façon usuelle par l’unité d’estimation 4 ou par l’unité de génération de données 3, en utilisant des modèles de l’aéronef.
La figure 3 est un graphique qui permet d’illustrer un exemple concret. Cette figure 3 comprend une pluralité de courbes CO et C1 à C6 qui représentent la distance d (exprimée en mètres) en fonction de la vitesse sol V de l’aéronef (exprimée en nœuds).
La courbe CO illustre la distance effective, et les courbes C1 à C6 illustrent les distances de référence relatives à six états de piste différents. Ces six états de piste correspondent respectivement pour : - i = 1, à un état « pauvre » (« POOR », en anglais) ; - i = 2, à un état « moyen/pauvre » (« MEDIUM TO POOR », en anglais) ; - i = 3, à un état « moyen » (« MEDIUM », en anglais) ; - i = 4, à un état « bon/moyen » (« GOOD TO MEDIUM », en anglais) ; - i = 5, à un état « bon » (« GOOD », en anglais) ; - i = 6, à un état « sec » (« DRY », en anglais).
Comme visible sur la figure 3, dans cet exemple, la distance effective (courbe CO) est située entre les distances de référence relatives, respectivement, aux états «pauvre» (C1) et «moyen/pauvre» (C2). Ceci signifie que la distance effective est meilleure que celle de l’état « pauvre », mais moins bonne que celle de l’état « moyen/pauvre ».
Par conséquent, le résultat fourni par l’unité d’estimation 4 du dispositif 1 (figure 1), dans cet exemple spécifique de la figure 3, indique que la piste présente, comme état de piste, un état « moyen/pauvre » (C2).
Pour faire la sélection, l’élément de sélection 21 sélectionne, parmi les distances de référence dR{, la distance de référence pour laquelle la différence entre la distance effective dE et cette distance de référence, présente une valeur négative, et dont la valeur absolue est la plus faible. Dans le cas où toutes les valeurs (de différences) sont positives, la performance de freinage est pire que celle concernant l’état « pauvre >>. Dans ce cas, le dispositif 1 indique que l’adhérence est nulle et que la piste doit être fermée et les opérations doivent être stoppées.
Par ailleurs, il apparaît que, dans des situations particulières, les distances calculées peuvent ne pas être représentatives de la distance d’arrêt effective de l’aéronef, par exemple dans le cas de contamination inhomogène où hors des zones de limitation de friction, l’aéronef atteint une meilleure performance que dans les zones de limitation de friction.
Les comparaisons entre la distance effective et les distances de référence sont réalisées uniquement entre des vitesses Vstart et Vend telles que définies ci-dessus, ce qui correspond à l’intervalle (ou aux intervalles) de limitation de friction. Dans certains cas, la distance d’atterrissage globale (incluant des zones d’absence de limitation de friction) est meilleure que celle détectée par le dispositif 1 sur les zones de réduction de friction.
Dans ce cas particulier, l’état de piste fourni par le dispositif 1 et correspondant à celui de la zone de limitation de friction, peut être trop pénalisant pour la performance générale incluant au moins une zone où le freinage n’est pas limité par la friction de la piste.
Par conséquent, l’état de piste déterminé par l’unité d’estimation 4 de la manière précitée peut être modifié en un état de piste meilleur (d’indice plus élevé), si la condition (d’application) suivante est remplie :
dans laquelle : - μ^ρ est le niveau de friction de référence prédéterminé ; et - Ω représente l’ensemble des zones de freinage (avec limitation de friction et sans limitation de friction).
Si la condition d’application précédente est remplie, la performance d’arrêt effective de l’aéronef est meilleure que celle qui pourrait être prédite, en supposant que l’état de piste est déterminé par le dispositif 1 (sur des zones de limitation de friction uniquement) était le même sur toutes les portions de freinage.
La vérification ci-dessus peut être répétée pour tous les niveaux de référence disponibles, pour décider de l’état de piste à choisir. L’unité d’estimation 4 comprend, à cet effet, un élément de calcul 23 (« COMPUTATION », en anglais) qui vérifie si la condition d’application précitée est remplie, en vérifiant donc si :
En variante, la distance effective obtenue dans l’expression précédente par intégration de la vitesse sol peut être remplacée par une distance effective calculée selon une autre méthode, et notamment par interpolation de la position effective de l’aéronef.
Par ailleurs, les niveaux de référence (ou états de piste) déterminés par le dispositif 1 peuvent contenir des incertitudes, et ainsi conduire à des inexactitudes dans les résultats fournis par un aéronef donné.
Des défauts de précision des mesures et des modèles sont propagés dans les calculs du dispositif 1 et limitent la précision théorique du dispositif 1. À titre d’exemple, les paramètres suivants peuvent impacter la précision des résultats : - des mesures de : • la vitesse de rotation de la soufflante ou le ratio de pression moteur qui peuvent être utilisés dans le calcul de la poussée ; • la vitesse air calibrée ; • l’attitude de pression ; • la température ; • la masse de l’aéronef ; • le centre de gravité de l’aéronef ; • la vitesse sol ; • les accélérations ; et • la pente de la piste d’atterrissage ; et - des modèles concernant : • le coefficient de portance ; • le coefficient de traînée ; • la poussée des moteurs ; et • la répartition des charges verticales sur les trains d’atterrissage.
Pour prendre en compte cette incertitude sur l’évaluation de l’état de piste (et pour compléter l’information de l’état de piste), l’unité d’estimation 4 comporte, comme représenté sur la figure 1, un élément de calcul auxiliaire 24 (« INDICATOR COMPUTATION >>, en anglais) qui calcule un indicateur de confiance associé à l’état de piste déterminé par le dispositif 1.
Cet indicateur de confiance est transmis par l’unité de transmission 6 avec l’information d’état de piste correspondante.
Dans un mode de réalisation préféré, l’élément de calcul 24 calcule comme indicateur de confiance, une probabilité /)(F)0 d’estimation exacte de l’état de piste déterminé (ou estimé). Pour ce faire, l’élément de calcul 24 calcule ladite probabilité /)(F)0 à l’aide de l’expression suivante (précisée ci-après) :
Pour évaluer la probabilité précitée, il est nécessaire de connaître : - les estimations des incertitudes des mesures et des modèles ; et - la sensibilité des résultats du dispositif 1 à ces incertitudes.
Pour éviter des calculs complexes, les hypothèses suivantes sont prises en compte : - les incertitudes des mesures et des modèles peuvent être modélisées par des lois normales ; - les effets sur le résultat du dispositif 1 sont linéaires ; et - toutes les incertitudes des mesures et des modèles sont indépendantes.
Dans ce cas, on utilise le principe statistique suivant : si une fonction / dépend linéairement d’une liste de paramètres (Xn X2, ..., xN) et si ces paramètres sont indépendants, on a :
avec σ la déviation standard.
On utilise un paramètre Y continu défini par :
avec i l’indice de l’état de piste déterminé par le dispositif 1.
Ce paramètre Y correspond à la position relative de la distance réelle entre deux niveaux de référence. Le schéma de la figure 4 illustre cette expression.
Sur la figure 4 : - d représente la distance ; - dRl, dR2 et dR3 représentent des distances de référence pour trois états de piste différents d’indices i = 1,2, 3 ; - dE représente la distance effective définie, dans cet exemple, entre dRl et dR2 ; - dA = dRl - dR2 ; et - dB = dRl - dE.
En utilisant les hypothèses précédentes, on obtient :
avec (Xj)i<j<N la liste de paramètres (mesures et modèles) pour lesquels on désire prendre en compte une incertitude.
Grâce au calcul du dispositif 1, il est possible d’évaluer la sensibilité du résultat de y à chaque paramètre x}.
Par exemple, on peut utiliser une méthode à différence finie. Dans ce cas, pour chaque paramètre, un calcul additionnel doit être réalisé avec une modification de ce paramètre pour calculer :
Ces calculs peuvent être réalisés pour chaque cas particulier à la fin de l’atterrissage, ou ils peuvent être réalisés pour certains scénarios de référence. Cette seconde variante est moins précise, mais plus économique d’un point de vue de capacité de calcul.
Les valeurs σχ sont considérées comme connues par le constructeur de l’aéronef et fournies au dispositif 1, via l’unité de génération de données 3.
Le problème dû aux incertitudes peut être représenté comme illustré sur la figure 5.
Sur cette figure 5, on a représenté la densité de probabilité DP en fonction d’une position relative PR, sous forme d’une courbe DPO pour une position Y0 située entre des positions relatives à dRl et dR2.
La courbe DPO correspond à la fonction de densité de probabilité suivante :
avec F0 la valeur de référence de Y déterminée par le dispositif 1.
Ainsi, une fois que la déviation standard σγ est évaluée et que la valeur de Y0 est calculée, la fonction de densité de probabilité est complètement connue. Le but est de calculer la zone sous la courbe DPO, entre les abscisses 0 et 1, qui correspond à la probabilité d’avoir généré le résultat exact.
Pour ce faire, on utilise la fonction de distribution cumulative, qui est définie par :
Grâce à cette fonction, la probabilité que le dispositif 1 a généré le résultat exact (ou juste), pour chaque cas particulier, est :
Le calcul de cette probabilité représentant l’indicateur de confiance peut être réalisé par l’élément de calcul auxiliaire 24, à l’aide d’un réseau neuronal intégré, qui calcule les valeurs de gradient à utiliser pour chaque condition de vol.
Cette information additionnelle concernant l’indicateur de confiance peut aider les contrôleurs aériens à choisir entre différents résultats fournis par des aéronefs successifs sur la même piste d’atterrissage, dans les cas où ces résultats ne sont pas les mêmes pour les différents aéronefs.
La prise en compte d’un indicateur de confiance pour des vols successifs permet d’évaluer si les incertitudes observées sur les aéronefs sont dues à des incertitudes de modèles et d’entrées ou bien à des facteurs opérationnels effectifs (dégradation rapide de la friction, trajet latéral différent d’un aéronef par rapport à ceux d’autres aéronefs, ...).

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de détermination automatique d’un état de piste, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - une étape de génération de données consistant à générer la valeur courante d’au moins un paramètre de l’aéronef (AC), lors d’un roulage au sol de l’aéronef (AC) sur la piste (2) ; - une étape d’estimation consistant à estimer au moins un état de piste à l’aide de ladite valeur courante ; et - une étape de transmission consistant à transmettre au moins une information relative à cet état de piste à au moins un utilisateur (9) externe à l’aéronef (AC), caractérisé en ce que l’étape d’estimation comporte : - une première sous-étape de calcul consistant à calculer une distance dite effective, représentant la distance couverte par l’aéronef (AC) sur au moins un intervalle de vitesse délimité entre deux vitesses de l’aéronef (AC), ledit intervalle de vitesse correspondant au roulage sur au moins un tronçon de la piste (2), pour lequel la performance de freinage de l’aéronef (AC) est limitée par l’adhérence de la piste (2) ; - une deuxième sous-étape de calcul consistant à calculer sur ledit au moins un intervalle de vitesse, une pluralité de distances dite de référence correspondant, respectivement, à différents états de piste ; - une sous-étape de comparaison consistant à comparer la distance effective auxdites distances de référence ; et - une sous-étape de sélection consistant à sélectionner, à partir de ces comparaisons, l’une desdites distance de référence, l’état de piste qui correspond à la distance de référence ainsi sélectionnée représentant l’état de piste déterminé par le procédé.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première sous-étape de calcul consiste à calculer la distance effective par interpolation d’une position effective de l’aéronef (AC) sur la piste (2).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première sous-étape de calcul consiste à calculer la distance effective par intégration d’une vitesse sol effective de l’aéronef (AC).
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première sous-étape de calcul consiste à calculer ledit au moins un intervalle de vitesse en définissant une zone de limitation d’adhérence correspondant à un tronçon de la piste (2), pour lequel la performance de freinage de l’aéronef (AC) est limitée par l’adhérence de la piste (2), à l’aide d’au moins l’une des méthodes suivantes : - une première méthode consistant à comparer au moins une pression de freinage commandée sur l’aéronef (AC) à la pression de freinage correspondante appliquée à l’aéronef (AC) ; - une deuxième méthode consistant à comparer au moins une décélération effective sur l’aéronef (AC), en réponse à un freinage mis en oeuvre sur l’aéronef (AC), à la décélération attendue sur l’aéronef (AC) en réponse audit même freinage.
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde sous-étape de calcul consiste à calculer chaque distance de référence DREFj, correspondant à un état de piste référencé par un indice i, à l’aide de l’expression suivante :
    dans laquelle : - Vstart est une première desdites vitesses délimitant ledit intervalle de vitesse ; - Vend est la seconde desdites vitesses délimitant ledit intervalle de vitesse ; - MG se réfère au train d’atterrissage principal de l’aéronef (AC), qui porte les roues freinées ; - NG se réfère au train d’atterrissage avant de l’aéronef (AC), qui porte les roues non freinées ; - Fz correspond à une force normale appliquée au train d’atterrissage correspondant de l’aéronef (AC) ; - m est la masse de l’aéronef (AC) ; - V est une vitesse sol effective de l’aéronef (AC) ; - T est une poussée longitudinale générée par les moteurs de l’aéronef (AC) durant le roulage de l’aéronef (AC) ; - D est une traînée de l’aéronef (AC) durant le roulage ; - μΓ est un coefficient de friction dû à la résistance au roulement des roues non freinées ; et - μΚΕΡί est un niveau de friction de référence prédéterminé, pour l’état de piste d’indice i.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-étape de sélection consiste à sélectionner, parmi lesdites distances de référence, la distance de référence pour laquelle la différence entre la distance effective et cette distance de référence, présente une valeur négative, et dont la valeur absolue est la plus faible.
  7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape d’estimation comprend une troisième sous-étape de calcul consistant à vérifier si une condition d’application est remplie, en vérifiant si :
    dans laquelle : - Ω représente l’ensemble des zones de freinage ; - MG se réfère au train d’atterrissage principal de l’aéronef (AC), qui porte les roues freinées ; - NG se réfère au train d’atterrissage avant de l’aéronef (AC), qui porte les roues non freinées ; - Fz correspond à une force normale appliquée au train d’atterrissage correspondant de l’aéronef (AC) ; - m est la masse de l’aéronef (AC) ; - V est une vitesse sol effective de l’aéronef (AC) ; - T est une poussée longitudinale générée par les moteurs de l’aéronef (AC) durant le roulage de l’aéronef (AC) ; - D est une traînée de l’aéronef (AC) durant le roulage ; - μΓ est un coefficient de friction dû à la résistance au roulement des roues non freinées ; et - μΚΕ¥ est un niveau de friction de référence prédéterminé.
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape d’estimation comprend une sous-étape de calcul auxiliaire consistant à calculer un indicateur de confiance associé à l’état de piste déterminé, ledit indicateur de confiance étant transmis à l’étape de transmission avec l’information d’état de piste.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sous-étape de calcul auxiliaire consiste à calculer, comme indicateur de confiance, une probabilité />(F)0 d’estimation exacte de l’état de piste déterminé, ladite probabilité étant calculée à l’aide de l’expression suivante :
    dans laquelle : - F0 est une valeur de référence ; - Φ est une fonction de distribution cumulative ; et - σγ est une déviation standard.
  10. 10. Dispositif de détermination automatique d’un état de piste, le dispositif (1) comportant : - une unité de génération de données (3) configurée pour générer la valeur courante d’au moins un paramètre de l’aéronef (AC), lors d’un roulage au sol de l’aéronef (AC) sur la piste (2) ; - une unité d’estimation (4) configurée pour estimer au moins un état de piste à l’aide de ladite valeur courante ; et - une unité de transmission (6) configurée pour transmettre au moins une information relative à cet état de piste à au moins un utilisateur (8) externe à l’aéronef (AC), caractérisé en ce que l’unité d’estimation (4) comporte : - un premier élément de calcul (16) configuré pour calculer une distance dite effective, représentant la distance couverte par l’aéronef (AC) sur au moins un intervalle de vitesse délimité entre deux vitesses de l’aéronef (AC), ledit intervalle de vitesse correspondant au roulage sur au moins un tronçon de la piste (2), pour lequel la performance de freinage de l’aéronef (AC) est limitée par l’adhérence de la piste (2) ; - un deuxième élément de calcul (17) configuré pour calculer sur ledit au moins un intervalle de vitesse, une pluralité de distances dite de référence correspondant, respectivement, à différents états de piste ; - un élément de comparaison (18) configuré pour comparer la distance effective auxdites distances de référence ; et - un élément de sélection (21) configuré pour sélectionner, à partir de ces comparaisons, l’une desdites distances de référence, l’état de piste qui correspond à la distance de référence ainsi sélectionnée représentant l’état de piste déterminé par le dispositif (1).
  11. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en que l’unité d’estimation (4) comporte un troisième élément de calcul (23) configuré pour vérifier si une condition d’application est remplie.
  12. 12. Dispositif selon l’une des revendications 10 et 11, caractérisé en que l’unité d’estimation (4) comporte un élément de calcul auxiliaire (24) configuré pour calculer un indicateur de confiance associé à l’état de piste déterminé, ledit indicateur de confiance étant transmis par l’unité de transmission (16) avec l’information d’état de piste.
  13. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en que l’élément de calcul auxiliaire (24) comprend un réseau neuronal.
  14. 14. Aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif (1) de détermination d'un état de piste selon l'une quelconque des revendications 10 à 13.
  15. 15. Système d’aide à l'atterrissage d'aéronefs, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif (1) de détermination d'un état de piste selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 équipant au moins un aéronef (AC), et une station (9) au sol apte à recevoir une information relative à l’état de piste déterminé par ledit dispositif (1).
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