FR3013466A1 - Procede de determination d'une trajectoire resultante d'un aeronef, dispositif et produit programme d'ordinateur associes - Google Patents

Abstract

Ce procédé de détermination (100) détermine une trajectoire résultante d'un aéronef, la trajectoire résultante comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef entre un point global initial et un point global final prédéterminés pour une mission de l'aéronef. L'aéronef comporte une pluralité d'organes de calcul, chacun étant apte à guider l'aéronef durant au moins une partie de la mission et à calculer une trajectoire élémentaire de l'aéronef durant cette partie, chaque trajectoire élémentaire comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef entre un point élémentaire initial et un point élémentaire final. Le procédé comprend le calcul d'une portion de la trajectoire résultante à partir de trajectoires élémentaires issues d'au moins deux organes de calcul distincts.

Description

Procédé de détermination d'une trajectoire résultante d'un aéronef, dispositif et produit programme d'ordinateur associés La présente invention concerne un procédé de détermination d'une trajectoire résultante d'un aéronef, la trajectoire résultante comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef entre un point global initial et un point global final prédéterminés pour une mission de l'aéronef, l'aéronef comportant une pluralité d'organes de calcul, chacun étant apte à guider l'aéronef durant au moins une partie de la mission et à calculer une trajectoire élémentaire de l'aéronef durant cette partie, chaque trajectoire élémentaire comportant un ensemble 10 de positions successives de l'aéronef entre un point élémentaire initial et un point élémentaire final, le procédé étant mis en oeuvre par un dispositif de détermination de la trajectoire résultante connecté à au moins deux organes de calcul distincts. La présente invention concerne également un produit programme d'ordinateur 15 comportant des instructions logicielles qui, lorsque mis en oeuvre par un équipement informatique, met en oeuvre un tel procédé. La présente invention concerne également un dispositif de détermination d'une trajectoire résultante d'un aéronef. On entend par aéronef tout engin piloté susceptible de voler au moins au sein de 20 l'atmosphère terrestre, tel qu'un avion ou un hélicoptère par exemple. L'utilisation de plusieurs organes de calcul déterminant chacun au moins une partie de la trajectoire de l'aéronef est souvent indispensable dans de nombreux aéronefs actuels. Parmi ces organes de calcul, un système de gestion de vol permet de déterminer la trajectoire de l'aéronef depuis le décollage jusqu'à l'atterrissage. La détermination 25 d'une telle trajectoire joue un rôle stratégique et permet en particulier d'estimer la quantité de carburant nécessaire pour atteindre la destination finale, le temps restant jusqu'à cette destination, et de nombreux autres paramètres. Cette trajectoire est généralement affichée sur un écran d'affichage dédié. Cependant, la trajectoire de l'aéronef calculée par le système de gestion de vol 30 n'inclut généralement pas de manoeuvres tactiques de l'aéronef. De telles manoeuvres tactiques sont nécessaires dans des parties de la mission de l'aéronef où sa trajectoire ne peut pas être déterminée à l'avance. Un exemple de telles parties de la mission concerne notamment des endroits avec un fort trafic aérien où le guidage de l'aéronef est effectué directement par l'équipage de 35 l'aéronef à l'aide d'autres organes de calcul, tels que le pilote automatique par exemple. Ainsi, le système de gestion de vol passe la commande au pilote automatique qui calcule alors une nouvelle trajectoire tactique de l'aéronef en fonction des consignes introduites par l'équipage. Cette nouvelle trajectoire est affichée sur l'écran d'affichage du pilote automatique et inclut généralement seulement la dernière consigne de l'équipage, typiquement pour commander l'avion dans l'axe latéral (consigne en roulis, en cap, en route terrestre par exemple), dans l'axe vertical (consigne en vitesse verticale, en assiette, en poussée moteur par exemple) et dans l'axe horizontal (consigne en vitesse par exemple). Le calcul et l'affichage de ces différentes trajectoires n'est toutefois pas optimal. La présente invention a pour but de proposer un procédé de détermination d'une trajectoire résultante de l'aéronef qui facilite le pilotage de l'aéronef par l'équipage. À cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type précité, de détermination d'une trajectoire résultante d'un aéronef, dans lequel le procédé comprend le calcul d'une portion de la trajectoire résultante à partir de trajectoires élémentaires issues d'au moins deux organes de calcul distincts.

Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de détermination d'une trajectoire résultante d'un aéronef comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - chaque organe de calcul est choisi parmi le groupe consistant en : un système de gestion de vol, un pilote automatique, un système de roulage au sol, un système d'alerte de trafic et d'évitement de collision, un système d'alerte et d'évitement de collision avec le terrain, un radar météorologique et un système de contrôle du trafic ; - le procédé comprend une étape d'initialisation d'une trajectoire résultante courante à partir d'une trajectoire élémentaire issue d'un organe de calcul de référence prédéterminé ; - l'organe de calcul de référence utilisé pour l'étape d'initialisation est un système de gestion de vol ou un système de roulage au sol ; - chaque organe de calcul comprend un niveau hiérarchique prédéterminé, et la trajectoire élémentaire utilisée pour le calcul d'une portion donnée de la trajectoire résultante est déterminée en fonction des niveaux hiérarchiques ; - le procédé comprend, pour chaque trajectoire élémentaire, les étapes suivantes : + la recherche d'un point de jonction initial sur la trajectoire résultante courante correspondant au point élémentaire initial de la trajectoire élémentaire ; + la recherche d'un point de jonction final sur la trajectoire résultante courante correspondant au point élémentaire final de la trajectoire élémentaire ; + pour une trajectoire élémentaire issue d'un organe de calcul d'un niveau hiérarchique supérieur à celui de l'organe de calcul de référence, le remplacement de la portion de la trajectoire résultante courante entre le point de jonction initial et le point de jonction final par cette trajectoire élémentaire, pour calculer une trajectoire résultante suivante ; - le procédé comprend, pour chaque trajectoire élémentaire, les étapes suivantes : + la recherche d'un point de jonction initial sur la trajectoire résultante courante correspondant au point élémentaire initial de la trajectoire élémentaire ; + la recherche d'un point de jonction final sur la trajectoire résultante courante correspondant au point élémentaire final de la trajectoire élémentaire ; + pour une trajectoire élémentaire issue d'un organe de calcul d'un niveau hiérarchique inférieur ou égal à celui de l'organe de calcul prédéterminé, la concaténation en le point de jonction initial de la portion de la trajectoire résultante courante jusqu'au point de jonction initial avec la trajectoire élémentaire à partir de ce point de jonction, et/ou la concaténation en le point de jonction final de la trajectoire élémentaire jusqu'au point de jonction final avec la portion de la trajectoire résultante courante à partir du point de jonction final, pour calculer une trajectoire résultante suivante ; - chaque point élémentaire initial et chaque point élémentaire final de chaque trajectoire élémentaire est défini par un ou plusieurs paramètres, ces paramètres étant choisis parmi le groupe consistant en : les cordonnées géométriques de l'aéronef, la distance entre l'aéronef et un point prédéterminé de la trajectoire résultante, l'altitude de l'aéronef, la vitesse de l'aéronef et l'heure de passage de l'aéronef en un point prédéterminé de la trajectoire résultante ; et - le procédé comprend en outre une étape d'affichage de la trajectoire résultante sur un écran d'affichage de l'aéronef.

L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mis en oeuvre par un équipement informatique, met en oeuvre un procédé tel que défini ci-dessus. L'invention a également pour objet un dispositif de détermination d'une trajectoire résultante d'un aéronef, la trajectoire résultante comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef entre un point global initial et un point global final prédéterminés pour une mission de l'aéronef, l'aéronef comportant une pluralité d'organes de calcul, chacun étant apte à guider l'aéronef durant au moins une partie de la mission et à calculer une trajectoire élémentaire de l'aéronef durant cette partie, chaque trajectoire élémentaire comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef entre un point élémentaire initial et un point élémentaire final, le dispositif étant connecté à au moins deux organes de calcul distincts, et dans lequel le dispositif comprend des moyens de calcul d'une portion de la trajectoire résultante à partir de trajectoires élémentaires issues d'au moins deux organes de calcul distincts. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un aéronef comportant une pluralité d'organes de calcul, chaque organe de calcul présentant un niveau hiérarchique prédéterminé, et un dispositif de détermination d'une trajectoire résultante de l'aéronef selon l'invention ; - la figure 2 est un organigramme représentant différents organes de calcul de l'aéronef de la figure 1 selon leur niveau hiérarchique correspondant ; - la figure 3 est une vue schématique du dispositif de détermination de la trajectoire résultante de l'aéronef de la figure 1 comportant notamment un écran d'affichage ; - la figure 4 est un organigramme d'un procédé de détermination de la trajectoire de l'aéronef selon l'invention, le procédé étant mis en oeuvre par le dispositif de la figure 3 ; et - la figure 5 est une représentation schématique de données affichées à l'écran d'affichage de la figure 3. Un aéronef 10 est illustré sur la figure 1. Dans l'exemple de réalisation présenté sur cette figure 1, l'aéronef 10 est un avion apte à être exploité par un équipage comportant un ou plusieurs pilotes. L'aéronef 10 est apte à effectuer une mission correspondant à son exploitation nominale. La mission de l'aéronef comporte notamment un point global initial correspondant au point de départ de l'aéronef 10, et un point global final correspondant au point d'arrivée de l'aéronef 10. Lorsque l'aéronef 10 est un avion, sa mission est par exemple un vol commercial comportant un aéroport de départ et un aéroport de destination. Une telle mission est formée par différentes parties correspondant par exemple à différentes phases de vol, telles que les phases de décollage, de croisière ou d'atterrissage, ou encore à des phases de roulage au sol L'aéronef 10 comporte une pluralité d'organes de calcul 12A à 12N, chacun étant apte à guider l'aéronef 10 durant au moins une partie de la mission. Lorsque l'aéronef 10 est un avion, un tel organe de calcul 12A à 12N est par exemple un système de gestion de vol FMS (de l'anglais « Flight Management System »), un pilote automatique PA, un système de roulage au sol dit TAXI , un système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS (de l'anglais « Traffic Collision Avoidance System »), un système d'alerte et d'évitement de collision avec le terrain TAWS (de l'anglais « Terrain Awareness and Waming System »), un radar météorologique WXR (de l'anglais « Weather Radar »), ou encore un système de contrôle du trafic TC (de l'anglais « Traffic Controller »). Sur la figure 1, l'aéronef 10 comporte en outre un dispositif 20 de détermination d'une trajectoire résultante TR de l'aéronef 10 selon l'invention. La trajectoire résultante TR comporte un ensemble de positions successives de l'aéronef 10 entre un point global initial et un point global final prédéterminés pour la mission de l'aéronef 10. Ainsi, lorsque l'aéronef 10 est un avion effectuant un vol commercial, le point global initial est le point de départ de l'avion et le point global final est le point d'arrivée de l'avion. Chaque organe de calcul 12A à 12N comprend un niveau hiérarchique NH prédéterminé. Lorsque plusieurs organes de calcul 12A à 12N sont aptes à guider l'aéronef 10 durant une même partie de la mission, un tel niveau hiérarchique NH permet en particulier de déterminer un unique organe de calcul 12A à 12N pour calculer la trajectoire correspondante pour chaque partie de la mission. Dans ce cas, l'aéronef 10 est guidé par l'organe de calcul 12A à 12N ayant par exemple le niveau hiérarchique NH le plus élevé. De manière générale, un organe de calcul 12A à 12N d'un niveau hiérarchique NH est apte à passer le guidage de l'aéronef 10 à un organe de calcul 12A à 12N d'un niveau hiérarchique inférieur, et à reprendre le guidage de l'aéronef 10 à la suite de cet organe de calcul 12A à 12N auquel le guidage a été confié temporairement ou de n'importe quel autre organe de calcul 12A à 12N d'un niveau hiérarchique NH inférieur. Ainsi, l'organe de calcul 12A à 12N de niveau hiérarchique NH supérieur prédomine chaque organe de calcul 12A à 12N de niveau hiérarchique NH inférieur. Sur la figure 2, un organigramme représente différents niveaux hiérarchiques NH des organes avioniques 12A à 12N lorsque l'aéronef 10 est un avion. Comme le montre cet organigramme, lorsque l'avion est en vol, des systèmes d'alerte, tel que le système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS, présentent le niveau hiérarchique N+1 le plus élevé. Le système de gestion de vol FMS présente un niveau hiérarchique N juste au-dessous du niveau N+1. Le pilote automatique PA présente un niveau hiérarchique N1 au-dessous du niveau N. Les commandes de vol manuelles présentent un niveau hiérarchique N-2 le plus faible. Cet organigramme montre en particulier que lorsque par exemple le pilote automatique PA et le système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS sont aptes à guider l'avion sur une même partie de la mission, l'avion sera guidé par le système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS jusqu'à ce qu'il passe le contrôle du guidage au pilote automatique PA. De manière analogue, l'organigramme de la figure 2 montre que lorsque l'avion est au sol, les systèmes d'alerte présentent toujours le niveau hiérarchique le plus élevé N+1. Le système de roulage au sol TAXI présente le niveau hiérarchique N et les commandes de roulage présentent le niveau N-2 le plus faible Chaque organe de calcul 12A à 12N est adapté pour calculer une trajectoire élémentaire TE, à TEN de l'aéronef 10 durant la partie de la mission au cours de laquelle cet organe de calcul 12A à 12N est apte à guider l'aéronef 10. Chaque trajectoire 10 élémentaire TE, à TEN comporte un ensemble de positions successives de l'aéronef 10 entre un point élémentaire initial PI et un point élémentaire final PF correspondant respectivement au point du début et au point de la fin de ladite partie de la mission de l'aéronef 10. Chaque organe de calcul 12A à 12N présente par exemple une pluralité de modes 15 de fonctionnement MF. Un mode de fonctionnement MF correspond à une configuration prédéterminée de l'organe de calcul 12A à 12N selon laquelle l'aéronef 10 est guidé durant au moins une trajectoire élémentaire TE, à TEN. Par exemple, lorsque l'aéronef 10 est un avion, le système de gestion de vol FMS est apte à calculer une trajectoire latérale de l'aéronef 10 en fonction de la géométrie 20 entre des points de passage pour obtenir des modes de conduite de l'aéronef 10. Ces mode de conduite sont appelés couramment dans l'état de la technique par un terme anglais « LEG » et sont décrits en détail par la norme aéronautique ARINC 702. Ces « LEGs » correspondent à des différents modes de fonctionnement MF du système de gestion de vol FMS au sens du terme « mode de fonctionnement » défini ci-dessus. 25 Un autre exemple de ces modes de fonctionnement MF consiste en différents modes de guidage du pilote automatique PA, comme par exemple, les modes de guidage dans l'axe vertical de type ALT avec tenue d'altitude, de type VNAV avec le pilote automatique PA asservi sur le système de gestion de vol FMS ou de type MOT avec tenue de poussée, dans l'axe latéral de type cap, route, roulis par exemple. Ces modes 30 de guidage correspondent aussi à des différents modes de fonctionnement MF du pilote automatique PA au sens du terme « mode de fonctionnement » défini ci-dessus. Chaque point élémentaire initial PI et chaque point élémentaire final PF d'une trajectoire élémentaire TE, à TEN est défini par un ou plusieurs paramètres. Ces paramètres sont par exemple les cordonnées géométriques de l'aéronef 10, la distance 35 entre l'aéronef 10 et un point prédéterminé, l'altitude de l'aéronef 10, la vitesse de l'aéronef 10, ou encore l'heure de passage de l'aéronef 10 en un point prédéterminé.

En complément, un point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF d'une trajectoire élémentaire TE, à TEN est défini par un changement de mode de fonctionnement MF de l'organe de calcul 12A à 12N correspondant. Le dispositif de détermination 20 de la trajectoire résultante TR est connecté à au moins deux organes de calcul 12A à 12N distincts et est apte à recevoir au moins une trajectoire élémentaire TE, à TEN issue de chacun de ces organes de calcul 12A à 12N distincts. Sur la figure 3, le dispositif de détermination 20 comporte une unité de traitement d'informations 21, formée par exemple d'un processeur 22 et d'une mémoire 24 associée au processeur 22. Le dispositif de détermination 20 comporte un écran d'affichage 26.

Le processeur 22 est apte à exécuter différents logiciels que la mémoire 24 est apte à stocker. La mémoire 24 est apte à stocker un logiciel 32 de réception propre d'une pluralité de trajectoires élémentaires TE, à TEN issues d'au moins deux organes de calcul 12A à 12N distincts, et d'une pluralité de modes de fonctionnement MF correspondant à chaque trajectoire élémentaire TE, à TEN. La mémoire 24 est apte à stocker un logiciel 34 de calcul de la trajectoire résultante TR de l'aéronef 10 à partir des trajectoires élémentaires TE, à TEN reçues par le logiciel de réception 32. Le fonctionnement détaillé du logiciel de calcul 34 sera expliqué plus en détail par la suite.

La mémoire 24 est apte à stocker en outre un logiciel 36 d'affichage de la trajectoire résultante TR sur l'écran d'affichage 26, le logiciel d'affichage 36 étant relié au logiciel de calcul 34. Le logiciel d'affichage 36 est apte à afficher en outre des modes de fonctionnement MF d'un organe de calcul 12A à 12N correspondant, sur la portion correspondante de la trajectoire résultante TR.

En variante, l'écran d'affichage 26 fait partie d'un autre écran d'affichage de l'aéronef 10. Par exemple, lorsque l'aéronef 10 est un avion, un tel écran d'affichage est un écran de navigation ND (de l'anglais « Navigation Display »), un écran primaire de vol PFD (de l'anglais « Primary Flight Display »), un tableau d'alarme FMA (de l'anglais « Flight Mode Annunciator »), un écran de la position verticale VD (de l'anglais « Vertical Display »), un viseur tête haute HUD (de l'anglais « Head Up Display »), un écran multifonctionnel MFD (de l'anglais « Multi Function Display »), ou encore un organiseur électronique de poste de pilotage EFB (de l'anglais « Electronic Flight Bag »). En variante, les moyens de réception 32, les moyens de calcul 34 et les moyens d'affichage 36 sont réalisés sous forme de composants logiques programmables, ou encore sous forme de circuits intégrés dédiés.

Le fonctionnement du dispositif détermination 20 de la trajectoire résultante TR de l'aéronef 10 va désormais être expliqué à l'aide de la figure 4 représentant un organigramme d'un procédé 100 de détermination de la trajectoire résultante TR de l'aéronef 10 selon l'invention.

Lors d'une étape initiale 110, le logiciel de calcul 34 détermine un ensemble d'organes avioniques 12A à 12N concernés par la mission de l'aéronef 10. Lors de l'étape 120, le logiciel de calcul 34 reçoit un ensemble de trajectoires élémentaires TE, à TEN issues de chaque organe de calcul 12A à 12N concerné. L'étape 120 est lancée par le logiciel de calcul 34 à chaque modification du contexte dans lequel l'aéronef 10 évalue. Une telle modification du contexte est par exemple une modification de la position tridimensionnelle de l'aéronef 10 dans l'espace, une modification dans les mesures de la vitesse (verticale ou horizontale), de la pente, du cap de l'aéronef 10, une modification de la phase de vol et/ou de la procédure de vol en cours, ou encore une détection d'une défaillance impactant le fonctionnement de l'aéronef 10. En pratique, l'étape 120 est lancée avec une périodicité de 15 à 20 secondes. Lors de l'étape 130, le logiciel de calcul 34 initialise une trajectoire résultante courante TRC, à partir d'une trajectoire élémentaire TE, à TEN issue d'un organe de calcul de référence 12R prédéterminé. L'organe de calcul de référence 12R est choisi de telle manière qu'il comporte la trajectoire élémentaire TE, à TEN la plus complète par rapport à d'autres trajectoires élémentaires TE, à TEN. En variante, la trajectoire élémentaire courante TRC est initialisée à partir de plusieurs organes de calcul 12A à 12N ayant un même niveau hiérarchique NH et étant engagés sur des parties différentes de la mission. Dans ce cas, la trajectoire résultante courante TRC est la concaténation de ces trajectoires élémentaires TE, à TEN. Par exemple, lorsque l'aéronef 10 est un avion, la trajectoire résultante courante TRC est initialisée à partir de deux organes de calcul de référence, à savoir le système de gestion de vol FMS et le système de roulage au sol TAXI. Les deux systèmes ont un même niveau hiérarchique N mais sont aptes à être engagés sur des parties différentes de la mission. Le système FMS est apte à guider l'avion uniquement en vol et le système TAXI est apte à guider l'avion uniquement au sol. La trajectoire résultante courante TRC est alors le résultat de la concaténation des deux trajectoires élémentaires en points de décollage et d'atterrissage. Lors de l'étape 140, pour chaque trajectoire élémentaire TE, à TEN reçue, le logiciel de calcul 34 détermine sur la trajectoire résultante courante TRC un point de jonction initial PJI correspondant au point élémentaire initial PI de cette trajectoire élémentaire TE, à TEN. Dans cette même étape, le logiciel de calcul 34 détermine sur la trajectoire résultante courante TRC un point de jonction final PJF correspondant au point élémentaire final PF de la trajectoire élémentaire TEi à TEN. Une telle recherche de points de jonction final PJF ou initial PJI dépend des paramètres définissant le point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF correspondant. Ainsi, par exemple, lorsqu'un point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF est défini par les coordonnées géométriques de l'aéronef 10, le point de jonction PJI ou PJF sur la trajectoire résultante courante TRC est le point de la trajectoire résultante courante TRC le plus proche, au sens géométrique, de ce point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF. Lorsqu'un point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF est défini par exemple par l'altitude de l'aéronef 10, le point de jonction PJI ou PJF sur la trajectoire résultante courante TRC est le point de la trajectoire résultante courante TRC auquel l'altitude de l'aéronef 10 estimée est la plus proche de celle définissant ce point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF. La recherche d'un point de jonction PJI ou PJF sur la trajectoire résultante courante TRC est effectuée d'une manière analogue pour un point élémentaire initial PI ou élémentaire final PF défini par la distance entre l'aéronef 10 et un point prédéterminé, par la vitesse de l'aéronef 10, ou encore par l'heure de passage de l'aéronef 10 en un point prédéterminé. Un exemple de détermination des points de jonction initiaux PJI et finaux PJF est présenté ci-dessous. L'évolution d'un aéronef 10 en vol est définie par l'équation de la dynamique suivante : dt dans laquelle Pex, représente les forces extérieures appliquées à l'aéronef 10, m la masse de l'aéronef 10, et T-/> sa vitesse. En projection sur deux axes horizontaux et verticaux, l'équation (1) s'exprime par les deux équations suivantes : - dans le plan horizontal : m.dVx = Tx - Fx - mg. sin y (2) dt - et dans le plan vertical : EPex, m. dfr. (1) = mg.cos y (3) dans lesquelles Tx est la poussée (de l'anglais « thrust »), Fx est la traie, Fz est la portance, et y est la pente aérodynamique. La portance s'exprime par la relation suivante : Fz = % p.S.Va,r2-Cz (4) dans laquelle p est la masse volumique de l'air, S est la surface aérodynamique de l'aéronef 10 (la surface de la voilure, par exemple), Va,, est la vitesse de l'air et C, est un coefficient de portance prédéterminé. De même, la tramée s'exprime par la relation suivante : F, = % p.S.Vair2.Cx (5) dans laquelle C, est un coefficient de tramée prédéterminé. La tramée Fx et la portance Fz de l'aéronef 10 sont liées par une même géométrie de l'aéronef 10. Les coefficients de portance C, et de tramée C' sont donc liés par une équation du type : C, = f (C,) (6) Le coefficient de tramée Cx est généralement déterminé de manière empirique, au moyen de calculs numériques ou d'essais préalables en soufflerie. Ce coefficient est généralement exprimé au moyen d'une relation du type : Cx = f (Cx lisse Cx conf(i) avec i = Alconf ; Cx (7) dans laquelle Cx lisse représente la tramée de l'aéronef 10 dans le cas où l'aéronef est en configuration dite lisse, c'est-à-dire lorsque les becs, volets, aérofreins et trains d'atterrissage sont rentrés ; Cx conf(t) avec i = 1 N'nf représente la tramée supplémentaire dans les différentes situations aérodynamiques possibles en approche, c'est-à-dire avec les becs, et/ou les volets, et/ou les aérofreins et/ou les trains d'atterrissage sortis ; et Cxm représente la tramée induite par la masse aéronef ; la fonction « f» étant généralement une simple somme pondérée des différents coefficients. La position aéronef, en latéral (x) et vertical (z), se calcule enfin par intégration en fonction de la vitesse V et de la pente aérodynamique y au moyen des deux relations suivantes : dx / dt = V. cos y, et dz / dt = V. sin y (8) Les trois variables vitesse V, la pente aérodynamique y et la poussée Tx, sont reliées par les équations (2) et (3). Il existe donc un lien entre ces trois grandeurs. En pratique, cela signifie que le pilotage de l'aéronef 10 dans le plan vertical est réalisé en figeant deux commandes, la troisième se déduisant des équations décrites ci- dessus. Plusieurs modes de contrôle dans le plan vertical sont ainsi mis en oeuvre: - Mode poussée fixe et vitesse imposée ; la résultante étant la pente, - Mode pente fixe et vitesse imposée ; la résultante étant la poussée, - Mode pente fixe et poussée imposée ; la résultante étant la vitesse, - Mode poussée fixe et accélération/décélération imposée ; la résultante étant la pente. D'autres modes de contrôle sont envisageables sans sortir du cadre de la présente invention.

Dans le plan latéral, la commande est en général le roulis, mais il existe d'autres types de commandes comme des poussées différentes sur chaque aile permettant de contrôler également le plan latéral de l'aéronef. L'assemblage des commandes dans le plan latéral et vertical forme un vecteur de commande u. Dans chaque instant, l'aéronef 10 présente un état xu déterminant par exemple la position géométrique courante de cet aéronef et correspondant à un vecteur de commande u. La trajectoire de l'aéronef 10 en vol est déterminée en fonction de l'état initial x0 de l'aéronef 10, d'un critère de coût, ainsi que de contraintes. Le critère de coût s'exprime de manière générale par la relation : inf fF(t,x"(t),u(t))dt (9) ueU x"(to)=x0 où U désigne un ensemble de vecteurs de commande u, e l'état de l'aéronef 10 correspondant au vecteur de commande u et F une fonction de coût à minimiser sur un intervalle de temps [to, Dans l'aviation commerciale, ce critère se réduit en général à une pondération entre une fonction de coût F relative à la consommation carburant (intégrale du débit carburant), et au temps total de vol.. L'évolution du vecteur de commande u au cours du temps comporte ainsi des degrés de libertés exploitables pour obtenir une trajectoire de l'aéronef 10 réalisable, et éventuellement optimale selon un critère tel que défini ci-dessus.

Les équations pour le roulage au sol sont similaires à ce qui précède avec l'altitude selon la direction z figée à l'altitude du sol, c'est-à-dire l'altitude de l'aéroport où se déroule le roulage. Une trajectoire élémentaire TE, à TEN est déterminée à l'aide des équations ci-dessus, ou des équations simplifiées (selon l'horizon temporel recherché ou la précision requise). Ces équations permettant d'estimer un état final de l'aéronef 10 à partir d'un état initial donné de l'aéronef 10 pour chaque trajectoire élémentaire TE, à TEN. Pour chaque trajectoire TE, à TEN, l'état initial xu(t0) permet de déterminer le point de jonction initial PJI et l'état final e(ti) permet de déterminer le point de jonction final PJF. Pour une trajectoire élémentaire TE, à TEN issue d'un organe de calcul 12A à 12N d'un niveau hiérarchique supérieur à celui de l'organe de calcul de référence 12R, le logiciel de calcul 34 remplace lors de l'étape 150 la portion de la trajectoire résultante courante TRC entre le point de jonction initial PJI et le point de jonction final PJF par cette trajectoire élémentaire TEi à TEN, pour calculer une trajectoire résultante suivante TRS. Par exemple, lorsque l'aéronef 10 est un avion, avec une trajectoire élémentaire TEi à TEN issue du système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS, le logiciel de calcul 34 remplace alors la portion correspondante de la trajectoire résultante courante TRC, initialisée par le système de gestion de vol FMS ayant un niveau hiérarchique inférieur à celui du système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS, par la trajectoire élémentaire issue du système TCAS. Le système d'alerte de trafic et d'évitement de collision TCAS prend alors le contrôle du guidage de l'avion indépendamment de la trajectoire définie par le système de gestion de vol FMS. Pour une trajectoire élémentaire TEi à TEN issue d'un organe de calcul 12A à 12N d'un niveau hiérarchique inférieur ou égal à celui de l'organe de calcul de référence 12R' le logiciel de calcul 34 fait, lors de l'étape 150, la concaténation, en le point de jonction initial PJI, de la portion de la trajectoire résultante courante TRC jusqu'au point de jonction initial PJI avec la trajectoire élémentaire TEi à TEN à partir de ce point de jonction PJI, pour calculer une trajectoire résultante suivante TRS. En variante ou en complément, le logiciel de calcul 34 fait, lors de l'étape 150, la concaténation, en le point de jonction final PJF, de la trajectoire élémentaire TEi à TEN jusqu'au point de jonction final PJF avec la portion de la trajectoire résultante courante TRC à partir de ce point de jonction final PJF, pour calculer une trajectoire résultante suivante TRS. Par exemple, lorsque l'aéronef 10 est un avion avec une trajectoire élémentaire TEi à TEN issue du pilote automatique PA, le logiciel de calcul 34 fait la concaténation de la trajectoire résultante courante TRC avec cette trajectoire élémentaire TEi à TEN en les points correspondants, la trajectoire résultante courante TRC étant initialisée par le système FMS ayant un niveau hiérarchique supérieur à celui du pilote automatique PA. Le système de gestion de vol FMS passe alors le contrôle de guidage de l'avion au pilote automatique PA. Dans ce cas, la concaténation avec la trajectoire résultante courante TRC se fait en les deux extrémités de la trajectoire élémentaire. Dans ce même exemple, si la trajectoire résultante courante TRC est initialisée uniquement par le système de gestion de vol FMS, la trajectoire élémentaire TEi à TEN est fournie par le système de roulage au sol TAXI ayant le même niveau hiérarchique N. Cette trajectoire élémentaire TEi à TEN est alors concaténée avec la trajectoire résultant courante TRC en les points correspondant au décollage ou à l'atterrissage de l'avion.

Dans ce cas, la concaténation avec la trajectoire résultante courante TRC se fait uniquement en une extrémité de la trajectoire élémentaire. Lors de l'étape 160, la trajectoire résultante TR est alors formée par la trajectoire résultante suivante TRS, et le logiciel de calcul 34 envoie la trajectoire résultante TR obtenue au logiciel d'affichage 36. Le logiciel d'affichage 36 formate la trajectoire résultante TR afin de la rendre exploitable par l'écran d'affichage 26. En particulier, le logiciel d'affichage 36 ajoute par exemple les modes de fonctionnement MF des organes de calcul 12A à 12N à côté de la portion correspondante de la trajectoire résultante TR.

En complément, le logiciel d'affichage 36 ajoute d'autres informations utiles au guidage de l'aéronef 10 durant la portion de trajectoire résultante TR correspondante, comme des conditions météorologiques par exemple. Lors de l'étape 170, l'écran d'affichage 26 affiche la trajectoire résultante TR avec les éventuelles informations supplémentaires ajoutées par le logiciel d'affichage 38.

Un exemple d'un tel affichage est illustré sur la figure 5, dans le cas d'une trajectoire résultante TR pour un hélicoptère, obtenue pour une mission de sauvetage SAR (de l'anglais « Search And Rescue »). L'hélicoptère comporte un système de gestion de vol FMS et un pilote automatique PA. Sur la figure 5, le système de gestion de vol FMS prend le contrôle du guidage de l'aéronef 10 pour effectuer la manoeuvre d'approche vers le point P1 saisi par l'équipage, à la verticale d'une zone géographique vers laquelle il faudra descendre. Le système de gestion de vol FMS calcule alors la trajectoire pour arriver avec le bon cap et la bonne altitude pour commencer à descendre en le point P2. Puis, le système de gestion de vol FMS passe le contrôle de guidage au pilote automatique PA pour effectuer la manoeuvre de descente vers le point P1 à l'altitude de recherche. Le pilote automatique PA conserve l'autorité pendant la durée d'exécution de la phase de recherche (balayage de la zone jusqu'à un instant ou un point de fin, non matérialisés sur la figure mais connus de l'homme du métier). Enfin, en ce point de fin de recherche, le système de gestion de vol FMS reprend le contrôle de guidage pour effectuer la manoeuvre d'éloignement.

Le procédé de détermination 100 selon l'invention permet ainsi d'obtenir une trajectoire résultante TR pour l'ensemble de la mission de l'aéronef 100. Le procédé permet notamment de compléter la trajectoire de l'aéronef 10 fournie par le système de gestion de vol FMS qui ne prend pas en compte les manoeuvres tactiques de l'aéronef 10, la trajectoire issue du système de gestion de vol FMS étant par exemple complétée avec des trajectoires issues un autre organe de calcul, tel que le pilote automatique PA.

La trajectoire résultante TR est continue et comporte des informations supplémentaires facilitant le guidage de l'aéronef 10. Ceci permet en particulier à l'équipage d'avoir une vision complète sur la trajectoire courante de l'aéronef 10 et sur sa future trajectoire. Ceci permet en outre de donner à l'équipage des informations concernant des changements de modes de fonctionnement MF de différents organes de calcul 12A à 12N. Ce procédé permet également d'améliorer la sécurité de vol car il effectue un remplacement de la trajectoire courante de l'aéronef 10 par celle d'un organe de calcul 12A à 12N de niveau hiérarchique NH plus élevé le cas échéant.

On conçoit ainsi que le procédé de détermination et le dispositif de détermination 20 selon l'invention permettent de faciliter le pilotage de l'aéronef 10 par l'équipage en permettant l'affichage d'une trajectoire résultante plus complète que la trajectoire fournie par le seul système de gestion de vol FMS.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1.- Procédé de détermination (100) d'une trajectoire résultante (TR) d'un aéronef (10), la trajectoire résultante (TR) comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef (10) entre un point global initial et un point global final prédéterminés pour une mission de l'aéronef (10), l'aéronef (10) comportant une pluralité d'organes de calcul (12A, ..., 12N), chacun étant apte à guider l'aéronef (10) durant au moins une partie de la mission et à calculer une trajectoire élémentaire (TEi, TEN) de l'aéronef (10) durant cette partie, chaque trajectoire élémentaire (TEi, TEN) comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef (10) entre un point élémentaire initial (PI) et un point élémentaire final (PF), le procédé (100) étant mis en oeuvre par un dispositif de détermination (20) de la trajectoire résultante (TR) connecté à au moins deux organes de calcul (12A, ..., 12N) distincts, et le procédé (100) étant caractérisé en ce qu'il comprend le calcul d'une portion de la trajectoire résultante (TR) à partir de trajectoires élémentaires (TEi, TEN) issues d'au moins deux organes de calcul (12A, ..., 12N) distincts.
2. 2.- Procédé (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe de calcul (12A, ..., 12N) est choisi parmi le groupe consistant en : un système de gestion de vol (FMS), un pilote automatique (PA), un système de roulage au sol (TAXI), un système d'alerte de trafic et d'évitement de collision (TCAS), un système d'alerte et d'évitement de collision avec le terrain (TAWS), un radar météorologique (WXR) et un système de contrôle du trafic (TC).
3. 3.- Procédé (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'initialisation (130) d'une trajectoire résultante courante (TRC) à partir d'une trajectoire élémentaire (TEi, TEN) issue d'un organe de calcul de référence (12R) prédéterminé.
4. 4.- Procédé (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de calcul de référence (12R) utilisé pour l'étape d'initialisation (130) est un système de , gestion de vol (FMS) ou un système de roulage au sol (TAXI).
5. 5.- Procédé (100) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque organe de calcul (12A, ..., 12N) comprend un niveau hiérarchique (NH) prédéterminé, et la trajectoire élémentaire (TEi, TEN) utilisée pour le calcul d'une portion donnée de la trajectoire résultante (TR) est déterminée en fonction des niveaux hiérarchiques (NH).
6. 6.- Procédé (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque trajectoire élémentaire (TEi, TEN), les étapes suivantes :- la recherche (140) d'un point de jonction initial (PJI) sur la trajectoire résultante courante (TRC) correspondant au point élémentaire initial de la trajectoire élémentaire (TEi, TEN) ; - la recherche (140) d'un point de jonction final (PJF) sur la trajectoire résultante courante (TRC) correspondant au point élémentaire final de la trajectoire élémentaire (TE1, TEN) ; - pour une trajectoire élémentaire (TE1, TEN) issue d'un organe de calcul (12A, ..., 12N) d'un niveau hiérarchique (NH) supérieur à celui de l'organe de calcul de référence (12R), le remplacement (150) de la portion de la trajectoire résultante courante (TRC) entre le point de jonction initial (PJI) et le point de jonction final (PJF) par cette trajectoire élémentaire (TE1, TEN), pour calculer une trajectoire résultante suivante (TRS).
7. 7.- Procédé (100) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque trajectoire élémentaire (TE1, TEN), les étapes suivantes : - la recherche (140) d'un point de jonction initial (PJI) sur la trajectoire résultante courante (TRC) correspondant au point élémentaire initial de la trajectoire élémentaire (TE1, TEN) ; - la recherche (140) d'un point de jonction final (PJF) sur la trajectoire résultante courante (TRC) correspondant au point élémentaire final de la trajectoire élémentaire (TE1, TEN) ; - pour une trajectoire élémentaire (TE1, TEN) issue d'un organe de calcul (12A, ..., 12N) d'un niveau hiérarchique (NH) inférieur ou égal à celui de l'organe de calcul prédéterminé (12R), la concaténation en le point de jonction initial (PJI) de la portion de la trajectoire résultante courante (TRC) jusqu'au point de jonction initial (PJI) avec la trajectoire élémentaire (TE1, TEN) à partir de ce point de jonction, et/ou la concaténation en le point de jonction final (PJF) de la trajectoire élémentaire (TE1, TEN) jusqu'au point de jonction final (PJF) avec la portion de la trajectoire résultante courante (TRC) à partir du point de jonction final (PJF), pour calculer une trajectoire résultante suivante (TRS).
8. 8.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque point élémentaire initial (PI) et chaque point élémentaire final (PF) de chaque trajectoire élémentaire (TE1, TEN) est défini par un ou plusieurs paramètres, ces paramètres étant choisis parmi le groupe consistant en : les cordonnées géométriques de l'aéronef (10), la distance entre l'aéronef (10) et un point prédéterminé de la trajectoire résultante, l'altitude de l'aéronef (10), la vitesse de l'aéronef (10) etl'heure de passage de l'aéronef (10) en un point prédéterminé de la trajectoire résultante (TR).
9. 9.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé qu'il comprend en outre une étape d'affichage (170) de la trajectoire résultante (TR) sur un écran d'affichage (40) de l'aéronef (10).
10. 10.- Produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en oeuvre par un ordinateur, met en oeuvre le procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
11. 11.- Dispositif (20) de détermination d'une trajectoire résultante (TR) d'un aéronef (10), la trajectoire résultante (TR) comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef (10) entre un point global initial et un point global final prédéterminés pour une mission de l'aéronef (10), l'aéronef (10) comportant une pluralité d'organes de calcul (12A, ..., 12N), chacun étant apte à guider l'aéronef (10) durant au moins une partie de la mission et à calculer une trajectoire élémentaire (TEi, TEN) de l'aéronef (10) durant cette partie, chaque trajectoire élémentaire (TEi, TEN) comportant un ensemble de positions successives de l'aéronef (10) entre un point élémentaire initial (PI) et un point élémentaire final (PF), le dispositif (20) étant connecté à au moins deux organes de calcul (12A, ..., 12N) distincts, et caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul (34) d'une portion de la trajectoire résultante (TR) à partir de trajectoires élémentaires (TEi, TEN) issues d'au moins deux organes de calcul (12A, ..., 12N) distincts.