Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
PROCEDE DE CHANGEMENT DE PROCEDURE D'APPROCHE D'UN AERONEF
L'invention conceme l'aide à la navigation d'un aéronef en phase
d'approche, notamment lors d'un changement rapide de piste ou de
procédure d'atterrissage.
Dans la plupart des cas, un aéronef est équipé d'un calculateur de
gestion de vol FMS (acronyme de l'expression anglo-saxonne Flight
Management System) qui aide le pilote, en particulier dans sa gestion de la
phase d'approche. Le pilote programme une procédure d'arrivée dans son
plan de vol ; celle-ci inclut la liste des segments latéraux, les contraintes
du
plan de vol, une piste d'atterrissage et le système d'aide à l'atterrissage
associé ou une procédure d'approche. On peut citer comme système d'aide
à l'atterrissage, des systèmes comportant des moyens de radio-navigation
au sol tels que les balises sol ILS Instrument Landing System , VOR (VHF
Omni Range), NDB (Non Directional Beacon)... auxquels correspondent des
capteurs embarqués à bord de l'aéronef. Lorsqu'aucun système d'aide à
l'atterrissage n'est utilisé, la piste est associée à une procédure d'approche
de non précision telle que la procédure RNAV (approche de non précision en
Navigation de surface FMS).
On a illustré figure 1 une trajectoire latérale d'approche : elle se
2o situe entre la fin d'une trajectoire d'arrivée standard STAR (acronyme de
l'expression anglo-saxonne Standà'r'd Terminal Arrival Route) et une piste
d'atterrissage 1. La trajectoire STAR initie la transition de la croisière 3
vers
l'arrivée. Chaque trajectoire est établie par le FMS à partir d'une procédure
constituée de points de passage 7(<c waypoint en anglais) reliés par des
segments 9 et à partir de transitions 5 calculées par le FMS pour relier les
segments entre eux.
Il y a généralement plusieurs STAR qui correspondent aux
différents secteurs d'arrivée des aéronefs. De même, à chaque piste sont
associées plusieurs procédures d'approche pré-programmée en fonction des
systèmes d'aide à l'atterrissage utilisés (à chacun de ces systèmes d'aide
correspond une ou plusieurs procédures d'approche en fonction des
capacités et des limitations). Ainsi, chaque procédure d'arrivée STAR peut
être rattachée (éventuellement par une transition 5) à plusieurs procédures
d'approche en fonction de la piste, du sens d'atterrissage sur la piste et du
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
2
système d'aide à l'atterrissage choisi. Il peut aussi exister une transition 5
pour relier chaque procédure d'approche à la piste. Ainsi un secteur d'arrivée
détermine la trajectoire STAR à utiliser tandis que le choix de la procédure
d'approche est déterminé par le contrôleur aérien ou le pilote en fonction du
sens de la piste en service ainsi que du système d'aide à l'atterrissage
choisi.
Une piste est repérée par son orientation indiquée en dizaines de degrés, et
éventuellement par une lettre L, R ou C, (comme Left , Right , ou
Central ) dans le cas de pistes parallèles. Dans la suite, on désigne par le
terme piste, une piste et son sens d'atterrissage ; ainsi sur la figure, 4
pistes
parallèles sont représentées, les pistes 26R, 26L, 08L et 08R. Sur cette
figure on a aussi représenté un faisceau radio-électrique de guidage 11 par
des balises ILS.
Dans certains cas, le contrôleur aérien demande au pilote de
changer de piste d'atterrissage en raison par exemple d'un changement de
direction du vent ou d'un délestage du trafic sur une autre piste, alors que
la
phase d'approche a déjà débuté. Le pilote doit alors reprogrammer
manuellement son plan de vol c'est-à-dire entrer la nouvelle piste (par
exemple la piste 08L au lieu de 26L comme illustré sur la figure 1), choisir
le
système d'aide à l'atterrissage associé à cette nouvelle piste, et vérifier
que
la trajectoire latérale d'approche et le profil vertical entre la position
courante
de l'aéronef et la piste, sont corrects. Cette reprogrammation qui se traduit
pour le pilote par la frappe de plusieurs touches différentes peut être
rédhibitoire compte tenu de sa charge de travail pendant la phase
d'approche.
En fonction de la position de l'avion, il n'est pas toujours
nécessaire de reprendre toute la nouvelle trajectoire d'approche. Cela peut
nécessiter de supprimer certains points de passage mais cette suppression
doit être négociée avec le contrôleur aérien, ce qui augmente
significativement la charge de travail pouvant être préjudiciable à
l'efficacité
voire à la sécurité de l'atterrissage.
Or lorsque la phase d'approche a déjà débuté, le pilote ne dispose
que de peu de temps pour reprogrammer le nouveau plan de vol
correspondant.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
3
Le but le plus important de l'invention est donc d'accélérer le
changement de piste avant l'atterrissage ou plus généralement le
changement d'approche, en facilitant et en minimisant les actions du pilote.
Pour atteindre ce but, l'invention propose un procédé de
changement de procédure d'approche d'un aéronef, comportant des étapes
de sélection d'une nouvelle piste d'atterrissage de l'aéroport de destination
et
de sélection d'un système d'aide à l'atterrissage ou d'une procédure
d'approche associés à cette piste, principalement caractérisé en ce que les
1o étapes de sélection comportent une sélection automatique d'un couple
associant la nouvelle piste d'atterrissage au système d'aide à l'atterrissage
ou à la procédure d'approche, le couple étant issu d'une base de données
contenant les couples liés à l'aéroport de destination.
Ce procédé permet au pilote de changer rapidement de piste
avant l'atterrissage tout en minimisant ses actions. Il permet de remplacer
rapidement la trajectoire initialement prévue par une trajectoire de rejointe
de
l'axe de la piste et la piste elle-même avec sélection automatique. du système
d'aide à l'atterrissage ou de la procédure d'approche de non précision.
La sélection du couple consiste avantageusement à afficher sur
une interface homme-machine, un ensemble des couples, et à valider au
moyen d'une commande, le couple sélectionné.
.:~,.
Selon une caractéristique de l'invention, il comporte une étape de
commande de l'affichage au moyen d'une interface homme-machine.
Le pilote dispose ainsi d'une nouvelle fonction lui permettant de
commander l'affichage des couples de l'aéroport de destination au moyen
d'une interface pilote.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la sélection du couple
consiste à afficher sur une interface destinée à l'équipage un premier couple
issu de la base de données, à faire défiler les couples tant que le couple à
sélectionner n'est pas affiché, et à valider au moyen d'une commande, le
couple sélectionné lorsqu'il est affiché.
De préférence, il comporte préalablement à l'étape de sélection du
couple, une étape de pré-sélection de couples en fonction de la disponibilité
des systèmes d'aide à l'atterrissage.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
4
Selon une caractéristique de l'invention, la sélection du couple
consiste en outre à commander une étape de calcul automatique d'un plan
de vol modifié en fonction de ce couple sélectionné, et de calcul de la
trajectoire d'approche à partir de ce plan de vol modifié, et une étape
d'affichage automatique de la trajectoire d'approche et de la piste.
L'invention concerne aussi un système d'aide à la navigation
comportant un calculateur embarqué de gestion de vol, caractérisé en ce
qu'il comporte reliés au calculateur, une base de données constituée de
couples associant chaque fois une piste d'atterrissage et un système d'aide à
l'atterrissage ou une procédure d'approche de non précision, des moyens
d'affichage des couples et des moyens de sélection d'un couple.
Selon une caractéristique de l'invention, il comporte relié au
calculateur, une interface homme-machine comprenant les moyens
d'affichage des couples et les moyens de sélection d'un couple et de
préférence des moyens de commande de l'affichage des couples.
L'interface homme-machine est par exemple équipée d'un
sélecteur apte à faire défiler les couples sur l'interface et à sélectionner
un
couple. Ce sélecteur peut être un bouton à deux sélections concentriques
assorti d'une commande pour respectivement sélecter et valider le couple.
Selon une caractéristique de l'invention, le calculateur comporte
des moyens de calcul d'un plan de vol modifié en fonction du couple
sélectionné.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront
à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non
limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 illustre schématiquement un changement de trajectoire
d'approche,
la figure 2 représente schématiquement un calculateur FMS relié à
divers équipements,
la figure 3 représente schématiquement un exemple de page
d'approche,
la figure 4 représente schématiquement un exemple de page de
sélection d'un couple,
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
la figure 5 représente schématiquement un exemple de moyen de
sélection d'un couple,
la figure 6 représente schématiquement des exemples de couples
d'une base de données, présentés sous forme d'une pile,
5 la figure 7 représente schématiquement un exemple de nouvelle
trajectoire d'approche.
Un aéronef est équipé d'un calculateur de gestion de vol FMS
(acronyme de l'expression anglo-saxonne Flight Management System).
Comme représenté figure 2, le calculateur FMS 50 est relié au moins à une
interface homme-machine par exemple une MCDU 52 (acronyme de
l'expression anglo-saxonne Multi Purpose Control and Display Unit) dite
interface téte basse , à un écran de navigation ND 54 (acronyme de
l'expression anglo-saxonne Navigation Display), à divers équipements de
bord 56 (capteurs 56a, pilote automatique 56b, base de données terrain 56c,
...). Cette interface comporte un écran de visualisation associé à un
dispositif
de sélection permettant au pilote de vérifier, de sélectionner et/ou de
modifier
certains champs affichés.
Le procédé selon l'invention permet au pilote de changer
rapidement de piste avant l'atterrissage tout en minimisant ses actions. Il
permet de remplacer rapidement la trajectoire initialement prévue par une
trajectoire de rejointe de l'axe de la piste et la piste elle-même avec
sélection
automatique du système d'aide à l'atterrissage.
Le procédé consiste en particulier à visualiser, sélectionner et
programmer la nouvelle piste ainsi que le système d'aide à l'atterrissage le
plus approprié, au moyen d'une interface pilote conviviale et intuitive.
Selon l'invention, une piste d'un aéroport, associée à un système
d'aide à l'atterrissage constitue un couple. Une piste peut être associée à
plusieurs systèmes d'aide à l'atterrissage, en étant par exemple équipée de
plusieurs types de balises. Dans ce cas, plusieurs couples comportent la
même piste mais se distinguent l'un de l'autre par le système d'aide à
l'atterrissage ou la procédure d'approche de non précision. Des exemples de
couples sont présentés figures 4 et 5.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
6
L'ensemble des couples de l'aéroport de destination est stocké
dans une base de données 56d. Cette base de données reliée au calculateur
FMS comprend également l'ensemble des couples d'autres aéroports.
Le procédé selon l'invention intervient en phase d'approche, alors
qu'une page d'approche telle que représentée figure 3, est
réglementairement affichée sur l'interface homme-machine 52. Sur cette
interface apparaît le couple actif c'est à-dire tel qu'initialement prévu,
avant le
changement.
Lorsqu'un changement de piste est demandé par le contrôleur
aérien, le pilote peut alors directement modifier le couple sélectionné en
entrant dans le champ correspondant la nouvelle piste, ainsi que l'un des
systèmes d'aide à l'atterrissage ou une procédure d'approche de non
précision associés à la piste, de son choix.
Pour des raisons pratiques, comme on l'a vu dans le préambule,
étant donnée la charge du pilote pendant la phase d'approche, la frappe de
plusieurs touches différentes du clavier alphabétique peut être rédhibitoire.
Selon l'invention, le pilote dispose d'une nouvelle fonction lui
permettant de commander l'affichage des couples de l'aéroport de
destination au moyen d'une interface pilote.
Plus précisément, le FMS permet à l'équipage l'affichage
préalable sur une interface qui lui est destiné de l'ensemble des couples
existants pour la destination en cours. Cet affichage est initié par appel par
le
pilote de la fonction associée au changement rapide de piste.
Le pilote doit ensuite valider sa sélection pour que la nouvelle
approche correspondant à ce nouveau couple, soit asservie par les systèmes
de bord. Cette validation du couple sélectionné est effectuée au moyen d'une
commande dépendant de l'interface utilisée.
L'activation de la fonction peut être réalisée par deux moyens
différents et complémentaires, l'un étant accessible par l'interface tête-
basse
du FMS (par exemple le MCDU), l'autre par une interface pilote dite tête-
haute qu'est le bandeau de sélection FCU 58 également relié au FMS
comme illustré sur la figure 5.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
7
Selon un premier mode de réalisation, la commande de l'affichage
est mise en oruvre au moyen de l'interface MCDU. Pour cela il sélectionne
le champ de la piste initialement prévue comme indiqué sur l'exemple
(ILS26L) de page d'approche de la figure 3, au moyen par exemple de la clé
de ligne correspondante (1 R).
La commande de l'affichage a pour effet d'afficher une page de
synthèse de l'ensemble des couples de l'aéroport de destination, par
exemple sur cette interface MCDU comme illustré sur la page d'écran
représentée figure 4. Cette page présente les 8 pistes de l'aéroport CDG de
Roissy en France, respectivement associées à un système d'aide à
l'atterrissage, en l'occurrence le système ILS. Le symbole flèche indique que
plusieurs systèmes d'aide à l'atterrissage sont disponibles sur la piste
correspondante ; c'est le cas des pistes 08L, 09R, 26R et 27L car elles sont
aussi équipées d'un système VOR.
Le pilote valide alors le couple sélectionné, au moyen du dispositif
de sélection qui peut être une clé de ligne 52a comme indiqué sur la figure.
Cette façon de sélectionner un couple à partir d'une clé de ligne de
l'interface
MCDU 50 est ergonomique, ce qui est avantageux dans un environnement
où la charge de travail du pilote est élevée.
La touche Select Approach également affichée sur cette page
reste à la disposition du pilote lorsque celui-ci souhaite accéder à la page
habituelle de programmation de la procédure d'arrivée. Cette page est plus
complète car elle comporte l'ensemble des procédures d'arrivée de l'aéroport
de destination mais induit des actions plus lourdes en terme de charge de
travail et d'attention.
Selon un autre mode de réalisation, l'affichage du couple en cours
(avant changement) et la sélection éventuelle d'un autre couple par le pilote
sont proposés sur une interface pilote 58 également reliée au FMS, par
exemple sur un écran en forme de bandeau comme illustré sur la figure 5.
Cette sélection est proposée au pilote par le biais d'un menu
déroulant (en pile continue) qui affiche l'ensemble des couples que le pilote
peut faire défiler au moyen d'une commande.
Tant que le couple désiré n'est pas affiché, le pilote peut faire
défiler les couples susceptibles d'être sélectionnés au moyen d'un sélecteur.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
8
Une fois le couple désiré affiché, le pilote valide cette sélection au moyen
d'une autre commande.
Cette sélection peut être accélérée en utilisant un sélecteur à deux
sélections. Le sélecteur et cette autre commande sont par exemple
regroupés dans un bouton 58a. Il s'agit par exemple d'un bouton à 2
sélections concentriques, indiquées sur la figure par deux flèches, permettant
de faire défiler les couples, l'une pour faire défiler les pistes, l'autre
pour faire
défiler les systèmes d'aide à l'atterrissage associés à la piste. La
validation
de cette sélection est réalisée par une action sur ce même bouton (par
exemple par une action à pousser).
Les sélections correspondent respectivement à un premier et un
deuxième pointeurs dans la base de données des couples comme illustré
figure 6. Pour simplifier on représenté les couples de la base de données
sous la forme d'une pile ordonnée de couples. Le premier emplacement est
celui d'une première piste associée à un système d'aide à l'atterrissage, en
l'occurrence 08UILS ; le deuxième emplacement est celui de la même piste
associée à un autre système d'aide à l'atterrissage en l'occurrence 08LNOR
; les troisième et quatrième emplacements sont respectivement ceux d'une
deuxième et troisième pistes associées à un seul système d'aide à
l'atterrissage, en l'occurrence 08R/ILS et 09UILS ; les cinquième et sixième
emplacements sont respectivement ceux d'une quatrième piste
respectivement associée à un premier et deuxième systèmes d'aide à
l'atterrissage en l'occurrence 09R/ILS et 09RNOR ; etc. Les couples
comportant la même piste forment un sous-ensemble. Le premier pointeur
561 ne pointe que sur le premier emplacement d'un sous-ensemble, alors
que le deuxième pointeur 562 ne pointe que sur les emplacements du sous-
ensemble déjà pointé par le premier pointeur.
On a représenté sur, la figure 2, les deux interfaces pilote 52 et
58 ; l'interface 58 n'est pas nécessaire pour le premier mode de réalisation.
Qu'il s'agisse de l'un ou l'autre mode de réalisation, la piste étant
imposée par le contrôleur aérien, voire par le pilote lui-même, le pilote
sélectionne le couple correspondant à cette piste et au système d'aide à
l'atterrissage dont est équipé l'aéronef. Si plusieurs systèmes d'aide à
l'atterrissage sont à sa disposition, il choisit le plus intéressant au niveau
opérationnel. Il s'agit par exemple du plus précis pour les atterrissages
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
9
tout-temps , configuration la plus délicate pour un pilote, la plus exigeante
en terme de catégorie (ex: ILS CAT III) qui devient l'approche préférentielle
pour laquelle les actions pilote doivent être les plus réduites.
Selon une variante de l'invention, le FMS propose par défaut
comme premier couple d'un sous-ensemble, celui dont le système d'aide à
l'atterrissage est le plus précis, l'ILS par exemple, comme illustré figure 4.
De préférence, les couples affichés ont fait l'objet d'une pré-
sélection par le FMS : ce sont les couples susceptibles d'être sélectionnés,
c'est-à-dire ceux dont le système d'aide à l'atterrissage peut être mis en
oeuvre car l'aéronef et l'aéroport sont équipés avec les moyens
correspondants ou ceux comportant une procédure d'approche disponible.
Cette aide à la sélection est assortie d'un nouveau calcul optimisé
de la trajectoire tant latérale que verticale, permettant de présenter
l'aéronef
dans les meilleures conditions de sécurité et de confort et dans le respect
des réglementations (respect des contraintes de navigation).
La sélection du couple a pour effet de commander
automatiquement le calcul par le calculateur FMS, d'un nouveau plan de vol
modifié en fonction du nouveau couple sélectionné ; il commande aussi
l'affichage sur l'écran ND, de la piste et de la trajectoire d'approche
correspondant à ce nouveau plan de vol et calculée par le FMS, et de
préférence l'affichage sur l'interface homme machine (par exemple une
MCDU) des conditions de la nouvelle procédure d'approche (cap exact de la
piste, paramètres liés au système d'aide à l'atterrissage, ...).
Le plan de vol est élaboré en tenant compte des profils de vitesse
et d'altitude nécessaires à l'approche et à l'atterrissage. Tant que le
nouveau
plan de vol n'est pas validé par le pilote, la piste et la trajectoire
d'approche
sont affichées avec un code, par exemple un code de couleur, indiquant qu'il
s'agit d'une sélection temporaire.
Le nouveau plan de vol calculé par le FMS comprend par exemple
deux segments latéraux comme illustré figures 1 et 7.
Un premier segment 13 joignant la position courante de l'aéronef à
un point AAA permettant d'intercepter l'axe de la piste 1; ce segment est de
type DF Direct to Fix c'est-à-dire un type de segment normalisé par la
norme ARINC 424 correspondant à une trajectoire directe vers un point
toumant, avec une caractéristique supplémentaire d'interception de l'axe de
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
la piste ; dans le cas général, ce segment est constitué d'un premier virage
13a, d'une trajectoire droite 13b puis d'un dernier virage 13c.
Un deuxième segment 15 joignant le point AAA au seuil de la piste
elle-méme ; ce segment est de type CF Course to Fix c'est-à-dire un type
5 de segment normalisé par la norme ARINC 424 correspondant à une tenue
d'angle de route vers un point, avec la route correspondant à l'orientation de
la piste.
Le segment 13 de type DF est calculé de façon à réduire les
manceuvres et la distance. Le calcul tient compte :
10 a) de l'angle de roulis maximum que l'aéronef visera pour
optimiser le temps et le rayon de virage mais ne dépassera pas pour des
raisons de sécurité et de confort des passagers,
b) de la distance nécessaire à la mise en virage de l'aéronef pour
créer la trajectoire droite 13b correspondante, avant le virage 13c,
c) de la vitesse sol courante et de l'angle de roulis prévu de
l'aéronef pendant le premier virage 13a, (lui-même fonction d'une éventuelle
trajectoire de transition et de l'angle de roulis maximum) pour calculer le
rayon de virage de cet éventuel 1 e' virage et le construire si nécessaire,
d) de la vitesse sol prévue au point AAA et de l'angle de roulis
prévu de l'aéronef, pour calculer le rayon de virage de l'éventuel demier
virage 13c et le construire si nécessaire,
e) de l'enchainement avec un segment de type CF qui impose de
terminer le segment DF avec la course du segment CF suivant,
f) du fait que la distance jusqu'au point AAA soit la plus courte
possible et qu'elle permette à l'aéronef de décélérer de sa vitesse courante
jusqu'à la vitesse d'atterrissage.
Dans le cas d'un système d'aide à l'atterrissage de type LOC
(abréviation de l'expression anglo-saxonne Localizer ) ou ILS, il, existe
une contrainte supplémentaire g) qui impose de choisir une trajectoire
latérale d'interception de l'axe de piste avec un angle relativement faible de
préférence inférieur à environ 200.
Lorsque les contraintes e), f) ou g) ne peuvent être respectées, le
calculateur FMS propose un autre segment 13' de la longueur nécessaire
pour respecter ces contraintes, comme illustré figure 7.
CA 02572186 2006-12-27
WO 2006/000590 PCT/EP2005/053022
11
Une fois ces segments latéraux déterminés, le calculateur FMS
calcule une trajectoire verticale permettant à l'aéronef d'intercepter dans de
bonnes conditions de sécurité et de confort des passagers, l'axe vertical
final. Cette trajectoire consiste généralement à maintenir un palier jusqu'à
un
point de mise en descente calculé pour intercepter l'axe final sans dévier de
la trajectoire latérale (sans overshoot en anglais).
La trajectoire verticale inclut éventuellement un segment de
montée permettant à l'aéronef de se repositionner à une altitude minimale
pour intercepter l'axe final. C'est le cas par exemple lorsque l'approche sur
la
piste précédente était déjà bien engagée.
Les trajectoires latérale et verticale étant calculées, le FMS les
affiche sur l'écran ND. Il active également le système d'aide à l'atterrissage
sélectionné en envoyant au capteur de l'aéronef la fréquence de la balise sol
associée.
Le pilote peut alors valider le nouveau plan de vol au moyen par
exemple d'une touche de type activate du MCDU telle que représentée
figure 4. Le plan de vol est alors activé.
Il en résulte un affichage des trajectoires indiquant que le plan de
vol correspondant est actif et non plus temporaire, par exemple au moyen
d'un code de couleur spécifique. Le système d'aide à l'atterrissage est armé
par le pilote et dès que les conditions de capture et de suivi selon le
système
d'atterrissage sont satisfaites, le FMS autorise le pilote automatique à
engager la phase d'approche.
De plus, dès que le nouveau plan de vol est validé, la piste
d'atterrissage ne peut plus être séquencée , c'est-à-dire supprimée du
plan de vol ; de même la sélection du système d'aide à l'atterrissage ou de la
procédure d'approche est maintenue.
