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WO 2006/040441
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Procédé et système d'évitement pour un aéronef.
La présente invention concerne un procédé et un système d'évite-
ment pour un aéronef, en particulier un avion de transport.
Plus précisément, l'invention s'applique à un système d'évitement
comportant un système d'anticollision qui est susceptible :
¨ de détecter un risque de collision avec un autre aéronef appelé aéronef
intrus ci-après (c'est-à-dire qui réalise une intrusion dans l'espace pro-
che de la position actuelle de l'aéronef considéré) ; et
¨ lors d'une telle détection, d'émettre une alarme et de déterminer des
informations d'évitement précisées ci-dessous.
Une manoeuvre d'évitement d'un aéronef intrus est une man uvre
délicate, puisque l'on demande à l'équipage d'éviter la trajectoire de l'aé-
ronef intrus tout en gardant la maîtrise de son propre aéronef et de la tra-
jectoire de ce dernier. Deux problèmes peuvent notamment surgir pendant
une telle man uvre :
¨ le pilote pousse l'aéronef à la limite ou en dehors de son enveloppe de
vol. Ceci déclenche d'autres alarmes qui viennent s'ajouter à l'alarme
initiale ;
¨ le pilote quitte son plan de vol pour réaliser l'évitement. Il risque dans
ce cas de croiser la trajectoire d'un troisième aéronef. Il en résulte sou-
vent une perturbation du trafic aérien, en particulier dans les zones
d'approche de grands aéroports.
On sait qu'un système d'anticollision, en particulier de type TCAS
("Traffic alert and Collision Avoidance System" en anglais, c'est-à-dire
système d'alerte de trafic et d'évitement de collision), permet de surveiller
les trajectoires des aéronefs à proximité de l'aéronef considéré et de re-
présenter leurs positions respectives sur un écran de visualisation, par
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exemple de type ND ("Navigation Display" en anglais, à savoir écran de
navigation).
Ce système d'anticollision repose sur un échange d'informations
par l'intermédiaire de transpondeurs. A l'aide de l'altitude et de la dis-
tance, échangées par exemple toutes les secondes, ledit système d'anti-
collision calcule la trajectoire de tout, aéronef intrus. Il estime alors le
dan-
ger potentiel et calcule une man uvre appropriée pour l'éviter. Cette ma-
noeuvre s'exécute uniquement dans le plan vertical.
Les aéronefs intrus sont généralement classés en plusieurs catégo-
ries suivant leur proximité. On distingue ainsi les alertes ou alarmes sui-
vantes :
¨ une alerte de trafic ("Traffic Advisory" en anglais) qui permet de signa-
ler les appareils qui sont entre 25 et 40 secondes de l'aéronef. Le pilote
doit surveiller l'évolution des trajectoires de ces appareils, mais aucune
man uvre ou limitation ne lui est imposée ; et
¨ une alarme ou alerte ferme (appelée alarme ci-après) rResolution Advi-
sory" en anglais] qui prévient d'un danger proche (moins de 25 se-
condes). A partir des données relatives aux deux aéronefs (altitude, dis-
tance et vitesse), le système d'anticollision élabore deux manoeuvres
possibles :
= une première manoeuvre associée à une alerte préventive, qui
consiste à maintenir la trajectoire courante ;
= une seconde manoeuvre associée à une alarme corrective, qui
consiste à exécuter une montée ou une descente à un taux défini
par le système d'anticollision jusqu'à ce que le danger soit écarté.
Cette manoeuvre s'effectue uniquement dans le plan vertical.
Lors d'une alarme ou alerte ferme de type "Resolution Advisory",
une signalétique particulière est généralement présentée sur une échelle de
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vitesse verticale de l'écran primaire de pilotage de l'aéronef. Deux zones
sont affichées sur cette échelle :
¨ une zone rouge qui représente une zone de vitesse verticale interdite ;
et
- une zone verte dans laquelle le pilote doit placer la vitesse verticale de
l'aéronef afin d'éviter l'aéronef intrus.
En cas d'alarme corrective, on demande au pilote de désengager le
cas échéant le pilote automatique et d'effectuer la manoeuvre d'évitement
manuellement. Il doit pour cela actionner le manche de commande pour
placer la vitesse verticale dans la zone de sécurité verte précitée. Dans la
pratique, on demande aux pilotes de suivre la vitesse verticale limite entre
la zone rouge et la zone verte.
Cependant, l'expérience montre que le suivi d'une consigne de vi-
tesse verticale n'est pas intuitif pour un pilote. En effet, la vitesse verti-
cale n'est pas un paramètre primaire de pilotage, comme l'assiette ou la
vitesse air par exemple. Les pilotes ont ainsi tendance à dépasser la
consigne, ce qui peut entraîner :
¨ une forte variation du facteur de charge, qui nuit au confort et à la
sécurité des passagers ;
- une variation brusque de la vitesse et de l'incidence, qui implique un
risque de sortie de l'enveloppe de vol ; et
¨ un écart important de la trajectoire par rapport à la trajectoire
initiale,
qui perturbe le trafic aérien sur des zones de trafic dense.
Pour essayer de remédier à ces inconvénients, une solution connue
préconise d'afficher sur l'écran primaire de pilotage une consigne d'évite-
ment exprimée en assiette. Pour cela, la consigne de vitesse verticale est
convertie en une valeur d'assiette, plus facile à asservir par le pilote.
Cette
représentation est connue sous le nom de "Pitch Cues" (indications d'as-
siette).
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Toutefois, l'évitement manuel mis en oeuvre dans ce cas reste très
dynamique et ne comble pas tous les problèmes précédemment évoqués
(en particulier=parce que les indications de tangage ou d'assiette sont cal-
culées avec un gain relativement élevé pour inciter le pilote à réaliser une
manoeuvre d'évitement rapide).
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé-
nients. Elle concerne un procédé d'évitement permettant d'empêcher lors
de l'évitement en vol d'un aéronef intrus des variations brusques de fac-
teur de charge, en réalisant une manoeuvre optimale et un asservissement
précis sur la valeur de consigne appropriée.
A cet effet, selon un mode de réalisation de l'invention, ledit procédé
d'évitement pour un aéronef (A) comportant un système d'anticollision (3) qui
est
susceptible de détecter un risque de collision avec au moins un aéronef intrus
(2),
procédé selon lequel :
a) on détermine automatiquement au moins des consignes d'évitement qui
permettent d'éviter toute collision si elles sont appliquées à l'aéronef
(A) ; et
b) on transmet automatiquement ces consignes d'évitement à au moins un
moyen d'aide à l'évitement (6, 21),
caractérisé en ce que:
- lorsque le système d'anticollision (3) détecte un risque de collision, il
émet
une alarme et il détermine des informations d'évitement comprenant au
moins une limite de la vitesse verticale ; et
- lors de l'émission d'une alarme :
= à l'étape a) :
* à partir au moins de ladite limite de la vitesse verticale, on
détermine des premières consignes VZcible qui sont exprimées en
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terme de vitesse verticale et qui permettent d'éviter une collision ;
et
* on transforme ces premières consignes VZcible en consignes
NZcom qui sont exprimées en terme de facteur de charge, en
utilisant l'expression suivante :
NZcom=K.(VZcourante - VZcible)
dans laquelle :
=
VZcourante est la valeur de la vitesse verticale courante de
l'aéronef (A) ; et
K est une variable dépendant de la vitesse courante de
l'aéronef (A) ; et
= à l'étape b), on transmet automatiquement ces consignes NZcom à un
directeur
de vol (21) qui met en oeuvre un mode d'affichage permettant d'afficher
lesdites
consignes NZcom de facteur de charge.
En outre :
¨ dans une première variante, on détermine lesdites premières consignes
de manière à se rapprocher au maximum d'une vitesse verticale nulle,
tout en respectant lesdites informations d'évitement, comme précisé ci-
dessous ; et
- dans une seconde variante, on détermine lesdites premières consignes
de manière à minimiser l'écart entre la trajectoire d'évitement de l'aéro-
nef et la trajectoire initiale (avant l'alarme).
Dans un premier mode de réalisation, à l'étape b), on transmet au-
tomatiquement les consignes d'évitement à un dispositif de guidage au-
tomatique de l'aéronef, qui est susceptible de mettre en oeuvre un mode
de guidage permettant de guider automatiquement l'aéronef conformé-
ment à des consignes d'évitement reçues, lorsqu'un pilote automatique
est engagé et que ledit mode de guidage est déclenché.
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Ainsi, grâce à l'utilisation d'un dispositif de guidage automatique,
on est en mesure de remédier aux inconvénients précités dus à un évite-
ment manuel mis en oeuvre directement par le pilote. En effet, la présente
invention permet ainsi d'éviter les variations brusques de facteur de
charge, en réalisant une manoeuvre optimale et un asservissement précis
sur la consigne. Ceci se traduit par un meilleur confort pour les passagers,
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une plus grande marge de sécurité vis-à-vis de l'enveloppe de vol, un éloi-
gnement minimal par rapport à l'altitude de consigne et donc une pertur-
bation réduite du trafic aérien.
On sait qu'un dispositif de guidage automatique assure d'excellen-
tes performances pour toutes captures et tous maintiens de consignes et
une meilleure reproductibilité que les pilotes. Aussi, la man uvre réalisée
par un dispositif de guidage automatique est plus confortable et plus pro-
che de la consigne que celle réalisée manuellement par un pilote.
De plus, une manoeuvre automatique permet de délester le pilote
1() d'une tâche de pilotage (manoeuvre d'évitement) qui a été faite
manuelle-
ment jusqu'ici, ce qui lui laisse notamment plus de temps pour identifier le
ou les aéronefs intrus lors de cette situation à fort stress.
On notera que dans le cadre de la présente invention :
¨ on appelle "alarme" une alarme ou alerte ferme de type "Resolution
Advisory" précité. Une telle alarme peut être une alerte préventive ou
une alarme corrective ; et
¨ lorsqu'il y a lieu de distinguer entre les deux types d'alarme, on le pré-
cise spécifiquement.
Dans une première variante de réalisation, lors de l'émission d'une
alarme, si le pilote automatique est préalablement engagé :
¨ on affiche un message pour avertir un pilote de l'alarme ; et
¨ ledit mode de guidage (mis en oeuvre par ledit dispositif de guidage
automatique) est déclenché lorsque le pilote actionne un moyen d'ac-
tionnement prévu à cet effet.
En outre, dans une seconde variante de réalisation préférée, lors
de l'émission d'une alarme, si le pilote automatique est préalablement en-
gagé, ledit mode de guidage est déclenché automatiquement par l'émis-
sion de cette alarme. Ceci permet de délester le pilote de ce déclenche-
ment et ainsi de toute la procédure d'évitement. Dans ce cas, avantageu-
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sement, ledit mode de guidage est susceptible d'être arrêté par le pilote,
par l'actionnement d'un moyen d'actionnement approprié prévu à cet ef-
fet.
En outre, avantageusement :
- dans une première variante, lors de l'émission d'une alarme, si le pilote
automatique n'est pas engagé, ledit mode de guidage est déclenché au-
tomatiquement lorsqu'un pilote engage ledit pilote automatique ; et
¨ dans une seconde variante, si le pilote automatique n'est pas engagé, il
s'engage automatiquement et ledit mode de guidage est déclenché au-
tomatiquement lors de l'émission d'une alarme.
De plus, de façon avantageuse, si une alarme corrective est rem-
placée par une alerte préventive, un mode de guidage préalablement dé-
clenché reste en fonctionnement.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, un mode de
guidage préalablement déclenché est arrêté automatiquement, lorsque
l'une des situations suivantes se présente :
¨ le pilote dégage ledit pilote automatique ;
¨ le pilote déclenche un autre mode de guidage ;
¨ le système d'anticollision émet un signal de fin d'alarme.
En variante ou en complément du premier mode de réalisation pré-
cité (selon lequel le moyen d'aide à l'évitement comporte un dispositif de
guidage automatique), dans un second mode de réalisation, à l'étape b),
on transmet automatiquement les consignes d'évitement à un directeur de
vol qui met en oeuvre un mode d'affichage permettant d'afficher des in-
formations représentatives desdites consignes d'évitement, lorsqu'il est
engagé et que ledit mode d'affichage est déclenché. De préférence, lesdi-
tes informations représentent des consignes de facteur de charge.
Lorsque ce second mode de réalisation est utilisé en variante audit
premier mode de réalisation, on fournit au pilote les informations lui per-
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mettant de réaliser un évitement manuel, en suivant les consignes de pilo-
tage affichées.
Bien entendu, ce second mode de réalisation peut également être
utilisé en complément dudit premier mode de réalisation. Dans ce cas, la
man uvre d'évitement est réalisée automatiquement au moyen dudit dis-
positif de guidage automatique, mais le pilote peut la surveiller et décider
à tout moment de reprendre cette manoeuvre manuellement, en bénéfi-
ciant alors d'une continuité d'affichage sur le directeur de vol lors du
changement de mode de pilotage.
Les différents modes de déclenchement du mode d'affichage mis
en oeuvre par le directeur de vol peuvent être déduits de façon analogue à
ceux précités du mode de guidage mis en oeuvre par le dispositif de gui-
dage automatique.
On notera que, lorsque le pilote dégage le pilote automatique, on
sort du mode de guidage préalablement déclenché et on déclenche un
mode d'affichage sur un directeur de vol ou on le maintient engagé s'il
l'était déjà.
Avantageusement, lors de l'émission d'une alerte préventive :
¨ si on est initialement dans un mode de guidage susceptible de faire va-
rier la vitesse verticale de l'aéronef, on engage un mode de maintien de
vitesse verticale guidant vers la vitesse verticale courante de l'aéronef ;
et
¨ si on est initialement dans un mode de guidage garantissant une vitesse
verticale constante, on maintient ce mode de guidage.
De plus, de façon avantageuse, lors de l'émission d'une alarme
corrective, on engage un mode spécifique guidant vers une valeur cible de
vitesse verticale.
En outre, avantageusement, lors de l'émission d'une alarme :
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- si on est initialement dans un mode de guidage latéral, on maintient ce
mode de guidage latéral ; et
¨ si initialement aucun mode de guidage latéral n'est engagé, on engage
un mode de maintien du cap courant.
Par ailleurs, de façon avantageuse, lors de l'émission d'une alarme,
on engage un système de contrôle automatique de la poussée des moteurs
de l'aéronef dans un mode de maintien de vitesse, et ceci quel que soit
l'état initial dudit système de contrôle automatique de la poussée.
Par ailleurs, avantageusement, lors de l'émission d'une alerte pré-
ventive, pour la sortie d'une manoeuvre d'évitement lorsque le système
d'anticollision émet un signal de fin d'alarme, on maintient les modes de
guidage utilisés lors de cette man uvre d'évitement.
De plus, de façon avantageuse, lors de l'émission d'une alarme
corrective, pour la sortie d'une man uvre d'évitement lorsque le système
d'anticollision émet un signal de fin d'alarme, on engage un mode permet-
tant de rejoindre la trajectoire initiale. Pour cela, de façon préférée :
¨ longitudinalement, on engage un mode de maintien de vitesse verticale
et on arme un mode de capture d'altitude de manière à capturer une
altitude cible lorsque cette dernière sera atteinte par l'aéronef de façon
à rejoindre la trajectoire initiale ; et
¨ latéralement, on maintient le mode de guidage courant.
En outre, avantageusement, lors d'un changement d'alarme au
cours d'une manoeuvre d'évitement, on réinitialise la manoeuvre.
Par ailleurs, avantageusement, lors de l'émission d'une alerte pré-
ventive, si un mode de capture d'altitude est armé, il est maintenu armé.
De plus, de façon avantageuse, lors de l'émission d'une alarme
corrective, si un mode de capture d'altitude est armé :
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¨ si une valeur prédéterminée "0 pieds/minute" ("Oft/rnin" en anglais)
n'est pas dans un domaine de vitesse verticale interdit, ledit mode de
capture d'altitude est maintenu armé ;
¨ sinon, il est désarmé.
5 Par
ailleurs, avantageusement, lors de l'émission d'une alerte pré-
ventive, un mode d'évitement est présenté au pilote comme armé, et ceci
selon une première présentation particulière.
De plus, de façon avantageuse, lors de l'émission d'une alarme
corrective, un mode d'évitement est présenté au pilote comme engagé, et
10 ceci selon une seconde présentation particulière.
La présente invention concerne également un système d'évitement
pour un aéronef, en particulier un avion de transport civil.
Selon l'invention, ledit système d'évitement du type comportant
un système d'anticollision qui est susceptible :
- de détecter un risque de collision avec au moins un aéronef intrus ; et
¨ lors d'une telle détection, d'émettre une alarme et de déterminer des
informations d'évitement,
est remarquable en ce qu'il comporte de plus :
¨ des moyens de calcul (faisant de préférence partie d'un pilote automati-
que) pour déterminer automatiquement lors de l'émission d'une alarme,
à partir d'informations d'évitement reçues dudit système d'anticollision,
au moins des consignes d'évitement qui permettent d'éviter toute colli-
sion si elles sont appliquées à l'aéronef, lesdits moyens de calcul
comportant des moyens pour déterminer, à partir desdites informations
d'évitement, des premières consignes qui sont exprimées en terme de
vitesse verticale et qui permettent d'éviter une collision ; et
¨ au moins un moyen d'aide à l'évitement qui est relié auxdits moyens de
calcul.
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Avantageusement, lesdits moyens de calcul comportent, de plus,
des moyens pour transformer ces premières consignes en consignes
correspondantes exprimées en terme de facteur de charge de manière à
former lesdites consignes d'évitement.
Dans un mode de réalisation particulier, le système d'évitement
comporte de plus un moyen d'affichage pour afficher, lors de l'émission
d'une alarme, un message avertissant un pilote de l'alarme.
Dans un premier mode de réalisation, ledit moyen d'aide à l'évite-
ment comporte un dispositif de guidage automatique qui est susceptible
de mettre en oeuvre un mode de guidage permettant de guider automati-
quement l'aéronef conformément à des consignes d'évitement reçues
desdits moyens de calcul.
Dans ce cas, avantageusement, le système d'évitement peut
comporter de plus un moyen d'actionnernent susceptible d'être actionné
par le pilote et permettant, lorsqu'il est actionné, de déclencher le mode
de guidage mis en oeuvre par le dispositif de guidage automatique.
Dans un second mode de réalisation, ledit moyen d'aide à l'évite-
ment comporte un directeur de vol qui met en uvre un mode d'affichage
permettant d'afficher des informations représentatives de consignes d'évi-
tement reçues desdits moyens de calcul.
Dans ce cas, avantageusement, le système d'évitement peut
comporter de plus un moyen d'actionnement susceptible d'être actionné
par le pilote et permettant, lorsqu'il est actionné, de déclencher le mode
d'affichage mis en oeuvre par le directeur de vol.
Les figures du dessin annexé 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 système d'évitement
conforme à l'invention.
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La figure 2 illustre schématiquement une manoeuvre d'évitement.
Les figures 3 et 4 sont deux graphiques permettant d'illustrer une
manoeuvre d'évitement conforme à l'invention, dans deux situations diffé-
rentes.
La figure 5A est un graphique et la figure 5B montre un affichage
de contrôle correspondant, qui illustrent des caractéristiques d'évitement
particulières.
Les figures 6A et 6B, 7A et 7B, 8A et 8B, 9A et 9B (ou 9C) sont
des figures similaires aux figures 5A et 5B, mais relatives à d'autres
exemples de manoeuvre d'évitement.
Le système 1 conforme à l'invention et représenté schématique-
ment sur la figure 1 est embarqué sur un aéronef A, en particulier un
avion de transport, et est destiné à mettre en oeuvre un évitement en vol
d'un aéronef intrus 2, comme représenté sur la figure 2.
Pour réaliser un tel évitement en vol, ledit système d'évitement 1
comporte un système d'anticollision 3 usuel, en particulier de type TCAS
("Traffic alert and Collision Avoidance System" en anglais, c'est-à-dire
système d'alerte de trafic et d'évitement de collision), qui surveille les
trajectoires des différents aéronefs 2 à proximité de l'aéronef A (sur lequel
il est embarqué) et qui est susceptible :
¨ de détecter un risque de collision avec au moins un aéronef intrus 2 ; et
¨ lors d'une telle détection, d'émettre une alarme (alarme corrective ou
alerte préventive) et de déterminer des informations d'évitement préci-
sées ci-dessous.
Une telle alarme est émise lorsqu'un aéronef intrus 2 se trouve à
une distance prédéterminée D (exprimée généralement en durée de vol) de
l'aéronef A. La manoeuvre d'évitement consiste :
¨ en cas d'alerte préventive, à maintenir la vitesse verticale courante ; et
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¨ en cas d'alarme corrective, à faire exécuter à l'aéronef A une montée
(ou une descente) à un taux défini, jusqu'à ce que le danger soit écarté.
Cette man uvre s'effectue notamment dans le plan vertical de la
manière précisée ci-dessous, entre une position P1 de début de man uvre
d'évitement et une position P2 de fin de manoeuvre d'évitement, suivant
une trajectoire d'évitement T.
Selon l'invention, le système d'évitement 1 est donc formé de ma-
nière à réaliser un évitement suivant ladite trajectoire T. Dans une variante
particulière précisée ci-dessous, ledit système d'évitement 1 permet éga-
lement de réaliser un évitement latéral.
Selon l'invention, ledit système d'évitement 1 comporte, en plus
dudit système d'anticollision 3 :
¨ des moyens de calcul 4 (correspondant de préférence à un pilote
automatique) qui sont reliés par une liaison 5 audit système d'anticolli-
sion 3, pour déterminer automatiquement lors de l'émission d'une
alarme par ce dernier, à partir d'informations d'évitement reçues dudit
système d'anticollision 3, au moins des consignes d'évitement qui per-
mettent d'éviter à l'aéronef A tout risque de collision si elles sont appli-
quées audit aéronef A ; et
- au moins un dispositif d'aide à l'évitement 6, 21 qui est relié auxdits
moyens de calcul 4 par l'intermédiaire d'une liaison 7, 22.
Dans un premier mode de réalisation, ledit dispositif d'aide à l'évi-
tement comporte un dispositif de guidage automatique 6 qui est suscepti-
ble de mettre en oeuvre un mode de guidage (automatique) permettant de
guider automatiquement l'aéronef A conformément à des consignes d'évi-
tement reçues desdits moyens de calcul 4, lorsque d'une part lesdits
moyens de calcul 4 (pilote automatique) sont engagés et d'autre part ledit
mode de guidage est déclenché. Pour ce faire, de façon usuelle, ledit dis-
positif de guidage automatique 6 détermine des ordres de braquage
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conformes auxdites consignes d'évitement (exprimées en terme de facteur
de charge) et les transmet à des actionneurs usuels de gouvernes usuel-
les, notamment des gouvernes de profondeur, de l'aéronef A. Dans une
variante particulière, ces ordres de braquage peuvent également être dé-
terminés directement par lesdits moyens de calcul 4.
On sait qu'un dispositif de guidage automatique 6 assure d'excel-
lentes performances pour toutes captures et tous maintiens de consignes
et une meilleure reproductibilité qu'un pilote. Aussi, la manoeuvre réalisée
par ledit dispositif de guidage automatique 6 est plus confortable et plus
proche de la consigne que celle réalisée manuellement par un pilote.
De plus, une manoeuvre automatique permet de délester le pilote
d'une tâche de pilotage (qui a été faite manuellement jusqu'ici), ce qui lui
laisse plus de temps notamment pour identifier le ou les aéronefs intrus 2
lors de cette situation (d'intrusion et d'évitement) à fort stress.
Le système d'évitement 1 conforme à l'invention permet ainsi
d'empêcher des variations brusques de facteur de charge, en réalisant une
man uvre optimale et un asservissement précis sur la consigne. Ceci se
traduit notamment au niveau de l'aéronef A par un meilleur confort pour
les passagers, une plus grande marge de sécurité vis-à-vis de l'enveloppe
de vol, un éloignement minimal par rapport à l'altitude de consigne et
donc une perturbation réduite du trafic aérien.
On notera en outre que ledit système d'évitement 1 permet de
faire suivre à l'aéronef A les informations délivrées par le système d'anti-
collision 3, tout en restant au plus près de l'altitude prescrite et en
conservant généralement le suivi du plan de vol latéral.
Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de calcul 4
comportent, comme représenté sur la figure 1 :
¨ des moyens 8 pour déterminer de la manière indiquée ci-après, à partir
d'informations d'évitement également précisées ci-dessous et reçues
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dudit système d'anticollision 3 par la liaison 5, des premières consignes
qui sont exprimées en terme de vitesse verticale et qui permettent
d'éviter une collision ; et
¨ des moyens 9 qui sont reliés par une liaison 10 auxdits moyens 8 pour
5
transformer de manière usuelle ces premières consignes (de vitesse ver-
ticale) en consignes correspondantes exprimées en terme de facteur de
charge de manière à former lesdites consignes d'évitement (qui sont
transmises au dispositif de guidage automatique 6 par la liaison 7).
Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de calcul 4
10
déterminent également (à partir d'informations d'évitement reçues dudit
système d'anticollision 3) des consignes d'évitement auxiliaires permet-
tant de réaliser un évitement dans un plan latéral, et ils transmettent éga-
lement ces consignes d'évitement auxiliaires audit dispositif d'aide à l'évi-
tement 6, 21
15 Par
ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, les moyens 9
mettent en uvre les étapes suivantes pour calculer une consigne de fac-
teur de charge Nz :
¨ ils calculent la différence entre une première consigne de vitesse verti-
cale reçue desdits moyens 8 et une vitesse verticale mesurée (de façon
usuelle) de l'aéronef A;
¨ ils appliquent un filtre à cette différence (filtrage dans le temps, afin
de
filtrer des variations brèves au cours du temps) ; et
¨ ils multiplient cette différence filtrée par un gain dépendant de la
vitesse
de l'aéronef A (de préférence de la vitesse air, par exemple VCAS :
"Calibrated Air Speed" en anglais ou vitesse conventionnelle en fran-
çais).
Dans le cadre de la présente invention, le mode de guidage mis en
oeuvre par le dispositif de guidage automatique 6 peut être déclenché de
différentes manières.
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A cet effet, dans un premier mode de réalisation particulier, ledit
système d'évitement 1 comporte de plus :
¨ un moyen d'affichage 11 qui est par exemple relié par une liaison 12
auxdits moyens de calcul 4 pour afficher, notamment sur un écran de
visualisation 13 (par exemple un écran primaire de pilotage), lors de
l'émission d'une alarme, un message d'avertissement avertissant un
pilote de cette alarme et lui demandant d'actionner un moyen d'action-
nement 14A prévu à cet effet (et faisant partie d'un ensemble 14 de
moyens d'actionnement, représenté de façons générale et schématique
sur la figure 1) ; et
¨ ledit moyen d'actionnement 14A qui est donc susceptible d'être ac-
tionné par le pilote et qui permet, lorsqu'il est actionné, de déclencher
le mode de guidage mis en oeuvre par le dispositif de guidage automati-
que 6 (auquel il est par exemple relié par l'intermédiaire d'une liaison
15).
La figure 3 illustre la variation de la vitesse verticale V en fonction
du temps t dans un exemple relatif audit premier mode de réalisation par-
ticulier précité. La vitesse verticale de l'aéronef A est illustrée par une
courbe VS. Sur cette figure 3, on a de plus représenté une zone interdite
Z1 correspondant à l'émission d'une alarme corrective et définie par des
vitesses verticales V1, V2 et V3.
Le pilote automatique 4 est supposé préalablement engagé et il
guide l'aéronef A à une vitesse initiale Vi. A un temps t1 , une alarme
corrective est émise par le système d'anticollision 3 et le moyen d'affi-
chage 11 émet un message d'avertissement. A un temps t2 suivant, le
pilote actionne le moyen d'actionnement 14A et déclenche ainsi le mode
de guidage mis en oeuvre par le dispositif de guidage automatique 6, ce
qui entraîne une modification automatique de la vitesse verticale qui est
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amenée à la limite de la zone interdite Z1 (vitesse V3 atteinte à un temps
t3).
L'aéronef A est piloté automatiquement à cette vitesse V3 jusqu'à
un temps t4 où le système d'anticollision 3 émet un signal de fin d'alarme.
Le mode de guidage automatique est alors arrêté, et l'aéronef A est
amené à une vitesse verticale nulle (atteinte à un temps t5).
En outre, dans un second mode de réalisation préféré, ledit pilote
automatique 4 et ledit dispositif de guidage automatique 6 sont formés de
sorte que ledit mode de guidage est déclenché automatiquement lors de
l'émission d'une alarme par ledit système d'anticollision 3, si ledit pilote
automatique 4 est préalablement engagé. Ceci permet de délester le pilote
de l'obligation de réaliser ce déclenchement et ainsi de toute la procédure
d'évitement qui est faite automatiquement. Toutefois, ledit mode de gui-
dage est susceptible dans ce cas d'être arrêté par le pilote, par l'action-
nement d'un moyen d'actionnement approprié 14B prévu à cet effet (et
faisant partie de l'ensemble 14), en particulier en cas de déclenchement
intempestif.
De plus, selon l'invention, lors de l'émission d'une alarme, si le pi-
lote automatique 4 n'est pas engagé à ce moment, selon une première
variante, ledit mode de guidage mis en uvre par le dispositif de guidage
automatique 6 n'est pas déclenché. Toutefois, il est déclenché automati-
quement dès qu'un pilote engage ultérieurement ledit pilote automatique
4, comme représenté sur la figure 4.
Sur cette figure 4, on a représenté une zone interdite Z2 définie
par des vitesses verticales V4, V5 et V6, et l'aéronef A présente initiale-
ment une vitesse verticale Vi. Le pilote automatique 4 n'est pas engagé. A
un temps t6, l'aéronef A pénètre dans la zone Z2, et une alarme correc-
tive est émise. Le mode de guidage n'est pas déclenché tant que le pilote
automatique 4 reste désengagé. A un temps t7, le pilote engage le pilote
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automatique 4, ce qui déclenche automatiquement le mode de guidage
mis en oeuvre par le dispositif de guidage automatique 6. La vitesse verti-
cale passe alors de Vi à V6 entre t7 et t8. A un temps t9 ultérieur, un si-
gnal de fin d'alarme est émis et la vitesse verticale est amenée à une vi-
tesse nulle (atteinte à un temps t10).
Par ailleurs, selon une seconde variante, si le pilote automatique 4
n'est pas engagé, il s'engage automatiquement et ledit mode de guidage
est déclenché automatiquement lors de l'émission d'une alarme.
En outre, selon l'invention, si une alarme (corrective) émise par le
système d'anticollision 3 est remplacée par une alerte préventive de type
précité également émise par le système d'anticollision 3, un mode de gui-
dage préalablement déclenché n'est pas arrêté et reste donc en fonction-
nement.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, un mode de
guidage préalablement déclenché est arrêté automatiquement, lorsque
l'une des situations suivantes se présente :
¨ le pilote dégage ledit pilote automatique 4;
¨ le pilote déclenche un autre mode de guidage ;
¨ le système d'anticollision 3 émet un signal de fin d'alarme. Dans ce
cas:
= dans une première variante, comme indiqué précédemment (figures
3 et 4), la vitesse verticale de l'aéronef A est ramenée à une vitesse
nulle ; et
= dans une seconde variante, la vitesse verticale de l'aéronef A est
choisie pour se rapprocher le plus possible de la trajectoire initiale
(avant l'alarme).
Dans le cadre de la présente invention, lesdits moyens 8 détermi-
nent lesdites premières consignes de manière à :
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¨ dans une première variante, se rapprocher au maximum d'une vitesse
verticale nulle, tout en respectant les informations d'évitement reçues
dudit système d'anticollision 3 ; et
¨ dans une seconde variante, minimiser l'écart entre la trajectoire d'évite-
ment T de l'aéronef A et la trajectoire qu'il avait avant l'alarme.
De façon usuelle, ledit système d'anticollision 3 émet comme in-
formations d'évitement le cas échéant :
¨ une indication B1 indiquant la présence d'une zone interdite supérieure
(en vitesse verticale) ;
¨ une indication B2 indiquant la présence d'une zone interdite inférieure
(en vitesse verticale) ;
¨ une valeur Vinf correspondant à la limite inférieure de la vitesse verti-
cale VS, dans le cas d'une indication B2 ; et
¨ une valeur Vsup correspondant à la limite supérieure de la vitesse verti-
cale VS dans le cas d'une indication Bi.
Par conséquent, une alarme corrective est émise par le système
d'anticollision 3, lorsque :
¨ une indication B1 ou B2 est présente ; et
¨ la vitesse verticale VS de l'aéronef A est supérieure à Vsup ou infé-
rieure à Vinf.
Les informations B1, B2, VS, Vinf et Vsup peuvent être affichées
sur une échelle 16 de vitesse verticale, disposée verticalement et associée
à un affichage usuel 17 qui comporte notamment un symbole 18 de l'aé-
ronef A et une ligne d'horizon 19, comme représenté sur les figures 5B,
6B, 7B et 8B. Cet affichage 17 et l'échelle de vitesse verticale associée
16 peuvent être présentés sur un écran de contrôle usuel 20, par exemple
à l'aide du moyen d'affichage 11.
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Dans le cas d'un seul aéronef intrus 2, les moyens 8 déterminent
lesdites premières consignes (de vitesse verticale) de sorte que l'aéronef A
doit prendre une vitesse verticale VS :
¨ qui est nulle, si cette valeur n'est pas interdite (figures 5A et 5B). On
5 privilégie dans ce cas le maintien de palier ; ou
¨ qui correspond à la consigne donnée, à savoir Vinf sur les figures 6A et
6B (c'est-à-dire la limite de la zone interdite Z4).
L'indication B2 de la figure 5B est associée à une zone interdite Z3
de la figure 5A, et l'indication B2 de la figure 6B est associée à la zone
interdite Z4 de la figure 6A.
Par ailleurs, dans le cas de deux aéronefs intrus 2 ou plus, les
moyens 8 déterminent lesdites premières consignes (de vitesse verticale)
de sorte que l'aéronef A doit prendre une vitesse verticale VS :
¨ qui est nulle, si cette valeur n'est pas interdite (figures 7A et 7B) ;
et
15 - qui
correspond à la plus petite des valeurs Vinf et Vsup en valeur abso-
lue, sinon (figures 8A et 8B). On limite ainsi le taux de montée ou de
descente à la plus petite valeur, afin de s'éloigner le moins possible de
l'altitude courante (et donc se rapprocher le plus d'une vitesse verticale
nulle).
20 Les
indications B*1 et B2 de la figure 7B sont associées respecti-
vement à des zones interdites Z5A et Z5B de la figure 7A, et les indica-
tions B1 et B2 de la figure 8B sont associées respectivement à des zones
interdites Z6A et Z6B de la figure 8A. Sur les figures 7A et 7B, on a re-
présenté de plus un symbole 23 illustrant le directeur de vol, comprenant
un trait horizontal et un trait vertical, et correspondant à la position vers
laquelle il convient d'amener le symbole de l'aéronef pour suivre la consi-
gne.
Les figures 9A, 9B et 9C illustrent un second exemple corres-
pondant au cas dans lequel on détermine les premières consignes de ma-
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fière à minimiser l'écart entre la trajectoire d'évitement T de l'aéronef A et
la trajectoire initiale, dans le mode de réalisation préféré dans lequel le
mode de guidage est déclenché automatiquement par l'émission d'une
alarme si le pilote automatique 4 est préalablement engagé. La figure 9A
est similaire aux figures 5A, 6A, 7A et 8A. Les figures 9B et 9C sont si-
milaires aux figures 5B, 6B, 7B et 8B.
La figure 9A illustre la variation de la vitesse verticale V en fonc-
tion du temps t. La vitesse verticale de l'aéronef A est illustrée par une
courbe VS. Sur cette figure 9A, on a représenté une zone interdite Z7A
correspondant à l'émission dans un premier temps d'une alarme préven-
tive, définie par une vitesse verticale V1, ainsi qu'une zone interdite Z7B
correspondant à l'émission d'une alarme corrective, définie par une vitesse
verticale V2, consécutive à ladite alarme préventive.
Le pilote automatique 4 est supposé préalablement engagé, et il
guide l'aéronef A en palier à une vitesse verticale initiale Vi = O. A un
temps t1, une alarme préventive est émise par le système d'anticollision
3. La figure 9B illustre la figuration correspondante sur l'écran primaire de
pilotage PFD ("Primary Flight Display" en anglais). Sur l'indicateur de vi-
tesse verticale 16, la vitesse courante VS de l'aéronef A à cet instant est
en dehors de la zone interdite B2. Pour cette raison, le pilote automatique
4 ne modifie pas la trajectoire de l'aéronef A et reste dans son mode de
fonctionnement courant, et indique l'armement du mode d'évitement par
une inscription TCAS en bleu en deuxième ligne d'un indicateur de
mode usuel (non représenté).
Au temps t2, une alarme corrective est émise par le système
d'anticollision 3. A cet instant le pilote automatique 4 s'engage dans le
mode d'évitement, ce qui est signalé par une inscription "TCAS" de cou-
leur verte en première ligne sur l'indicateur de mode précité. Le pilote au-
tomatique 4 calcule une vitesse de consigne VS supérieure à l'information
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e n
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d'évitement donnée par le système d'anticollision 3, représentée par la
zone interdite Z7B sur la figure 9A. Il va modifier la trajectoire de
l'aéronef
A pour l'amener à cette vitesse de consigne, ce qui est illustré sur la fi-
gure 90 sur l'indicateur de vitesse 16 où cette vitesse VS est positionnée
au dessus de la zone interdite B2.
Au temps t3, le système d'anticollision 3 émet une information de
fin d'alarme. Le pilote automatique 4 quitte le mode d'évitement pour
s'engager automatiquement sur un mode qui lui permet de rejoindre la
trajectoire initiale . La vitesse verticale VS décroît jusqu'à une valeur néga-
tive à laquelle elle est maintenue jusqu'au moment où l'aéronef A capture
le niveau d'altitude initial au temps t4.
Sur les figures 9B et 9C, on a représenté de plus le symbole 23 il-
lustrant le directeur de vol, comprenant un trait horizontal et un trait ver-
tical, et correspondant à la position vers laquelle il convient d'amener le
symbole de l'aéronef A pour suivre la consigne.
En variante ou en complément du premier mode de réalisation pré-
cité (selon lequel le moyen d'aide à l'évitement comporte un dispositif de
guidage automatique 6), dans un second mode de réalisation, ledit moyen
d'aide à l'évitement comporte un directeur de vol 21 qui est relié par une
liaison 22 aux moyens de calcul 4 (pilote automatique) et qui met en oeu-
vre un mode d'affichage permettant d'afficher des informations représen-
tatives des consignes d'évitement reçues desdits moyens de calcul 4,
lorsqu'il est engagé et que ledit mode d'affichage est déclenché. De préfé-
rence, lesdites informations représentent des consignes de facteur de
charge.
Lorsque ce second mode de réalisation est utilisé en variante audit
premier mode de réalisation, le directeur de vol 21 fournit au pilote les in-
formations lui permettant de réaliser un évitement manuel, en suivant les
consignes affichées.
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Bien entendu, ce second mode de réalisation peut également être
utilisé en complément dudit premier mode de réalisation. Dans ce cas, la
manoeuvre d'évitement est réalisée automatiquement à l'aide du dispositif
de guidage automatique 6 (comme précité), mais le pilote peut la surveiller
et décider à tout moment de reprendre cette manoeuvre d'évitement ma-
nuellement, en bénéficiant alors d'une continuité d'affichage sur le direc-
teur de vol 21 lors du changement de mode de pilotage (automatique à
manuel).
Les différents modes de déclenchement du mode d'affichage mis
en oeuvre par le directeur de vol 21 correspondent, par analogie, à ceux
précités du mode de guidage mis en oeuvre par le dispositif de guidage
automatique 6. A cet effet, le système d'évitement 1 peut notamment
comporter des moyens d'actionnement 14C et 14D qui sont similaires aux
moyens d'actionnement 14A et 14B précités et qui font également partie
de l'ensemble 14.
La présente invention présente également les caractéristiques sui-
vantes (spécifiées ci-après aux points A à H) et comprend des moyens
permettant de mettre en oeuvre ces caractéristiques.
A/ Comportement longitudinal de l'aéronef A pendant une manoeuvre en
fonction du type d'alarme
En cas d'alerte préventive, deux cas possibles existent :
¨ si on est initialement dans un mode de guidage susceptible de faire va-
rier la vitesse verticale de l'aéronef A (par exemple un mode de capture
d'un faisceau "ILS Glideslope" en phase d'approche), on prévoit un en-
gagement d'un mode de maintien de vitesse verticale guidant l'aéronef
A vers la vitesse verticale courante ; et
¨ si on est initialement dans un mode de guidage garantissant une vitesse
verticale constante (par exemple un mode de maintien d'altitude), le
PCT/FR2 00 5innli.
=
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mode de guidage courant est maintenu (pas d'engagement d'un mode
spécifique d'évitement "TCAS").
En cas d'alarme corrective, on prévoit un engagement d'un mode
spécifique d'évitement "TCAS" guidant vers une valeur cible de vitesse
verticale. Cette valeur cible est choisie à 100 ft/min de la valeur limite
transmise par le système d'anticollision 3.
On prévoit toutefois également les cas particuliers suivants :
¨ si la valeur limite (frontière) est de 0 ft/min, on utilise 0 ft/min ; et
¨ si la valeur limite est la vitesse verticale courante de l'aéronef A
(alar-
mes de type "Maintain Vertical Speed"), on utilise la vitesse verticale
courante.
B/ Comportement latéral de l'aéronef A pendant une manoeuvre
Le mode de guidage latéral courant est maintenu. Ainsi, si l'aéro-
nef A est en virage au moment de l'alarme, ce virage est maintenu.
S'il n'y a initialement pas de mode de guidage (pilote automatique
et directeur de vol non engagés), alors un mode de maintien du cap cou-
rant est engagé.
C/ Logiques d'un système de contrôle automatique de la poussée
Quel que soit l'état initial d'un système usuel de contrôle automa-
tique de la poussée des moteurs de l'aéronef A lors d'une alarme, on en-
gage ledit système de contrôle automatique de la poussée (au moment de
l'alarme) dans un mode de maintien de vitesse. La vitesse cible utilisée par
ce mode de maintien de vitesse est la vitesse courante au moment de
l'alarme.
D/ Logiques de sortie de man uvre d'évitement
Suite à une alerte préventive, on ne prévoit aucun changement.
Les modes de guidage (longitudinal et latéral) utilisés pour la man uvre
d'évitement sont maintenus.
En outre, en cas d'alarme corrective :
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=
¨ pour le comportement longitudinal :
= on engage un mode de maintien de vitesse verticale. La valeur cible
est choisie comme suit :
4 si l'aéronef A se trouve au-dessus de l'altitude cible courante
5 (une
altitude cible est en permanence sélectionnée et corres-
pond en général à la dernière autorisation du contrôle aérien) :
-1000 ft/min ;
4 si l'aéronef A se trouve au-dessous de l'altitude cible courante :
valeur positive dépendant de l'altitude courante Alt (afin d'assu-
10 rer
que les performances de montée de l'aéronef A à ('altitude
courante permettent d'atteindre cette valeur cible) :
* + 1000 ft/min si Alt 20000 ft ;
* + 500 ft/min si 20000 < Alt 5_ 30000 ft ; et
* + 300 ft/min si Alt > 30000 ft ; et
15 = on
arme un mode de capture d'altitude de manière à capturer
l'altitude cible une fois qu'elle sera atteinte par l'aéronef A ; et
¨ pour le comportement latéral, on maintient le mode de guidage courant.
Par ailleurs, l'équipage peut reprendre la main à tout moment à
l'aide de moyens usuels, en particulier :
20 -
des boutons usuels de type "instinctive disconnect" (situés sur le mini-
manche latéral et sur les manettes de gaz) pour déconnecter le pilote
automatique et/ou l'automanette ; et
¨ des boutons usuels d'engagement/dégagement du pilote automatique,
du directeur de vol et de l'automanette ;
25 - des interfaces usuelles pour sélectionner un autre mode de guidage.
E/ Comportement en cas de changement d'alarme au cours d'une manoeu-
vre
On notera que les alarmes changent souvent en cours de man u-
vre, en particulier :
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¨ lors d'un changement de valeur limite ; et
¨ lors du passage d'une alarme corrective à une alerte préventive, ou
inversement.
En cas de changement d'alarme, la man uvre est réinitialisée,
c'est-à-dire :
¨ on prend en compte la nouvelle valeur limite ; et
¨ on réengage un mode de guidage adéquat (par exemple réengagement
du mode spécifique "TCAS" si l'équipage avait repris la main lors de la
première alarme).
F/ Logiques de capture d'altitude au cours d'une manoeuvre
En cas d'alerte préventive, si un mode de capture d'altitude était
armé au moment de l'émission de cette alerte préventive, il est maintenu
armé. Cela autorise une capture de l'altitude cible, afin d'éviter de traver-
ser cette valeur cible et ainsi de perturber le trafic aérien environnant (gé-
nération de nouvelles alarmes).
On notera qu'en cas d'alerte préventive, la valeur "0 ft/min" n'est
jamais dans la zone rouge. Une capture d'altitude éloigne toujours la vi-
tesse verticale courante de la zone rouge.
En cas d'alarme corrective, si le mode de capture d'altitude était
armé au moment de l'émission de cette alarme corrective, alors :
¨ si la valeur "0 ft/min" n'est pas dans le domaine de vitesse verticale
interdit (zone rouge), le mode de capture d'altitude est maintenu armé
(pour les mêmes raisons que ci-dessus) ;
¨ sinon, il est désarmé.
G/ Loi mathématique utilisée pour élaborer le guidage
La loi de conversion de la vitesse verticale cible (VZcible) en fac-
teur de charge (NZ), qui est utilisée dans la présente invention, est de pré-
férence la suivante :
NZcom = K.(VZcourante ¨ VZcible)
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dans laquelle :
¨ NZcom est la valeur du facteur de charge commandé, qui sera utilisée
pour guider l'aéronef A ;
¨ VZcible est la valeur de la vitesse verticale cible, choisie en fonction
des
consignes reçues du système d'anticollision 3 ;
¨ VZcourante est la valeur de la vitesse verticale courante de l'aéronef
A ; et
¨ K est une variable dépendant de la vitesse courante de l'aéronef A.
H/ Interfaces homme-machine
En cas d'alerte préventive, un mode spécifique "TCAS" est pré-
senté au pilote comme armé (par exemple en étant affiché en bleu en
deuxième ligne d'une zone "Flight Mode Annunciator" d'un écran de pilo-
tage primaire).
En cas d'alarme corrective, un mode spécifique "TCAS" est pré-
senté au pilote comme engagé (par exemple en étant affiché en vert en
première ligne de la zone "Flight Mode Annunciator" de l'écran primaire de
pilotage).
Dans tous les cas, les affichages "TCAS" existants sont mainte-
nus.
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