Procédé et dispositif d'assistance à L'atterrissage -pour aéronef.

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'assistance à l'atterrissage pour un aéronef.

On sait que, dans la phase d'approche devant conduire à l'atterrissage d'un aéronef sur une piste d'atterrissage, le pilotage de ce dernier est particulièrement délicat. Dans cette phase d'approche, le pilote dispose de nombreuses informations, dont certaines doivent lui permettre d'éviter un toucher de queue ou de voilure avec le sol, un atterrissage dur ou encore une sortie de piste. Parmi ces informations figurent principalement la vitesse de l'aéronef, la pente de l'aéronef et la hauteur de l'aéronef par rapport au sol, ces trois informations étant affichées dans le cockpit, de sorte que le pilote peut aisément les surveiller. De plus, la vue de l'environnement fournit au pilote une perception de son plan d'approche.

Le niveau d'énergie totale de l'aéronef, combinaison de sa vitesse et de sa hauteur, est un paramètre essentiel pour estimer le risque de sortie de piste. Toutefois, il n'est pas toujours estimable par le pilote. De plus, le niveau d'énergie peut être altéré par le vent.

L'objet de la présente invention est donc d'informer le pilote sur l'état énergétique de son aéronef à tout instant de la phase d'approche.

A cette fin, selon l'invention, le procédé d'assistance à l'atterrissage pour un aéronef en phase d'approche se trouvant à une hauteur actuelle h et descendant vers une piste d'atterrissage en suivant, avec une vitesse d'approche actuelle V, une trajectoire d'approche actuelle formant avec ladite piste d'atterrissage un angle d'approche actuel γ, ladite vitesse d'approche actuelle V et ledit angle d'approche actuel γ devant idéalement être proches, respectivement, d'une vitesse d'approche de référence cons-

tante Vr et d'un angle d'approche de référence constant γr associés à ladite piste d'atterrissage, est remarquable en ce que :

- on prédétermine, de part et d'autre de ladite vitesse d'approche de référence Vr, une plage de valeurs de vitesse d'approche aptes à permettre un arrêt complet dudit aéronef sur ladite piste d'atterrissage dans le cas où l'angle d'approche actuel γ est au moins approximativement égal audit angle d'approche de référence γr, ladite plage de valeurs de vitesse d'approche étant délimitée par une valeur limite inférieure Vinf et par une valeur limite supérieure Vsup ;

- on prédétermine, de part et d'autre dudit angle d'approche de référence γr, une plage de valeurs d'angle d'approche aptes à permettre un arrêt complet dudit aéronef sur ladite piste d'atterrissage dans le cas où la vitesse d'approche actuelle V est au moins approximativement égale à la vitesse d'approche de référence Vr, ladite plage de valeurs d'angle d'approche étant délimitée par une valeur limite inférieure γinf et par une valeur limite supérieure γsup ;

- on calcule : un seuil inférieur d'énergie totale Einf, correspondant à la situation pour laquelle la vitesse d'approche actuelle V et l'angle d'approche actuel γ sont respectivement égaux à ladite valeur limite inférieure Vinf et à ladite valeur limite inférieure γinf,

- un seuil supérieur d'énergie totale Esup, correspondant à la situation pour laquelle la vitesse d'approche actuelle V et l'angle d'approche actuel γ sont respectivement égaux à ladite valeur limite supérieure Vsup et à ladite valeur limite supérieure γsup, et l'énergie totale actuelle E dudit aéronef ; et

- on procède à la comparaison de ladite énergie totale actuelle E avec les- dits seuils inférieur Einf et supérieur Esup d'énergie totale pour obtenir

une indication sur la possibilité théorique pour ledit aéronef de s'arrêter sur ladite piste d'atterrissage.

La présente invention met à profit Je fait que, à chaque piste d'atterrissage, est associé un ensemble de règles de procédure,, dont celles qui concernent l'atterrissage recommandent (ou imposent) une vitesse d'approche de référence et un angle d'approche de référence. De plus, la présente invention constate que, dans le transport aérien civil, le pilotage des aéronefs respecte, autant que cela est possible, ces règles de procédure d'atterrissage.

Ainsi, selon l'invention, ledit seuil inférieur d'énergie totale, qui considère la vitesse d'approche et la pente d'approche les plus faibles possibles, représente un niveau d'énergie plancher pour que l'aéronef puisse réussir un atterrissage correct. Au contraire, à cette dernière fin, ledit seuil supérieur d'énergie totale, qui prend en compte la vitesse d'approche et la pente les plus fortes possibles, constitue un niveau d'énergie plafond. L'énergie totale actuelle de l'aéronef devra donc se situer entre ces niveaux d'énergie totale plancher et plafond. Au-dessous du niveau d'énergie totale plancher, l'aéronef présente un déficit d'énergie totale que le pilote devra chercher à combler par action sur les moteurs et/ou les gouvernes de profondeur. En revanche, au-dessus de ce niveau d'énergie totale plafond, l'énergie totale de l'aéronef est excédentaire et le pilote devra chercher à la dissiper à l'aide des moteurs, des gouvernes de profondeur, des aérofreins, etc ...

Bien entendu, la comparaison de l'énergie totale actuelle E avec lesdits seuils inférieur Einf et supérieur Esup permet seulement de déterminer la possibilité que l'aéronef s'arrête ou non : l'arrêt effectif de l'aéronef sur la piste (avec ou sans sortie de piste) dépend des autres paramètres usuels, tels que l'état de la piste (pluie, verglas, ...), l'état des pneumatiques du train d'atterrissage, etc ...

La comparaison entre l'énergie totale actuelle E de l'aéronef, d'une -part, et lesdits seuils inférieur Einf et supérieur Esup d'énergie totale peut être réalisée de nombreuses façons différentes.

Par exemple, on peut former l'indice 11 suivant :

_{I1 =} E - Einf Esup- Einf indice qui doit être compris entre 0 et 1 pour correspondre à un niveau d'énergie acceptable en vue d'une approche et d'un atterrissage corrects. En variante, on peut :

- calculer une énergie totale de référence Er correspondant à la situation pour laquelle la vitesse d'approche et l'angle d'approche sont respectivement égaux à la vitesse d'approche de référence Vr et à l'angle d'approche de référence γr ; et

- procéder à la comparaison entre ladite énergie totale actuelle E et ladite énergie totale de référence Er, le résultat de cette comparaison étant lui-même comparé à au moins l'un desdits seuils inférieur Einf et supérieur Esup.

Dans ce cas :

- si E est supérieur à Er, on peut comparer E-Er à Esup-Er ; et

- si E est inférieur à Er, on peut comparer E-Er à Einf-Er.

Lesdites valeurs limites inférieure Vinf et supérieure Vsup de vitesse d'approche sont, de préférence, au moins approximativement égales à ladite vitesse d'approche de référence Vr, respectivement diminuée et augmentée de quelques kts. Par exemple, la valeur limite inférieur Vinf peut être égale à Vr-3kts, alors que la valeur limite supérieure Vsup peut être égale à Vr + 10kts.

De façon semblable, lesdites valeurs limites inférieure γinf et supérieure γsup d'angle d'approche sont, avantageusement, au moins approximativement égales audit angle d'approche de référence γr, respecti-

vement diminué et augmenté de quelques dixièmes de degré. Par exemple, dans le cas usuel où l'angle d'approche de référence γr est voisin de 3 °, les valeurs limites inférieure et supérieure peuvent être égales à γr-0,3° et à γr + 0,3 ° . Bien entendu, les écarts d'angle sont choisis en accord avec les plages autorisées pour la piste d'atterrissage concernée.

Le résultat de ladite comparaison, qui est représentatif du fait que le niveau d'énergie totale de l'aéronef est correct, excédentaire ou déficitaire, peut être porté à la connaissance du pilote par tout moyen connu, tel que alarmes ou alertes sonores ou visuelles, affichage, etc ... Ainsi, le cas échéant, le pilote peut tenter, en connaissance de cause, de corriger un niveau d'énergie incorrect ou même d'effectuer une manœuvre de remise des gaz (go around). A cet effet, il est important que le résultat de la comparaison soit affiché à proximité du pilote, notamment sur un écran de pilotage usuel fréquemment regardé par ce dernier, tel que l'écran PFD.

On remarquera que la variation d'énergie totale d'un aéronef est relativement lente, de sorte qu'il peut être avantageux de fournir au pilote, en complément, une tendance plus rapide de la situation de son aéronef. On peut ainsi prévoir d'associer audit résultat de ladite comparaison d'énergie totale une information de prédiction d'arrêt complet de l'aéronef sur ladite piste d'atterrissage, par exemple telle que celle engendrée par la mise en œuvre du procédé décrit dans la demande de brevet français n° 06 01395 déposée le 17 février 2006.

Pour Ia mise en œuvre du procédé conforme à la présente invention, on peut utiliser un dispositif comportant : - des moyens de calcul :

• recevant au moins des informations concernant la masse actuelle m, la hauteur actuelle h, la vitesse d'approche actuelle V et l'angle d'approche actuel γ de l'aéronef, ainsi que la valeur limite inférieure de vitesse Vinf, la valeur limite supérieure de vitesse Vsup, la valeur

limite inférieure d'angle d'approche γinf et la valeur limite supérieure d'angle d'approche γsup et, le cas échéant, la vitesse- d'approche de référence Vr et l'angle d'approche de référence γr ; et - calculant au moins un indice dont la valeur est représentative du fait que le niveau de ladite énergie totale actuelle E de l'aéronef est correct, excédentaire ou déficitaire ; et

- des moyens de comparaison comparant ledit indice à au moins une valeur de seuil correspondant à une transition entre un niveau d'énergie totale correct et un niveau d'énergie totale excédentaire ou déficitaire, lesdits moyens de comparaison étant aptes à actionner au moins un dispositif d'alerte ou d'alarme, au moins dans le cas où ledit niveau de l'énergie totale actuelle E de l'aéronef est excédentaire ou déficitaire.

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 un schéma illustrant le procédé conforme à Ia présente invention.

La figure 2 est le schéma synoptique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

La figure 3 montre un exemple d'affichage d'un signal d'alerte engendré par la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Dans la situation représentée schématiquement sur la figure 1 , un avion 1 est en phase d'approche en vue d'atterrir sur une piste d'atterrissage 2, dont la longueur utile L est délimitée entre un seuil proximal Sp et un seuil distal Sd. L'avion 1 suit une trajectoire d'approche actuelle 3, présentant un angle d'approche actuel γ, en descendant en direction de la piste d'atterrissage 2 avec une vitesse d'approche actuelle V. Quand l'avion 1 se trouve à la distance horizontale X dudit seuil proximal Sp,

c'est-à-dire à la verticale du point 4 du sol 5 distant de X du seuil proximal Sp, sa hauteur actuelle sur la trajectoire actuelle 3 est égale à h.

Selon les règles de procédure d'atterrissage attachées à la piste d'atterrissage 2, pour optimiser les chances d'un atterrissage correct, la trajectoire d'approche actuelle 3 de l'avion 1 doit passer par un point de référence Po se trouvant à la hauteur réglementaire ho au-dessus du seuil proximal Sp et correspondant au début de l'arrondi 6 de la trajectoire 3. De plus, selon ces règles de procédure d'atterrissage, l'avion 1 devrait idéalement se trouver sur .une trajectoire d'approche de référence 7, passant bien évidemment par le point de référence Po et présentant l'angle d'approche de référence γr, la vitesse dudit avion sur ladite trajectoire d'approche de référence 7 étant égale à une vitesse d'approche de référence Vr. Dans une telle situation idéale, l'aéronef 1 serait certain, sauf circonstance imprévue, de pouvoir s'arrêter en un point 8 de la piste 2, éloigné du seuil proximal Sp de la piste 2 d'une distance £ inférieure à la longueur utile L de celle-ci. A la verticale dudit point 4, la hauteur de ladite trajectoire d'approche de référence 7 est désignée par hr.

Conformément à la présente invention, afin de pouvoir prédire si l'aéronef avec sa vitesse d'approche actuelle V et sa pente actuelle γ a la possibilité de s'arrêter complètement sur la piste 2, on commence par :

- prédéterminer (d'une façon non visible sur la figure 1 ), de part et d'autre de la vitesse d'approche de référence Vr, une plage de valeurs de vitesse d'approche aptes à permettre un arrêt complet de l'avion 1 sur la piste 2 dans le cas où l'angle d'approche actuel γ est au moins approximativement égal à l'angle d'approche de référence γr, ladite plage de valeurs de vitesse d'approche étant délimitée par une valeur limite inférieure Vinf et par une valeur limite supérieure Vsup ; et

- prédéterminer, de part et d'autre dudit angle d'approche de référence γr, une plage 10 de valeurs d'angle d'approche aptes à permettre un ar-

rêt complet de l'avion 1 sur la piste 2 dans le cas où :ia- vitesse d'approche actuelle V est au moins approximativement égale à la vitesse d'approche de référence Vr, ladite plage 10 étant délimitée par une valeur limite inférieure γinf correspondant à une trajectoire limite inférieure d'approche 1 1 et par une valeur limite supérieure γsup correspondant à une trajectoire limite supérieure d'approche 1 2. A la verticale dudit point 4, les hauteurs desdites trajectoires limites inférieure et supérieure d'approche 1 1 et 1 2 sont respectivement désignées par hinf et hsup.

Après la prédétermination de ces deux plages de valeurs de vitesse d'approche et d'angle d'approche, on calcule :

- l'énergie totale actuelle E de l'avion 1 sur la trajectoire d'approche actuelle 3, qui est égale à

E = -m V ² + mgh, (1 )

h étant connue à bord de l'avion 1 et m étant la masse de celui-ci et g l'accélération de la pesanteur ;

- un seuil inférieur d'énergie totale Einf, correspondant à la situation pour laquelle la vitesse et l'angle d'approche de l'avion 1 seraient respectivement égaux à la valeur limite inférieure Vint et à la valeur limite inférieure γinf, ledit seuil inférieur étant donc égal à

Einf = — m Vinf ² + mghinf, avec hinf = ho + Xtan γinf (2)

tan γinf étant la tangente de la valeur limite inférieure γinf d'angle d'approche et la distance X étant égale à h/tanγ, tanγ étant la tangente de l'angle d'approche actuel γ ; et

- un seuil supérieur d'énergie totale Esup, correspondant à la situation pour laquelle la vitesse et l'angle d'approche de l'avion 1 seraient respectivement égaux à la valeur limite supérieure Vsup et à la valeur limite supérieure γsup, ledit seuil étant donc égal à

1

-Esup = — m Vsup ² + mghsup, avec hsup = ho +Xtan γsup (3)

tan γsup étant la tangente de la valeur limite supérieure γsup cTangle d'approche.

Ensuite, on compare l'énergie totale actuelle E de l'avion 1 auxdits seuils inférieur et supérieur d'énergie totale Einf et Esup.

A cet effet, on peut former un indice 11 , donné par l'expression

_{I1 =} _E - Einf_ _{4) Esup- Einf

On voit que :

- si 11 est supérieur à 1 , l'énergie totale actuelle E de l'avion 1 est trop élevée et le risque de sortie longitudinale de piste est réel ;

- si 11 est inférieur à 0, l'énergie totale actuelle E de l'avion 1 est trop faible et ce dernier risque de ne pas pouvoir se poser au-delà du seuil proximal de piste Sp ; et

- en revanche, si 11 est compris entre 0 et 1 , l'énergie totale actuelle E de l'avion 1 correspond à une approche bien exécutée, permettant l'arrêt de l'avion 1 sur la piste 2.

En vue de la comparaison de l'énergie totale actuelle E auxdits seuils inférieur et supérieur d'énergie totale Einf et Esup, on peut, en variante, passer par l'intermédiaire d'une énergie totale de référence Er correspondant à la situation pour laquelle la vitesse d'approche et l'angle d'approche de l'avion 1 sont respectivement égaux à la vitesse d'approche de référence Vr et à l'angle d'approche de référence γr. Cette énergie totale de référence est donc égale à

1 Er = — m Vr ² + mghr, avec hr = ho + Xtan γr (5)

tan γr étant la tangente de l'angle d'approche de référence γr.

Dans le cas où E est supérieur à Er, on peut former l'indice

F - Fr

12 = " (6)

Esup- Er qui doit rester inférieur à 1 pour correspondre à une approche correcte. Si 12 est supérieur à 1 , l'avion 1 présente un excédent d'jénergie, lui interdisant de s'arrêter sur la piste 2.

Dans le cas où E est inférieur à Er, on peut former l'indice

13 = ^^ (7) Eιnf- Er qui doit être supérieur à 1 pour correspondre à une approche correcte de l'avion 1 sur la piste 2. Si 13 est inférieur à 1 , l'énergie totale de l'avion 1 n'est pas suffisante pour une approche correcte de la piste 2.

Pour effectuer les calculs et comparaisons mentionnés ci-dessus, on peut utiliser le dispositif illustré sur la figure 2. Ce dispositif comporte un calculateur 20 recevant à ses entrées la hauteur réglementaire ho du point de référence Po, la masse m, la hauteur h, la vitesse d'approche actuelle V, l'angle d'approche actuel γ, la valeur limite inférieure de vitesse Vinf, la valeur limite supérieure de vitesse Vsup, la valeur limite inférieure d'angle d'approche γinf et la valeur limite supérieure d'angle d'approche γsup. Le calculateur 20 peut recevoir de plus à ses entrées la vitesse d'approche de référence Vr et l'angle d'approche de référence γr.

A l'aide des expressions (1 ), (2), (3) et (4), le calculateur 20 calcule respectivement l'énergie totale actuelle E, le seuil inférieur d'énergie totale Einf et le seuil supérieur d'énergie totale Esup. Il peut de plus calculer l'indice 11 . A l'aide des expressions (5), (6) et (7), le calculateur 20 peut en variante calculer l'énergie totale de référence Er et les indices 12 et 13.

Le calculateur 20 transmet un indice I, représentatif de l'indice 11 ou des indices 12 et 13, à un comparateur 21 (qui peut faire partie intégrante dudit calculateur 20) apte à comparer la valeur dudit indice I à au

moins un seuil (égal à 0 ou à 1 comme il résulte de ce qui précède) et à activer des alarmes ou alertes visuelles 22 et/ou sonores 23 et/ou apte à afficher des messages d'alarme ou d'alerte 24 sur des écrans 25, dans le cas où la valeur de l'indice I révèle un excédent ou un défaut d'énergie ne permettant pas à l'avion 1 d'effectuer une approche et un atterrissage corrects.

Sur la figure 3, on a représenté, comme écran 25, un écran PFD (Primary Flight Display) sur lequel est affiché le message 24 "High Energy" informant le pilote que l'énergie de son avion est excessive pour un atterrissage correct. Bien entendu, en cas de manque d'énergie, le message 24 pourrait être, par exemple, "Low Energy" .

Lorsqu'il est correct, le niveau d'énergie totale de l'avion peut également être affiché sur ledit écran 24, par exemple sous la forme "Correct Energy".