Brevet FR2689231A1 — publié le 19931001

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ASSISTANCE AU PILOTAGE D'UN AERODYNE PAR LA REPRESENTATION GRAPHIQUE DU PLAN DE VOL VERTICAL DE CET AERODYNE. La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'assistance au pilotage d'un aérodyne par la représentation graphique du plan de vol vertical de cet aérodyne. D'une façon générale, on sait que dans les aérodynes de conception moderne, les plans de vol sont générés par un système de gestion de vol qui dialogue avec le pilote au moyen d'au moins deux interfaces, à savoir - un écran de visualisation sur lequel est représenté le tracé de la route de l'avion élaboré dans un plan horizontal (projection horizontale) à partir de points de passage "Way Points" que le pilote a sélectionnés lors de la préparation de son vol, et - une console clavier/écran appelée MCDU ("Multipurpose Control and Display Unit") permettant un dialogue entre le système de gestion du vol et le pilote, cette console permettant notamment à ce dernier de saisir les points singuliers définissant le plan de vol et ensuite, de modifier éventuellement ce plan de vol. Au tracé du plan de vol horizontal, on associe parfois certaines informations concernant le profil vertical (distance sol, altitude) mais uniquement sous forme de symboles ou d'inscriptions. Mais ces symboles ne permettent pas à l'opérateur (pilote) de se faire aisément une image mentale de la situation dans le plan vertical, comme le permet un schéma. En fait, les informations relatives au plan de vol vertical sont disponibles sur écran de la console MCDU sous la forme d'un tableau fournissant, par exemple, l'altitude, la vitesse, le temps de passage prédits à chaque point et la distance d'un point de passage à un autre. Il est clair que ce mode de présentation alphanumérique d'une trajectoire, ne permet pas au pilote d'avoir une vision claire de la situation verticale de l'aérodyne le long de son plan de vol. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste à présenter sur un écran de visualisation, dans un repère de coordonnées altitude/distance sol, au moins les éléments suivants - une pluralité de points de passage identifiés, par une série de repères, sur l'axe horizontal distance sol et sur l'axe vertical altitude - un profil vertical de référence reliant lesdits repères par des traits de liaison - sur au moins une verticale passant par un point de passage, au moins l'un des trois symboles de contrainte d'altitude suivants - un premier symbole indiquant sur ladite verticale un point correspondant à une altitude maximum à laquelle l'aérodyne peut passer - un deuxième symbole indiquant sur cette verticale un point correspondant à une altitude minimum à laquelle l'aérodyne peut passer ; et - un troisième symbole indiquant sur cette verticale un point correspondant à une altitude à laquelle l'aéro dyne doit impérativement passer. Cette représentation du plan de vol vertical pourra occuper tout l'écran ou bien seulement une fenêtre de dimensions variables prévue dans ce dernier. Avantageusement, ce procédé pourra également comprendre, en plus des symboles de contrainte d'altitude, l'affichage d'informations de vitesse utilisés par le pilote, ces informations pouvant concerner - des objectifs de vitesse ; l'endroit où s'effectue le changement d'un objectif de vitesse à un autre étant indiqué sur le tracé par un symbole de changement de vitesse tel que, par exemple, un rond, - des contraintes de vitesse situées en certains points de passage du plan de vol ; ces contraintes de vitesse qui sont souvent imposées par le contrôle aérien, obligent à passer à chacun de ces points à une vitesse inférieure ou égale à une valeur donnée ; ces contraintes sont indiquées en relation avec un point de passage identifié, par exemple, par un losange sur le tracé. Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre l'affichage d'informations se rapportant à des contraintes de temps. Ces informations pourront par exemple consister en des messages indiquant une heure de passage à un point de passage, ce message étant de préférence indiqué à proximité du message d'identification du point de passage. Bien entendu, la position de l'aérodyne par rapport au tracé pourra être indiquée à l'écran. Les couleurs utilisées pourront être en conformité avec les règles ou conventions en vigueur. Si, pour une raison quelconque, une contrainte prévue n'était pas satisfaite, la coloration de l'affichage de cette contrainte pourra changer pour prendre une couleur réservée aux messages d'alarme (par exemple ambre). Cet affichage pourra alors clignoter pour inciter le pilote à agir pour respecter cette contrainte. Des modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels Les figures 1 et 2 sont des modes de représentation d'un plan de vol, dans le plan horizontal (plan de vol latéral) (figure 1) et dans le plan vertical (figure 2) d'un avion. La figure 3 est un diagramme représentatif de la vitesse sol de l'avion en fonction de 1 altitude. La figure 4 est une représentation du plan de vol vertical de l'avion dans laquelle figurent les contraintes de vitesse indiquées sur le diagramme de la figure 3. La figure 5 est une représentation du profil vertical de référence en descente d'un avion. Il convient de rappeler tout d'abord que les informations concernant le plan de vol vertical sont déjà disponibles dans certains avions actuels. Elles sont en effet calculées par le calculateur de gestion de vol (FMS) dont la console clavier/écran MCDU constitue le boîtier de dialogue avec le pilote. Le procédé selon l'invention propose de visualiser sur un écran de visualisation, en complément du plan de vol latéral déjà disponible sur cet écran, une représentation schématique de ces informations qui évoque la trajectoire verticale de l'avion. On rappelle à ce sujet que, tel que représenté à l'écran, le plan de vol latéral fait intervenir dans un plan horizontal XOY, outre un symbole représentatif de la position de l'avion, une succession de points de passage ("way points") reliés entre eux par des traits de liaison. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, outre les points de passage WPT 01 à WPT 04, on a également représenté deux symboles, à savoir - un premier symbole qui désigne l'endroit où, à l'issue d'une montée, l'avion va se mettre en palier, et - un deuxième symbole qui indique l'endroit où, à la fin du palier, l'avion doit entamer une descente. Il apparaît clairement que ces symboles ne permettent pas au pilote de se faire aisément une image mentale de la trajectoire verticale de l'avion. Pour supprimer cet inconvénient, l'invention effectue sur l'écran une représentation graphique du plan de vol vertical comportant, comme représenté sur la figure 2, dans un repère de coordonnées cartésiennes altitude/distance sol, un profil vertical de référence comprenant une succession de points de passage (WPT 01 à WPT 04), (ici en correspondance avec ceux de la figure 1) et reliés par des traits de liaison. Chaque point de passage est repéré par un repère R marquant sa projection verticale sur l'axe distance sol et par une inscription d'identification. Dans cet exemple, la trajectoire verticale de référence de l'avion comprend une phase de montée I, une phase de palier II puis une phase de descente III. Les passages de l'une à l'autre de ces phases, qui correspond aux symboles et sont indiqués ici par des points. Bien entendu, la trajectoire verticale de référence est une trajectoire théorique qui ne sera suivie qu'approximativement par l'avion. C'est la raison pour laquelle on associe à cette trajectoire des symboles de contrainte d'altitude de trois types différents situés chacun sur une verticale passant par un point de passage, à savoir - un premier symbole S1 consistant en un index triangulaire dont la pointe est tournée vers le haut, ce symbole qui est associé aux points de passage WPT 01 et WPT 04, indiquant l'altitude minimum à laquelle l'avion peut passer, - un deuxième symbole S2 consistant en un index triangulaire dont la pointe est tournée vers le bas, qui indique l'altitude maximum à laquelle l'avion peut passer, (ce symbole étant ici associé au point de passage WPT 02), - un troisième symbole S3 consistant en un index formé par deux triangles opposés par un sommet commun, cet index indiquant grâce à ce sommet commun, l'altitude à laquelle l'avion doit impérativement passer. En plus des deux dimensions (altitude/distance sol) évoquées grâce au mode de représentation précédemment décrit, le calculateur de gestion de vol procède à l'affichage d'informations relatives à une troisième dimension, la dimension vitesse. Or, les informations de vitesse utiles pour le pilote sont de trois ordres 1) Les objectifs de vitesse indiquant à court terme la vitesse de consigne actuelle, et à plus long terme la prochaine consigne de vitesse. 2) Les contraintes de vitesse imposées en certains points de passage du plan de vol par exemple par le contrôle aérien, ces contraintes obligeant l'avion à passer par ces points à une valeur inférieure ou égale à une valeur donnée ; ces contraintes peuvent provenir soit de la base de données du calculateur de gestion de vol, soit des informations introduites par le pilote (par l'intermédiaire du clavier de la MCDU) lors de l'élaboration de son plan de vol, par exemple sur la demande du contrôle aérien. 3) Les vitesses prédites aux points de passage : compte tenu des objectifs de vitesse et éventuellement des contraintes de vitesse, le calculateur de gestion de vol prédit en chacun des points de passage du plan de vol la vitesse de passage de l'avion. La figure 4 montre un mode de représentation des informations de vitesse dans un plan de vol vertical en relation avec une consigne de vitesse indiquée sur le diagramme vitesse/distance sol représenté figure 3. Sur cette dernière, la consigne de vitesse, courbe C1, représentée en trait plein, comprend un premier palier P1 à une vitesse constante de 290 noeuds, et ce, depuis l'origine matérialisée par l'axe des vitesses jusqu'en un point Ol situé entre les points de passage WPT 01 et WPT 02, où s'amorce une décélération se terminant en un point 02 marquant le début d'un deuxième palier P2 à une vitesse constante de 275 noeuds. Ce palier P2 se poursuit jusqu'en un point 03 situé entre les points de passage WPT 03 et WPT 04 à partir duquel la vitesse décroît jusqu a atteindre 250 noeuds au point de passage WPT 04. Dans cet exemple, des contraintes de vitesse minimum à 275 noeuds et à 250 noeuds sont respectivement associées aux points de passage WPT 02 et WPT 04. Le plan de vol vertical indiqué sur la figure 4 comprend une succession de points de passage correspondant à ceux de la figure 3 et désignés de la même façon WPT 01 à WPT 04 grâce à des inscriptions portées au-dessus de l'axe distance sol. Dans cet exemple, en phase descente, le profil vertical du plan de vol est rectiligne et forme une pente dirigée vers le sol. Les informations de vitesse associées à cette représentation comprennent a) une indication de la valeur actuelle, soit 290 noeuds, et de la valeur suivante de l' obj l'objectif de vitesse, soit 275 noeuds, dans une fenêtre F1 située en haut de l'écran, b) une indication des vitesses de passage dans des fenêtres F2 situées au-dessus de chaque dénomination de point de passage, c) une indication des contraintes de vitesse dans des fenêtres F3 situées au-dessus des fenêtres F2 associées aux points de passage WPT 02 et WPT 04, d) deux symboles, ici des ronds Ol et 03 marquant sur le profil les endroits où s'amorcent les changements de vitesse (ces ronds Ol et 03, qui correspondent aux points Ol et 03, permettent notamment au pilote d'être prévenu des changements automatiques de vitesse et des accélérations ou décélérations consécutives). Bien entendu, la liste des informations affichées n'est pas limitative. Ainsi, il est possible d'indiquer sur le plan de vol des temps de passage et/ou des contraintes de temps. Cellesci pourront être indiquées par exemple par un message inscrit dans une fenêtre F4 située en dessous de la désignation des points de passage. Le procédé selon l'invention pourra en outre comprendre la présentation d'informations diverses susceptibles d'aider le pilote dans la gestion de la trajectoire verticale. Ainsi, outre la trajectoire de référence, l'image réalisée sur l'écran pourra comprendre le tracé d'un niveau de vol optimal (calculé par le système de gestion de vol par exemple selon un critère de coût). Dans l'exemple illustré sur la figure 4, le niveau de vol optimal est indiqué dans une fenêtre Fg. Un niveau de vol maximal, évolutif avec le délestage prédit, peut être en outre éventuellement indiqué de manière à permettre au pilote de voir où il peut initier les changements de niveau de croisière. Cette image pourra en outre indiquer l'altitude de transition, c'est-à-dire l'altitude à laquelle on passe d'altitudes exprimées en pieds et relatives à la pression au sol du jour à des altitudes exprimées en niveau de vol (FL) et relatives à la pression standard (1013 HPa au niveau de la mer et à une température de 15 ). Par ailleurs, le mode de représentation du plan de vol précédemment décrit paraît particulièrement bien adapté à la présentation d'informations diverses, dont notamment - les gradients de vent en zone terminale, qui peuvent être représentés sur le profil vertical du plan de vol par un symbole approprié, - le relief du sol, notamment en zone terminale, ainsi que dans les cas de panne moteur où l'avion est amené à se rapprocher des zones montagneuses : dans ce cas, la visualisation du relief, associée à la prédiction de la trajectoire ainsi qu'à l'altitude maximale de l'avion peut constituer une aide appréciable au pilote ; cette information de relief peut provenir d'un système spécifique de gestion du relief et de sa proximité (système nommé G-GAS) ou plus simplement de la base de données du système de gestion de vol dans laquelle sont stockées des altitudes maximales opérationnelles pour diverses phases de vol, - les avions intrus situés au voisinage du tracé du plan de vol, de manière à obtenir en quelque sorte un système anti-collision (dans le plan vertical). Une représentation schématique du relief du sol RS est indiquée en fin de la phase de descente illustrée par le profil vertical représenté sur la figure 5. Sur cette figure, le profil vertical de référence est jalonné par les points de passage WPT 01 à WPT 08. Dans cet exemple, l'altitude décroît de façon sensiblement linéaire en fonction de la distance sol depuis un palier situé au-dessus de 37000 pieds jusqu'à une altitude d'environ 3000 pieds, fixée par une contrainte située au point de passage WPT 07. A cette partie du profil de descente, trois contraintes d'altitude sont prévues, à savoir : deux contraintes fixant l'altitude minimum à 12000 pieds aux points de passage WPT 03 et WPT 04 et une contrainte imposant l'altitude de 6000 pieds au point de passage WPT 06. Après le point de passage WPT 07, le profil forme un palier imposé par les contraintes associées aux points de passage WPT 07 et WPT 08. Après ce dernier point de passage, le profil marque une nouvelle descente jusqu'à la piste d'atterrissage P, en passant par un point de passage non référencé. Des contraintes de vitesse à 275 et 250 noeuds sont indiquées au-dessus de l'axe distance sol pour les points de passage WPT 03 et WPT 07. Dans cet exemple, l'avion est représenté sous la forme d'une croix entourée par un cercle, auquel est associée une flèche qui indique sa pente instantanée. Il convient de noter que lorsque l'affichage d'une contrainte à l'aide des symboles précédemment décrits n'est pas réalisable en raison de l'échelle choisie pour l'altitude, cette contrainte est alors indiquée par un symbole tel que, par exemple, une flèche. Dans ce cas, aucune indication ne précise la nature de cette contrainte ainsi que sa valeur. Bien entendu, le calculateur de gestion de vol est conçu de manière à vérifier au cours du vol que les contraintes qui jalonnent le plan de vol sont bien respectées (ceci étant valable aussi bien pour les contraintes précédemment évoquées que celles qui seront définies dans la suite de la description). Dans le cas où l'une des contraintes n'est pas satisfaite, le calculateur de gestion de vol transmettra un message d'alarme pour en informer le pilote. Ainsi, par exemple, les symboles utilisés pour indiquer les contraintes peuvent prendre deux couleurs distinctes, selon que la contrainte est satisfaite ou non, à savoir une couleur correspondant à la couleur conventionnellement adoptée pour la transmission des informations (vert ou magenta) lorsque la contrainte est satisfaite, et une couleur réservée aux messages d'alarme (par exemple ambre) dans le cas où la contrainte n'est pas satisfaite. Dans ce dernier cas, l'affichage de la contrainte pourra être présenté de façon clignotante pour inciter le pilote à agir dans le but de respecter cette contrainte. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assistance au pilotage d'un aérodyne par la représentation graphique, dans un plan vertical, du plan de vol de cet aérodyne, caractérisé en ce qu'il consiste à afficher sur un écran du poste de pilotage de l'aérodyne, dans un repère de coordonnées cartésiennes altitude (Z)/distance sol (D) le long d'un plan horizontal, au moins les éléments suivants - une pluralité de points de passage (WPT 01 à WPT 08) identifiés, par une série de repères, sur l'axe horizontal distance sol et sur l'axe vertical altitude, - un profil vertical de référence reliant les points de passage (WPT 01 à WPT 08) par des traits de liaison, - sur une verticale passant par un point de passage, au moins l'un des trois symboles de contrainte d'altitude suivants un premier symbole (S2) indiquant sur ladite verticale un point (WPT 02) correspondant à une altitude maximum à laquelle l'aérodyne peut passer, un deuxième symbole (S1) indiquant sur cette verticale un point (WPT 01, WPT 04) correspondant à une altitude minimum à laquelle l'aérodyne peut passer, un troisième symbole (S3) indiquant sur cette verticale un point (WPT 03) correspondant à une altitude à laquelle l'aérodyne doit impérativement passer, et - un symbole indiquant la position de l'aérodyne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dénomination de chaque point de passage (WPT 01 à WPT 08) est affichée au voisinage de l'axe distance sol et de la verticale passant par le point de passage (WPT 01 à WPT 08). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'affichage sur le tracé d'au moins un symbole (01, 03) indiquant un changement de vitesse. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un index associé à un point de passage qui indique une contrainte de vitesse (fenêtre F3). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'a une dénomination de point de passage (WPT 01 à WPT 08) est associée l'indication d'une vitesse prédite de passage (fenêtre F2). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des temps de passage (fenêtre F4) sont associés à certaines dénominations de point de passage (WPT 02). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend dans les zones terminales, l'affichage, sur le profil vertical du plan de vol, d'un symbole indiquant la présence d'un gradient de vent. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'affichage du relief du sol (RS) dans les zones terminales (décollage approche) du plan de vol. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'affichage d'un symbole représentatif de l'avion situé sur la partie gauche de la visualisation. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'affichage d'un message d'alarme dans le cas où l'une des susdites contraintes n'est pas satisfaite. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le susdit signal d'alarme consiste en un changement de couleur de l'affichage de la contrainte concernée. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le message d'alarme comprend un clignotement de l'affichage de la contrainte concernée. 13. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant l'affichage du plan de vol vertical de l'aérodyne dans un repère de coordonnées cartésiennes altitude/distance sol et des moyens permettant d'indiquer la position de l'aérodyne par rapport audit plan de vol.