Brevet FR2742226A1 — publié le 19970613

La présente invention concerne un indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef. Pour un aéronef (hélicoptère ou avion) en vol de montée (ou de descente), l'acquisition d'une altitude donnée, par exemple un niveau de vol imposé par le contrôle aérien, s'effectue en général à une vitesse verticale stable. A l'approche de l'altitude visée, le pilote de l'aéronef réduit progressivement la vitesse verticale de ce dernier de manière à intercepter ladite altitude avec une vitesse verticale suffisamment faible pour éviter tout dépassement significatif de l'altitude visée. Cette réduction de la vitesse verticale à l'approche de l'altitude visée peut s'effectuer au jugé ou à l'aide de règles empiriques en surveillant l'évolution (en position et en vitesse) de l'indication d'altitude [aiguille en instrumentation classique ou index sur symbologie connue en aéronautique sous l'acronyme EFIS (Electronic Flight Instruments System)]. Par exemple, une règle empirique classique consiste à commencer la réduction de la vitesse verticale au franchissement d'une fraction de l'écart entre l'altitude visée et l'altitude actuelle (1/10 par exemple), puis à réitérer cette approche pour réduire progressivement la vitesse verticale. Néanmoins, quelle que soit la stratégie utilisée (au jugé ou à l'aide d'une règle empirique), ces méthodes nécessitent, d'une part, une bonne connaissance et une bonne habitude des performances de l'aéronef et engendrent, d'autre part, une charge de travail importante dans une phase de changement de cas de vol, c'est-à-dire au moment où le pilote doit se consacrer à d'autres tâches relatives, par exemple, à la circulation aérienne ou à la navigation. En particulier, les points suivants peuvent être soulignés - au jugé, la méthode réclame une attention soutenue sur l'indicateur d'altitude.L'écart d'altitude d'anticipa tion, c'est-à-dire l'écart d'altitude à partir duquel le pilote doit commencer à réduire la vitesse verticale de l'aéronef, n'est pas forcément facile à estimer, et la convergence sur l'altitude visée doit être attentivement surveillée pour éviter d'arrêter la procédure trop haut ou trop bas, ce qui imposerait de reprendre, et donc de prolonger, la procédure d "'interception" de l'altitude visée - à l'aide d'une méthode empirique, telle que celle décrite précédemment, la mise en oeuvre de la méthode elle-même est relativement lourde puisqu'elle s'effectue par corré lation de deux indications indépendantes (vitesse verti cale et altitude).Elle peut de plus s'avérer complexe si l'altitude d'interception n'est pas un chiffre rond (par exemple 1875 pieds), ce qui est courant dans les procédu res d'approche - l'attention du pilote est concentrée sur les deux indica teurs pendant toute la manoeuvre d'anticipation, puis pendant les ajustements tendant à stabiliser l'altitude visée, ce qui engendre avec des indicateurs circulaires classiques, une tâche malaisée liée, d'une part, à la nécessité d'un balayage visuel relativement important entre les deux indica teurs, en général dans le sens vertical (ce qui est moins naturel que dans le sens horizontal) et, d'autre part, à l'absence totale de corrélation visuelle, donc analogique, entre les deux indications (le mouvement et la dynamique des aiguilles des deux indicateurs sont différents) lorsque l'indication d'altitude est numérique ou "pseudo-numérique " (tambour numérique de valeur ac tuelle plus échelle défilante) sur un écran de visuali sation de pilotage d'une instrumentation EFIS, une charge importante liée à la difficulté de contrôler la vitesse verticale à partir du défilement de l'échelle d'altitude et, plus généralement, à l'absence d'aide visuelle spécifique, malgré la proximité des deux indicateurs, pour déterminer l'écart d'altitude d'anti cipation. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients. A cet effet, l'indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il comprend - des premier et second capteurs d'altitude et de vitesse verticale de l'aéronef, respectivement, - des moyens de traitement des signaux fournis par lesdits premier et second capteurs, et - des moyens d'affichage des signaux traités présentant sur un écran de visualisation . des moyens d'indication d'altitude, et . des moyens d'indication de vitesse verticale agencés en regard desdits moyens d'indication d'altitude, lesdits moyens d'indication d'altitude et lesdits moyens d'indication de vitesse verticale étant couples de sorte que l'indication d'altitude situee en regard de l'indication de vitesse verticale représente, à tout instant, une altitude à venir pour la vitesse verticale actuelle. Ainsi, une fois que l'indication de vitesse verticale arrive en regard de l'indication d'altitude visée, il suffit de maintenir l'indication de vitesse verticale calée sur l'indication d'altitude visée jusqu'à ce que cette dernière soit atteinte, ce qui se traduit par une diminution progressive de la vitesse verticale jusqu'à atteindre une vitesse verticale au moins sensiblement nulle. L'indicateur de la présente invention permet en conséquence de fournir au pilote de l'aéronef, sur un écran de visualisation, une indication analogique et couplée d'altitude et de vitesse verticale permettant de guider toute capture d'objectif d'altitude barométrique (ou radar), sans affichage de la valeur actuelle de l'altitude de l'aéronef, sauf lorsque l'altitude visée est effectivement atteinte. Avantageusement, lesdits moyens d'indication d'altitude sont constitués par une échelle graduée verticalement mobile devant un repère fixe. De préférence, lesdits moyens d'indication de vitesse verticale sont constitués par une aiguille mobile en rotation autour du point d'intersection du prolongement dudit repère fixe et du prolongement de ladite aiguille et pointant vers ladite échelle mobile, l'angle défini par ledit repère fixe et ladite aiguille étant représentatif de la valeur de la vitesse verticale. En particulier, ladite aiguille peut être symbolisée sur ledit écran de visualisation par un segment de droite. Par ailleurs, lesdits moyens de traitement peuvent comprendre un calculateur numérique assurant la transformation des données physiques d'altitude et de vitesse verticale en données adaptées à l'affichage sur ledit écran de visualisation, et un générateur de symboles permettant de matérialiser sur ledit écran, à partir des informations fournies par ledit calculateur de transformation, les caractéristiques graphiques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale, ainsi que, entre lesdits premier et second capteurs et ledit calculateur numérique, un système de références primaires fournissant les informations d'altitude et de vitesse verticale sous forme numérique. 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 une représentation schématique de l'indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef selon l'invention. Les figures 2 et 3a-3c illustrent l'utilisation de l'indicateur selon l'invention pour atteindre une altitude visée. La figure 4 est un graphique montrant la courbe d'altitude en fonction du temps, jusqu'à l'altitude visée, obtenue en utilisant l'indicateur selon l'invention. La figure 5 montre un exemple d'agencement de l'écran de visualisation de l'indicateur selon l'invention sur un écran de planche de bord d'un aéronef. Sur la figure 1, on voit l'indicateur 1 d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef selon l'invention. L'indicateur 1 comprend, comme montré, différents capteurs, en particulier le capteur 2 relatif aux mesures d'altitude (barométrique ou radar) et celui 3 relatif aux mesures de vitesse verticale. Ces capteurs 2, 3 fournissent leurs informations, par l'intermédiaire d'un système de références primaires 4 et d'un calculateur 5, à un générateur de symboles 6 qui affiche côte à côte, sur l'écran de visualisation 7, les informations traitées d'altitude et de vitesse verticale. Plus précisément, le système de références primaires 4 fournit, par mesure de la pression atmosphérique, les informations d'altitude et de vitesse verticale sous forme numérique. Par ailleurs, le calculateur 5 est un calculateur numérique assurant la transformation de ces données physiques en données adaptées à l'affichage sur écran. En outre, le générateur de symboles 6, ou machine à tracer, permet de matérialiser sur l'écran de visualisation 7, à partir des informations fournies par le calculateur de transformation 5, les caractéristiques graphiques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale. De plus, sur l'écran de visualisation 7, les informations d'altitude et de vitesse verticale sont présentées comme suit (figure 1) - l'indication d'altitude est constituée d'une échelle défilante 8 se déplaçant verticalement devant un index ou repère fixe 9, l'ensemble étant visualisé à l'intérieur d'une fenêtre de lecture 10, - l'indication de vitesse verticale est représentée, dans cet exemple, par la rotation angulaire d'un symbole en forme d'aiguille 11 (schématisée notamment par un segment de droite) autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écran 7 (angle a autour du point 0 qui est l'intersec tion du prolongement du repère fixe 9 et de l'aiguille 11) ; l'angle de rotation a vers le haut (vers le bas) de cette aiguille li par rapport à l'horizontale de l'écran 7 est d'autant plus grand (échelle de vitesse fixe 12) que la vitesse de montée (descente) est grande (la relation n'étant pas forcément linéaire sur toute la plage de mesure). On notera que l'extrémité du symbole de vitesse verticale (aiguille schématisée 11) pointe en direction de l'échelle défilante d'altitude 8, et les deux échelles 8, 12 sont telles que la graduation d'altitude située dans le prolongement du symbole de vitesse verticale représente une altitude prédite si le pilote continue à monter (ou à descendre). L'étendue de mesure et la résolution de l'indication de vitesse verticale sont accordées à celles de l'altitude, de sorte que les symboles d'altitude et de vitesse verticale selon l'invention sont couplés, ce qui facilite l'acquisition d'une altitude. Selon la présente invention, le déroulement d'une interception d'altitude peut être subdivisée en deux phases de la manière suivante - phase 1 (figure 2) : le pilote affiche une vitesse verti cale de son choix tant que la graduation correspondant à l'altitude visée (dans l'exemple représenté, il s'agit d'intercepter en montée une altitude de 5500 pieds) n'apparaît pas dans la fenêtre de lecture 10 de l'échelle d'altitude défilante 8, ou se situe encore au-dessus du prolongement de l'extrémité du symbole de vitesse verti cale il - phase 2 (figures 3a-3c) : dès que la graduation correspon dant à l'altitude visée (dans cet exemple, 5500) vient dans l'alignement de l'aiguille 11 indicatrice de la vitesse verticale (figure 3a), le pilote diminue son taux de montée (vitesse verticale) pour que l'aiguille reste pointée sur l'objectif d'altitude (figure 3b), l'échelle mobile 8 continuant à défiler. Ainsi, la vitesse verticale de l'aéronef devient proportionnelle à l'écart d'altitude restant à parcourir pour atteindre l'altitude visée, ce qui garantit une convergence régulière, répétitive et sans tendance au dépassement. En fin de phase (figure 3c), l'aiguille de vitesse verticale 11, toujours pointée vers la graduation d'altitude visée (qui devient finalement l'altitude actuelle), va se confondre avec l'index fixe 9, pour une vitesse verticale qui tend alors vers zéro.Cette phase conduit donc théoriquement à une interception asymptotique de l'altitude visée, comme l'illustre la figure 4. Sur ce graphique montrant la courbe d'altitude Z, jusqu'à une altitude visée Zref, en fonction du temps t, la phase 1(A) est caractérisée par une montée à vitesse verticale Vz constante (taux de montée nominal), tandis que, dans la phase 2(B) et jusqu'à l'acquisition finale (C) de l'altitude visée, la montée s'effectue à une vitesse verticale variable Vz(t) = k(Zref - Z(t)) avec Z On notera qu'une valeur de k faible prolonge la durée de la phase 2 et augmente l'altitude d'anticipation, ce qui est désavantageux d'un point de vue opérationnel, tandis qu'une valeur de k élevée réduit la durée de la phase 2 et réduit l'altitude d'anticipation. Cependant, dans ce dernier cas, il est plus difficile de piloter la vitesse verticale en fonction des écarts d'altitude. Un bon compromis est obtenu avec un gain k de l'ordre de 2000 pieds par minute pour 300 pieds d'écart d'altitude. Dans l'exemple précédent, on a choisi une acquisition d'altitude "en montée". Il est bien entendu qu'un processus d'acquisition d'altitude "en descente" se déroule, selon l'invention, de la même manière au "sens" près. Par ailleurs, comme on le voit sur la figure 4, la courbe d'acquisition réelle F R diffère quelque peu de la courbe théorique FT, comme cela est normal, d'une part, pour tenir compte des conditions réelles de vol et, d'autre part, pour atteindre l'altitude visée en un temps fini. Concernant la présente invention telle qu'exposée ci-dessus, on notera encore les aspects pratiques suivants - le pilote peut ajuster la vitesse verticale de l'aéronef au rythme qui lui convient : de façon continue ou par n désignations dont le nombre et la fréquence peuvent être adaptés à sa disponibilité.Ainsi, puisque le pilote peut contrôler en permanence directement et visuellement (donc analogiquement) sa trajectoire par rapport à la trajec toire idéale asymptotique, il peut même sans difficulté maîtriser une accélération ou un ralentissement du proces sus de convergence - le pilote peut utiliser également avec profit la représen tation de l'invention, pour assurer une stabilisation d'altitude (une fois l'acquisition d'altitude atteinte), en pointant l'aiguille de vitesse verticale sur l'altitude visée chaque fois que celle-ci s'écarte de la valeur actuelle, ce qui la fait revenir aussitôt en face de l'index horizontal fixe, indiquant donc la valeur actuelle d'altitude. La figure 5 illustre un exemple d'agencement de l'écran de visualisation 7 de l'indicateur selon l'invention sur un écran de planche de bord d'un aéronef présentant par ailleurs des indications de cap 13 et de vitesse horizontale 14, ainsi qu'un horizon artificiel 15. REVENDICATIONS 1. Indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend - des premier (2) et second (3) capteurs d'altitude et de vitesse verticale de l'aéronef, respectivement, - des moyens de traitement (4, 5, 6) des signaux fournis par lesdits premier (2) et second (3) capteurs, et - des moyens d'affichage des signaux traités présentant sur un écran de visualisation (7) des moyens d'indication d'altitude (8, 9), et des moyens d'indication de vitesse verticale (11) agencés en regard desdits moyens d'indication d'altitude (8, 9), lesdits moyens d'indication d'altitude (8, 9) et lesdits moyens d'indication de vitesse verticale (11) étant couplés de sorte que l'indication d'altitude située en regard de l'indication de vitesse verticale représente, à tout ins tant, une altitude à venir pour la vitesse verticale ac tuelle. 2. Indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'indication d'altitude sont constitués par une échelle graduée (8) verticalement mobile devant un repère fixe (9). 3. Indicateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'indication de vitesse verticale sont constitués par une aiguille (11) mobile en rotation autour du point d'intersection (0) du prolongement dudit repère fixe (9) et du prolongement de ladite aiguille (11) et pointant vers ladite échelle mobile, l'angle (a) défini par ledit repère fixe (9) et ladite aiguille (11) étant représentatif de la valeur de la vitesse verticale. 4. Indicateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite aiguille (11) est symbolisée sur ledit écran de visualisation (7) par un segment de droite. 5. Indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent un calculateur numérique (5) assurant la transformation des données physiques d'altitude et de vitesse verticale en données adaptées à l'affichage sur ledit écran de visualisation (7), et un générateur de symboles (6) permettant de matérialiser sur ledit écran, à partir des informations fournies par ledit calculateur de transformation (5), les caractéristiques graphiques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale. 6. Indicateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement compren nent de plus, entre lesdits premier (2) et second (3) capteurs et ledit calculateur numérique (5), un système de références primaires (4) fournissant les informations d'altitude et de vitesse verticale sous forme numérique.