Brevet FR2854948A1 — publié le 20041119

I SYSTEME DE GESTION DE VOL La présente invention concerne une assistance à la préparation et au suivi d'un plan de vol prenant en compte des aéroports de déroutement et leurs trajectoires de rejointe pour des aéronefs pourvus d'un calculateur de gestion du vol assurant le traçage d'un plan de vol à partir d'un squelette de 5 trajectoire introduit par l'équipage et constitué de points de passage (waypoint en anglo-saxon) associés à des contraintes diverses de cap, de vitesse, d'altitude, etc.. Un équipage pilote un aéronef par l'intermédiaire d'équipements installés à bord de l'aéronef dits équipements de vol. Ces équipements de o10 vol se répartissent selon trois niveaux en fonction de leurs positions dans la chaîne d'actionnement des plans mobiles et des moteurs de l'aéronef. Le premier niveau est constitué des commandes de vol agissant directement sur les actionneurs des plans mobiles et des moteurs. Elles permettent le pilotage manuel. Le deuxième niveau est constitué du pilote automatique 15 et/ou directeur de vol qui agissent sur les commandes de vol, directement pour le pilote automatique et par l'intermédiaire du pilote pour le directeur de vol, et qui permettent au pilote d'asservir l'aérodyne sur une grandeur liée à la trajectoire de l'aérodyne: assiette, cap, pente, route, altitude, vitesse, écarts par rapport à des routes, etc.. Le troisième niveau est constitué du 20 calculateur de gestion du vol qui agit sur le pilote automatique et/ou directeur de vol et qui permet au pilote de tracer un plan de vol et de faire un suivi plus ou moins automatique du plan de vol adopté. Le traçage d'un plan de vol par un calculateur de gestion du vol se fait à partir d'un squelette de trajectoire introduit par l'équipage et constitué 25 de points de passage (Waypoints) associés à des contraintes diverses de cap, d'altitude, de vitesse, etc.. Par application de règles de construction préprogrammées, le calculateur de gestion du vol construit une route à suivre, à partir d'un chaînage de segments reliant deux à deux les points de passage depuis le point de départ jusqu'au point d'arrivée et de transitions en 30 arc de cercle au niveau des points de passage pour les changements de cap entre segments. Lors de la préparation et du traçage d'un plan de vol, l'équipage d'un aéronef se doit d'assurer une sécurité maximum de la mission en tenant compte des aléas les plus courants pouvant nécessiter une escale non prévue ou un déroutement tels que des problèmes moteur au décollage traités selon une procédure EOSID (acronyme de l'expression anglosaxonne:"Engine Out Standard Instrument Departure"), des problèmes 5 moteur en croisière entraînant pour les bimoteurs des restrictions de déplacement imposées par une procédure ETOPS (acronyme de l'expression anglo-saxonne "Extended Twin OperationS"), des problèmes de manque de carburant, de changement inopiné de piste d'aéroport en utilisation, d'indisponibilité de l'aéroport de destination, etc. Il est connu, notamment par les brevets américains US 5,842,142, et US 5,398,186, de faciliter le travail d'un équipage dans la prise en compte d'un aéroport de déroutement en cas de fermeture de l'aéroport de destination ou de situation d'urgence, en faisant appel à une base de données embarquée ou accessible par transmission radio de l'aéronef, 15 répertoriant les terrains d'atterrissage de déroutement, à une interface de programmation du calculateur de gestion du vol dite MCD (acronyme de l'expression anglosaxonne "Multipurpose Control Display") affichant, sur demande de l'équipage, une liste d'aéroports de déroutement classés en fonction de leurs proximités de la position courante de l'aéronef et, après 20 sélection, par l'équipage, de l'un des aéroports de déroutement proposés, une proposition d'un choix de trajectoires pour la rejointe de l'aéroport de déroutement sélectionné à partir de la position courante de l'aéronef, calculées par le calculateur de gestion du vol. Cette aide soulage le travail d'un équipage en cas d'un incident au 25 cours d'un vol justifiant un déroutement mais elle nécessite de l'équipage une programmation du calculateur de vol alors qu'il doit dans le même temps parer aux conséquences de l'incident survenu. Il est également connu, notamment par le brevet américain US 6,519,527, de faciliter le traçage par l'équipage d'un aéronef d'un plan de 30 vol respectant une procédure ETOPS, en faisant appel à une base de données embarquée ou accessible par transmission radio répertoriant les terrains d'atterrissage placés à proximité de la route de l'aéronef entre son point de départ et son point de destination, et en faisant déterminer par le calculateur de gestion du vol une bande reliant le point de départ de l'aéronef 35 à son point de destination, bande dans laquelle doit se situer la trajectoire du plan de vol pour que l'aéronef reste constamment à une distance d'un aéroport de secours répertorié dans la base de données, qui soit inférieure à celle imposée par la procédure ETOPS. La présente invention a pour but une assistance à la préparation 5 d'un plan de vol pour l'équipage d'un aéronef pourvu d'un calculateur de gestion du vol, facilitant la prise en compte des aéroports de déroutement et leurs rejointes en cas d'aléas tout en minimisant la charge de travail de l'équipage lors de la survenue d'un incident de vol. Elle a pour objet un système de gestion du vol pour aéronef 10 fournissant à l'équipage de l'aéronef des informations sur des trajectoires de rejointes d'aéroports de déroutement échelonnées le long du trajet de l'aéronef. Ce système de gestion du vol est pourvu d'un calculateur de gestion du vol traçant un plan de vol à partir d'un squelette de trajectoire constitué d'une suite de points de passage associés à diverses contraintes s15 de vol telles que des contraintes de cap, d'altitude, de vitesse, etc. introduits par l'équipage, individuellement ou par sous-ensembles. Il est remarquable en ce qu'il comporte une base de données de points de diversion, accessible de l'aéronef, répertoriant des associations de points de passage, et de squelettes de trajectoires de rejointe d'aéroport de déroutement partant de 20 ces points de passage dits points de diversion, et un moteur de décision activant, dans des conditions particulières de vol, une modification du plan de vol suivi par le calculateur de gestion du vol consistant à suivre, une trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement construite à partir des informations de la base de données de points de diversion. Avantageusement, les conditions particulières de vol à respecter pour activer une modification du plan de vol au passage de l'aéronef par un point de diversion sont définies par l'équipage de l'aéronef au moment de la préparation du plan de vol. Avantageusement, les conditions particulières de vol à respecter 30 pour activer une modification du plan de vol au passage de l'aéronef par un point de diversion sont stockées dans la mémoire de données répertoriant les points de diversion en association avec chaque squelette de trajectoire menant d'un de ces point de diversion à un aéroport de déroutement. Avantageusement, le moteur de décision réclame l'accord préalable de l'équipage de l'aéronef pour effectuer une modification du plan de vol en cours. Avantageusement, le choix effectué par le moteur de décision peut être imposé par l'équipage de l'aéronef. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel: - une figure 1 représente la configuration d'un système de gestion du vol pour aéronef permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, et - une figure 2 représente un exemple de tracé de plan de vol conforme à l'invention. Comme montré à la figure 1, un système embarqué de gestion du vol comporte un calculateur FMS de gestion du vol 10. Celui-ci échange des informations diverses avec une base de données de navigation 11 dite NavDB (acronyme de l'anglo-saxon:"Navigation Database"), avec une base 20 de données de points de diversion 17 et avec d'autres équipements 12 de l'aéronef. Il communique avec l'équipage de l'aéronef par l'intermédiaire d'interfaces homme-machine parmi lesquels on trouve principalement: - un panneau de contrôle FCU 13 avec interrupteurs, boutons, afficheurs et voyants permettant la sélection et le paramétrage 25 des principaux modes de fonctionnement du calculateur FMS et du pilote automatique et/ou directeur de vol sur lequel agit le calculateur FMS 10 mais qui n'est pas représenté pour ne pas surcharger inutilement la figurer, - un écran primaire de pilotage PFD 14 utilisé pour afficher un 30 horizon artificiel, et des paramètres de vol tels que l'altitude de l'aéronef, son assiette, son vecteur vitesse, une indication de mode de guidage, etc., - un écran de navigation ND 15 pour afficher des cartes, le plan de vol, etc., - une console MCD d'affichage et d'entrée de données 16 disposant d'un clavier et d'un écran entouré de touches de fonction, et constituant l'instrument principal de dialogue avec le calculateur FMS 10. Le calculateur FMS 10 assiste l'équipage d'un aéronef dans la définition du plan de vol avant décollage et dans le suivi du plan de vol depuis le décollage jusqu'à l'atterrissage. Son assistance dans la définition du plan de vol consiste à simplifier pour l'équipage, le traçage, dans les plans horizontal et vertical, de la trajectoire que devra suivre l'aéronef pour remplir 10 sa mission en ramenant pour l'équipage cette opération de traçage, à la seule définition d'un squelette de trajectoire formé d'une succession de points de passage (waypoints) associés à diverses contraintes de vol telles que d'altitude, de vitesse, de cap ou autres. Lors de la préparation du plan de vol, l'équipage entre dans le calculateur FMS 10, au moyen de la console 15 MCD 16, d'une manière explicite ou implicite, les coordonnées géographiques des points de passage et les contraintes de vol qui leur sont associées, et obtient du calculateur FMS 10 un plan de vol construit à partir d'un chaînage de segments reliant deux à deux les points de passage depuis le point de départ jusqu'au point de destination et d'arcs de cercle assurant 20 les transitions de cap entre segments au niveau des points de passage, plan de vol qui est affiché sur l'écran de navigation ND 15 pour permettre à l'équipage de vérifier sa pertinence. La base de données de navigation NavDB 11, qui est embarquée ou accessible par transmission radio du calculateur de gestion du vol de 25 l'aéronef, répertorie en 110, dans un ensemble de fichiers individuels aux noms de procédures de navigation que l'aéronef peut être amené à respecter dans son espace habituel d'évolution, des squelettes de morceaux de trajectoires (suites de points de passage avec les contraintes de vol associées) nécessaires au calculateur de gestion du vol pour tracer des 30 portions de plan de vol conformes aux procédures de navigation visées. Elle peut même répertorier, en 111, dans un ensemble de fichiers individuels aux noms de plans de vol, des squelettes de trajectoires correspondant à des plans de vol prédéfinis par la compagnie exploitant l'aéronef. La console MCD 16 permet à l'équipage, d'introduire les données 35 de traçage d'un plan de vol dans le calculateur FMS 10, soit au niveau élémentaire des points de passage et des contraintes de vol associées au points de passage, soit au niveau intermédiaire des procédures de navigation qui permettent de rentrer dans le calculateur FMS 10 des séquences de données de traçage intéressant des portions du plan de vol 5 stockées dans la base de données de navigation NavDB 11, soit encore, au niveau global du plan de vol lui-même en faisant appel aux données de traçage d'un plan de vol complet également mémorisé dans la base de données de navigation NavDB 11. En vue de faciliter, en cours du vol, un déroutement vers un 10 aéroport de substitution, on propose, lors de la préparation du plan de vol, de tracer, sur la trajectoire normalement suivie par l'aéronef lors de sa mission, différents embranchements qui mènent à des aéroports de déroutement à portée desquels l'aéronef passe lorsqu'il suit sa trajectoire normale et que l'aéronef pourra éventuellement suivre à l'aide de son calculateur de gestion du vol 10 en cas de la survenue d'un problème justifiant un déroutement tel qu'une panne moteur au décollage impliquant le suivi d'une procédure EOSID, une panne moteur en croisière dont la possibilité implique le suivi par les bimoteur d'une procédure ETOPS, un besoin de ravitaillement en carburant, un changement tardif de piste d'atterrissage en utilisation, une 20 indisponibilité subite de l'aéroport de destination due, par exemple, à de mauvaises conditions météorologiques. Pour le traçage d'un plan de vol avec des embranchements menant à des aéroports de déroutement, le calculateur de gestion du vol 10 s'appuie à la fois sur la base de données de navigation 11 et sur la base de 25 données de points de diversion 17 qui renferme des squelettes de trajectoire de rejointe d'aéroport de déroutement partant de points de passage particuliers dits points de diversion. Lors de l'introduction d'un squelette de plan de vol par l'équipage, le calculateur de gestion du vol 10 analyse, à l'aide de la base de données de points de diversion 17, la nature des points 30 de passage introduits par l'équipage, ceux ayant la qualité de points de diversion impliquant l'ajout automatique, à leurs niveaux sur la trajectoire du plan de vol, d'embranchements menant à des aéroports de déroutement. La figure 2 donne un exemple de tracé, dans le plan horizontal, d'un plan de vol avec des embranchements menant à des aéroports de déroutement et partant de points imposés de passage correspondant à des points de diversion. Au départ de la mission, l'équipage de l'aéronef a pour instructions, valables en l'absence d'incident, de décoller de la piste de 5 décollage 200 d'un aéroport de départ pour rallier la piste 201 d'un aéroport de destination en passant au-dessus ou dans le voisinage d'une succession de points imposés de passage 202 à 210. En cas de panne moteur au décollage, il a pour instructions d'annuler la mission et de reposer l'aéronef dans les délais les plus brefs en suivant une procédure EOSID qui consiste, 10 dans le cas de cette figure 2 en un retour à la piste de décollage 200 de l'aéroport de départ en suivant un trajet de mise en conditions de sécurité pour l'atterrissage défini par une autre succession de points imposés de passage 202, 203, 304 à 309. En cas de problèmes au cours du vol justifiant une escale non prévue tels qu'un manque de carburant, un problème moteur 15 en vol de croisière, un problème de passager, etc.. il a la possibilité de se poser en début de mission sur la piste d'atterrissage 400 d'un premier aéroport de déroutement et aux deux tiers de sa mission sur la piste d'atterrissage 500 d'un deuxième aéroport de déroutement. En cas d'indisponibilité de la piste 201 initialement prévue pour son atterrissage à 20 lI'aéroport de destination, il a pour instruction d'utiliser une piste d'atterrissage de remplacement 600 de l'aéroport de destination. Enfin, en cas de fermeture imprévue de son aéroport de destination, il a pour instructions de poursuivre son vol en direction d'un aéroport de dégagement en suivant un trajet défini par une succession de points imposés de passage 700, 701, 702, 25 703, etc.. Lors de la préparation du plan de vol, l'équipage entre dans le calculateur de gestion du vol, au moyen de l'interface homme-machine MCD 16, les coordonnées de la piste de décollage 200 de l'aéroport de départ, des points de passage successifs 202 à 210, de la piste d'atterrissage 201 de 30 lI'aéroport de destination 201, et les contraintes de vol associées qui constituent un squelette de trajectoire sur lequel s'appuie le calculateur de gestion du vol 10 pour tracer dans le plan horizontal et dans le plan vertical (non représenté), la trajectoire 20 qui sera normalement suivie par l'aéronef en l'absence d'aléas. Le calculateur de gestion du vol affiche le tracé obtenu pour approbation par l'équipage. Puis, effectue le suivi du tracé retenu par l'équipage. Les calculateurs de gestion du vol de la technique antérieure ne tracent dans le plan horizontal et dans le plan vertical, que la trajectoire 20 5 normalement suivie par l'aéronef, en l'absence d'aléas, pour remplir sa mission. Cependant, étant donnée la puissance de calcul de plus en plus importante des calculateurs de gestion du vol, on a cherché à renforcer l'aide qu'ils apportent à l'équipage dans la gestion du vol en étendant leurs actions dans les cas de situations difficiles justifiant un déroutement. C'est ainsi que 10 certains calculateurs de gestion du vol assurent une fonction supplémentaire de suivi automatique d'une trajectoire EOSID en cas de panne moteur au décollage. D'autres permettent à un équipage, au moyen d'une procédure de paramétrage assez lourde nécessitant un recours à l'interface hommemachine MCD 16, de sélectionner en cours de vol un aéroport de 15 dégagement vers lequel ils tracent une route depuis la position instantanée de l'aéronef qu'ils sont capables de suivre de manière automatique après approbation de l'équipage. Mais même avec ces calculateurs de gestion du vol le changement de destination en cas de déroutement reste une opération relativement lourde pour un équipage dans un contexte tendu. Le système de gestion du vol proposé avec sa base de données 17 de points de passage de diversion associé à des squelettes de trajectoires de rejointe d'aéroport de déroutement permet à son calculateur de gestion du vol 10 de tracer la trajectoire 20 normalement suivie par l'aéronef, complétée, aux points de passage qui se révèlent être des points 25 de passage de diversion, par des branchements menant à des aéroports de déroutement. Ainsi, le premier point de passage de diversion rencontré 203 est le départ d'une trajectoire 30 de retour sur la piste utilisée au décollage respectant la procédure EOSID établie pour cette piste. Le deuxième point de passage de diversion rencontré 204 est le départ d'une trajectoire 40 de 30 rejointe de l'aéroport de déroutement 40. Le troisième point de passage de diversion rencontré 206 est le départ d'une trajectoire 50 de rejointe d'un autre aéroport de déroutement 50. Le quatrième point de passage de déroutement rencontré 208 est le départ d'une trajectoire 60 de rejointe d'une piste d'atterrissage de remplacement 600 et d'une trajectoire 70 de rejointe 35 d'un aéroport de déroutement. Lors du suivi automatique ou non d'un tel plan de vol, l'équipage de l'aéronef au prise avec une situation de vol nécessitant un déroutement se voit proposer au moins une solution déjà prête qu'il n'a qu'à approuver pour qu'elle soit mise en oeuvre au prochain point de passage de diversion rencontré. Selon une variante préférée, les points de passage de diversion sont répertoriés dans la base de données 17, associés non seulement avec des contraintes de vol et au moins un squelette de trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement mais encore avec des conditions d'activation de 10 chaque trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement modifiables par l'équipage et le calculateur de gestion du vol 10 est pourvu d'un moteur de décision qui est activé au passage de l'aéronef audessus ou à proximité de chaque point de passage de diversion et qui décide, en fonction du respect ou non des conditions d'activation associées au point de passage de 15 diversion concerné, du suivi d'une trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement ou de la poursuite du plan de vol normal. Les conditions automatiques d'activation d'une trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement peuvent être une panne moteur, un horaire d'arrivée en dehors d'une plage donnée, une quantité insuffisante de carburant à bord, etc. Lors de la préparation du plan de vol, l'introduction par l'équipage dans le calculateur de gestion du vol 10, par l'intermédiaire de l'interface homme-machine MCD 16, de la suite de points imposés de passage formant le squelette du plan de vol qui se fait d'une manière élémentaire, l'équipage entrant un à un les points obligés de passage et les contraintes de vol 25 associées, ou plus ou moins globale, l'équipage entrant des groupements de points imposés de passage avec les contraintes de vol associés correspondant à des morceaux de squelette de trajectoires ou même à un squelette de trajectoire complet, est accompagnée, de la part du calculateur de gestion du vol d'une demande d'acceptation ou de modification des 30 conditions d'activation de chaque trajectoire de rejointe d'aéroport de déroutement associées à chaque point de passage de diversion retenu. Un tel plan de vol avec embranchements de trajectoires facultatives de rejointe d'aéroports de déroutement est particulièrement adapté à un vol ETOPS, à un vol avec escales techniques facultatives, à une 35 prise en compte d'une procédure EOSID vers un aéroport qui peut être celui de décollage ou un autre proche. Il offre également une alternative simple au terrain de dégagement réglementaire. Une manière de faciliter la préparation d'un plan de vol consiste à faire appel, pour la construction du squelette du plan de vol, à des morceaux 5 de squelette de trajectoire stockés dans la mémoire de navigation, qui soient délimités par des points de passage de diversion et suffisamment courts pour qu'un point de passage de diversion soit toujours à une portée raisonnable si une situation justifiant un déroutement apparaît soudainement en cours de vol. Bien entendu, l'équipage peut sélectionner manuellement une trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement avant que l'aéronef ait atteint le point de passage de diversion constituant son embranchement sur le plan de vol et conserve la faculté de revenir sur une telle sélection tant que l'aéronef n'a pas atteint ce point de passage de diversion. L'activation manuelle d'une trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement se fait aussi simplement que l'activation d'un plan de vol de dégagement. De la même manière, l'équipage a, en cours du vol, la possibilité de modifier une trajectoire de rejointe d'un aéroport de déroutement prédéfinie lors de la préparation du plan de vol mais cela suppose que la 20 situation justifiant le déroutement lui permette de consacrer une partie de son attention au paramétrage de la modification dans le calculateur de gestion du vol. Le système de gestion du vol qui vient d'être décrit peut également comporter une fonction de recherche des aéroports de 25 déroutement les plus proches (en terme de temps de vol, pas forcément de distance) d'un segment du plan de vol s'appuyant sur un répertoire d'aéroport de déroutement stocké dans la base de données de navigation. Une des applications les plus intéressantes du système de gestion du vol qui vient d'être décrit est la possibilité de multiples changements 30 tardifs de piste d'atterrissage. En effet il peut réaliser de manière automatique, dès approbation par l'équipage d'un changement de piste d'atterrissage, la sélection de la bonne fréquence du système de guidage ILS et le suivi de la baïonnette de rejointe de la nouvelle piste déjà calculée lors de la préparation du plan de vol. REVENDICATIONS 1. Système de gestion du vol pour aéronef fournissant à 5 I'équipage de l'aéronef des informations sur des trajectoires de rejointes d'aéroports de déroutement échelonnées le long du trajet de l'aéronef, ledit système de gestion du vol étant pourvu d'un calculateur de gestion du vol (10) traçant un plan de vol à partir d'un squelette de trajectoire constitué d'une suite de points de passage (200 à 210) associés à diverses contraintes de vol telles que des contraintes de cap, d'altitude, de vitesse, etc., introduits par l'équipage, individuellement ou par sousensembles et caractérisé en ce qu'il comporte une base de données (17) de points de diversion, accessible de l'aéronef, répertoriant des associations de points de passage (203, 204, 206, 208), et de squelettes de trajectoires (30, 40, 50, 60, 70) de rejointe 15 d'aéroports de déroutement partant de ces points de passage (203, 204, 206, 208) dits points de diversion, et un moteur de décision activant, dans des conditions de vol particulières, une modification du plan de vol suivi par le calculateur de gestion du vol (10) consistant à suivre une trajectoire associée (30, 40, 50, 60, 70) de rejointe d'un aéroport de déroutement 20 construite à partir des informations stockées dans la base de données (17) de points de diversion. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conditions particulières de vol à respecter pour activer une modification du 25 plan de vol au passage de l'aéronef par un point de diversion (203, 204, 206, 208) sont définies par l'équipage de l'aéronef au moment de la préparation du plan de vol. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 30 conditions particulières de vol à respecter pour activer une modification du plan de vol au passage de l'aéronef par un point de diversion (203, 204, 206, 208) sont stockées dans la mémoire de données (17) répertoriant les points de diversion (203, 204, 206, 208) en association avec chaque squelette de trajectoire (30, 40, 50 ou 60) menant d'un de ces point de diversion (203, 35 204, 206 ou 208) à un aéroport de déroutement. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur de décision réclame l'accord préalable de l'équipage de l'aéronef pour effectuer une modification du plan de vol en cours. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le choix effectué par le moteur de décision au passage de l'aéronef par un point de diversion (203, 204, 206, 208) peut être imposé par l'équipage de l'aéronef.