Brevet FR2894053A1 — publié le 20070601

Procédé d'optimisation en cours de vol de la consommation en carburant d'un aéronef L'invention concerne un procédé d'optimisation en cours de vol de la consommation en carburant d'un aéronef. La détermination des emports en carburant se fait avant le décollage à partir d'information concernant le plan de vol et la situation météorologique prévue sur le parcours. Plus précisément, les emports réglementaires comprennent : • le carburant nécessaire pour rejoindre la destination, en fonction du profil de vol et du vent moyen estimé sur le parcours, • une réserve de 5% pour les aléas du vol, • une réserve de 30 min pour effectuer un éventuel circuit d'attente à l'arrivée avant l'atterrissage, • une réserve pour effectuer un déroutement sur un autre aéroport que celui de destination. Lorsque le plein de carburant est réalisé un excédent par rapport aux emports réglementaires peut être embarqué cet excédent est couramment appelé Extra fuel dans la littérature anglo-saxonne. Généralement, l'excédent est déterminé avant le décollage pour faire le plein de carburant de l'aéronef. Ce calcul n'est pas refait ultérieurement. En cas de modification des conditions météorologiques et en particulier si les conditions présentes sur le parcours entraînent une augmentation de consommation de carburant, on peut arriver dans une situation où l'excédent devient négatif ce qui est problématique pour la sécurité du vol. L'invention vise à pallier ce problème au moyen d'un procédé permettant d'améliorer la sécurité du vol en proposant au pilote une modification du profil de vol de façon à éviter un excédent négatif ou à tout le moins à limiter un éventuel déficit en carburant. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'optimisation en cours de vol de la consommation en carburant d'un aéronef, caractérisé en 30 ce qu'il consiste à un point donné du vol : • à déterminer un excédent de carburant par rapport aux emports réglementaires en fonction du profil de vol et des conditions météorologiques prévues pour la suite du vol, • si l'excédent est inférieur à une valeur donnée, pour au moins une des prochaines phases de vol, adapter la vitesse de l'aéronef de façon à augmenter l'excédent. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : La figure 1 représente un exemple de profil de vol ; La figure 2 représente une courbe d'optimisation de la vitesse de 10 l'aéronef durant une phase de croisière. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. La figure 1 représente en abscisse la distance parcourue par l'aéronef et en ordonnée son altitude. Les échelles ne sont pas respectées. 15 Le profil de vol représenté sur la figure 1 comprend trois phases de vol : une phase de montée C), une phase de croisière 20 et une phase de descente OO. La consommation en carburant de l'aéronef est essentiellement proportionnelle à sa vitesse. Dans les systèmes de gestion de vol modernes, 20 on dispose de tables de performances permettant de calculer le débit de carburant, par phase, en fonction de la poussée correspondant au maintien d'une vitesse. Quelques paramètres supplémentaires interviennent, comme la température qui agit sur la performance moteur. Sur de nombreux avions de lignes, on peut trouver des abaques donnant le débit horaire par moteur, 25 en fonction de la masse avion, du niveau de croisière et de paramètres extérieurs (vent, température). A chaque point du vol WPT(i), on peut déterminer le carburant nécessaire pour rejoindre la destination, noté TRIP FUEL (i), en fonction du profil de vol à venir, du vent moyen estimé sur le parcours et éventuellement 30 de paramètres extérieurs tel que la température. Les données de vent moyen sont réactualisées à chaque point WPT(i) et peuvent bien entendu différer des données initiales connues pour la détermination des emports en carburants avant le décollage. On détermine ensuite le carburant CO) restant à l'arrivée égal au carburant présent au point i dans les réservoirs de l'aéronef auquel on soustrait le carburant nécessaire pour rejoindre la destination TRIP FUEL (i). On détermine ensuite un excédent de carburant noté EXTRA(i) par rapport aux réserves réglementaires notées RFA(i). On rappelle que ces réserves sont habituellement composées de : • une réserve de 5% du carburant CO) pour les aléas du vol, • une réserve de 30 min pour circuit d'attente à l'arrivée avant l'atterrissage, io une réserve pour effectuer un déroutement sur un autre aéroport que celui de destination. L'excédent EXTRA(i) est égal au carburant CO) restant à l'arrivée auquel on soustrait les réserves réglementaires RFA(i). Le pilote de l'aéronef donne une valeur minimale EXTRA-mini de 15 l'excédent. Typiquement on choisit une valeur positive ou nulle de l'excédent EXTRA-mini. Si l'excédent EXTRA(i) est inférieur à la valeur minimale EXTRA-mini, on adapte la vitesse de l'aéronef de façon à augmenter l'excédent EXTRA(i) pour au moins une des prochaines phases de vol. 20 Avantageusement, on adapte la vitesse de l'aéronef pour la phase de croisière O, puis on détermine à nouveau l'excédent EXTRA(i). Avantageusement, on informe le pilote de la valeur déterminée de l'excédent, si l'excédent est inférieur à une valeur donnée, pour au moins une des prochaines phases de vol, on propose au pilote une vitesse de 25 l'aéronef permettant d'augmenter l'excédent. Ensuite le pilote peut ou non valider la vitesse proposée pour la phase concernée. Avantageusement, si l'excédent est inférieur à une valeur donnée on adapte la vitesse de l'aéronef pour la phase de croisière OO , puis on détermine à nouveau l'excédent, si l'excédent est toujours négatif on adapte 30 la vitesse de l'aéronef pour la montée C), puis on détermine à nouveau l'excédent, si l'excédent est toujours négatif on adapte la vitesse de l'aéronef pour la descente C), puis on détermine à nouveau l'excédent. Cet enchaînement peut être illustré en prenant l'exemple d'un trajet entre New York et San Francisco effectué sur un avion de ligne dont la 35 masse au décollage est de 200 tonnes. Le plan de vol de ce trajet prévoit une altitude de croisière de 35000 pieds. On rappelle qu'un pied équivaut à 0,33m. l'altitude est exprimée en pieds selon l'habitude du secteur aéronautique. L'aéroport de déroutement choisi par la compagnie aérienne est Los Angeles. Le critère d'optimisation donné par la compagnie est de 100. Ce critère est bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de cost index . Le calculateur de bord détermine les vitesses économiques des différentes phases de vol pour respecter le critère d'optimisation : • Montée : 265 noeuds • Croisière : début à Mach 0.81, croissant jusqu'à 0.82, durée de la croisière 5h05 • Descente : Mach économique de 0.82, puis vitesse économique de 320 noeuds Les vitesses sont exprimées soit en nombre de Mach soit en noeuds selon l'habitude du secteur aéronautique. On rappelle qu'un noeud équivaut à un mile nautique par heure et qu'un mile nautique équivaut à 1852 m. En emportant 50 tonnes de carburant, et compte tenu d'une prédiction météo de vent de 20 noeuds de face en croisière, le calculateur de 20 bord détermine les prédictions suivantes : • TRIP FUEL : 38 tonnes • RSV5% : 1,9 tonnes • 30MIN : 3,3 tonnes • ALTN : 5,6 tonnes 25 • EXTRA : 50 ù 38 ù 1,9 ù 3,3 ù 5,6 = 1,2 tonnes RSV5% représente la réserve de 5% pour les aléas du vol. 30MIN représente la réserve de 30 min pour circuit d'attente à l'arrivée avant l'atterrissage. ALTN représente la réserve pour effectuer un déroutement sur Los Angeles 30 Au roulage, une mise à jour des données météo avertit l'avion d'une augmentation du vent de face moyen en croisière à 50 noeuds. Le calculateur de bord remet à jour ses prédictions : • TRIP FUEL : 40,2 tonnes • RSV5% : 2 tonnes 35 • 30MIN : 3,3 tonnes • ALTN : 5,6 tonnes • EXTRA : 50 û 40,2 û 2 û 3,3 û 5,6 = -1,1 tonnes Le pilote de l'avion choisit une valeur minimale EXTRA-mini de l'excédent en dessous de laquelle il ne souhaite pas descendre au moment de l'arrivée à San Francisco. Le choix est par exemple : EXTRA-mini = O. Il est donc nécessaire de gagner 1,1 tonnes de carburant. La figure 2 donne un exemple de calcul de l'excédent EXTRA(i) dont les valeurs sont données en ordonnée en fonction de la vitesse de l'aéronef donnée en abscisses, durant la phase de croisière O. La vitesse de l'aéronef est exprimée en nombre de Mach. La courbe représentant l'excédent EXTRA(i) est déterminée à l'aide de tables de performances permettant de calculer le débit de carburant, en fonction de la poussée en phase de croisière. On voit sur la figure 2 que l'excédent passe par un maximum pour une vitesse à Mach 0,8. On voit également, que l'excédent, ici exprimé en tonne de carburant reste négatif. On modifie néanmoins la vitesse de l'aéronef durant la phase de croisière pour l'amener au Mach le plus économique : 0,8. Ceci rallonge la durée de la croisière de 8 min (à 5h13) mais permet d'augmenter l'excédent de 700 kg. Il reste encore 400 kg à gagner. La phase de montée est particulièrement adaptée à une nouvelle recherche de gain en carburant car fortement consommatrice de carburant. On applique le même raisonnement sur la phase de montée. On obtient de la même façon la vitesse économique de montée permettant de résorber 200 kg supplémentaires : 300 noeuds. II reste encore 200 kg à gagner. En appliquant le raisonnement ci dessus sur la phase de descente, on obtient le Mach économique de descente optimum : 0,80 et la vitesse économique de descente : 270 noeuds. Elles permettent de gagner les 200 kg restants.30 REVENDICATIONS 1. Procédé d'optimisation en cours de vol de la consommation en carburant d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il consiste à un point donné du vol • à déterminer un excédent (EXTRA) de carburant par rapport aux emports 5 réglementaires en fonction du profil de vol et des conditions météorologiques prévues pour la suite du vol, • si l'excédent (EXTRA) est inférieur à une valeur donnée (EXTRA-mini), pour au moins une des prochaines phases de vol (C), OO , OO ), adapter la vitesse de l'aéronef de façon à augmenter l'excédent (EXTRA). 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vol comporte une phase de montée (Cl)), une phase de croisière (OO) et une phase de descente (OO ), et en ce que si l'excédent (EXTRA) est inférieur à la valeur donnée (EXTRA-mini), on adapte la vitesse de l'aéronef pour la phase 15 de croisière (OO ), puis on détermine à nouveau l'excédent (EXTRA), si l'excédent (EXTRA) est toujours négatif on adapte la vitesse de l'aéronef pour la phase de montée (C)), puis on détermine à nouveau l'excédent (EXTRA), si l'excédent (EXTRA) est toujours négatif on adapte la vitesse de l'aéronef pour la phase de descente (OO ), puis on détermine à nouveau 20 l'excédent (EXTRA). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à informer un pilote de l'aéronef de la valeur déterminée de 25 l'excédent (EXTRA), si l'excédent (EXTRA) est inférieur à la valeur donnée (EXTRA-mini), pour au moins une des prochaines phases de vol (C), OO , O), proposer au pilote une vitesse de l'aéronef permettant d'augmenter l'excédent (EXTRA). 30