Brevet FR2903788A1 — publié le 20080118

VISEUR TETE HAUTE A AFFICHAGE SECURISE. Le domaine de l'invention est celui de la sécurisation des informations nécessaires au pilotage pour les cockpit d'aéronefs. Généralement, les visualisations présentes dans un cockpit 10 d'aéronef sont de deux types. On distingue : • les visualisations de planches de bord encore appelées visualisations Tête Basse ou HDD, acronyme signifiant Head Down Display et • les visualisation dites Tête Haute encore appelées HUD, 15 acronyme signifiant Head Up Display . Sur la figure 1, qui représente en partie une planche de bord d'aéronef vue du pilote, ont été représentés en traits continus gras ces différentes visualisations HDD et HUD. 20 Les visualisations de planches de bord ou HDD sont constituées essentiellement de grands écrans, généralement à cristaux liquides encore appelés LCD, acronyme anglo-saxon signifiant Liquid Crystal Display, fournissant à l'équipage les différentes informations nécessaires au pilotage, à la navigation et au contrôle de l'appareil. La visualisation affichant les 25 informations nécessaires au pilotage est encore appelée PFD, acronyme signifiant Primary Flight Display . Ces visualisations sont reliées au moyen de bus de données à des calculateurs électroniques de bord qui génèrent, à partir d'informations venant de différents senseurs, les données nécessaires à l'affichage. 30 Bien entendu, les présentations d'informations sont vitales pour la sécurité du vol. L'incendie ou l'apparition de fumées dans le cockpit font partie des incidents extrêmement graves susceptibles de perturber la lisibilité des informations fournies par les visualisations de planche de bord. S'il est, 35 en effet, possible de protéger en partie l'équipage de la fumée au moyen de masques à oxygène, il n'existe que peu de solutions permettant de fournir à 2903788 2 l'équipage les informations visuelles nécessaires au pilotage lorsque la fumée envahit le cockpit. En cas de défaillance des systèmes de ventilation, les solutions actuelles consistent en l'emploi de systèmes gonflables intercalés entre les écrans de visualisation et le visage du pilote. Cette 5 solution qui n'est pas généralisée présente de nombreux inconvénients. Elle est très encombrante, difficile à mettre en oeuvre et limite considérablement les mouvements de l'équipage. Les visualisations dites Tête Haute , encore appelées en terminologie anglo-saxonne Head-Up Displays et également connues sous l'acronyme HUD ont d'abord été utilisées sur avions d'arme pour se généraliser ensuite dans les années 1970 à tous types d'appareils. Elles présentent au pilote une information visuelle collimatée dans son champ de vision et en superposition sur le paysage extérieur. Cette information visuelle concerne plus particulièrement le pilotage et sert notamment au décollage et à l'atterrissage. On peut ainsi présenter au pilote une piste synthétique en superposition sur le paysage comme indiqué en figure 1. La piste est représentée par des traits obliques sur cette figure, compte-tenu des effets de la perspective. Un des grands intérêts du HUD est qu'il permet de présenter une image dite conforme , c'est-à-dire correspondant parfaitement à une image réelle. Un HUD comporte donc trois parties principales : • Un calculateur électronique relié aux bus de données avion ; • Un afficheur à haute luminosité qui était initialement un tube cathodique. La généralisation des écrans LCD aux visualisations Tête Basse HDD a permis d'utiliser cette technologie également sur HUD en l'adaptant aux spécificités du HUD ; • Un système optique de collimation et de superposition d'images sur le paysage extérieur. La superposition sur le paysage est assurée généralement par une lame optique C appelée combineur , comme on peut le voir sur la figure 1. 2903788 3 L'objet de l'invention est d'afficher, en cas d'incendie ou de présence de fumées, les informations vitales concernant le pilotage sur le viseur Tête Haute. 5 Plus précisément, l'invention a pour objet un viseur Tête Haute à afficheur matriciel pour cockpit d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul et d'affichage d'une symbologie de secours de type PFD comprenant au moins les informations de vitesse, d'altitude et d'attitude de l'aéronef, ladite symbologie étant affichée au moins en cas de 10 visibilité réduite à l'intérieur du cockpit. Avantageusement, les moyens de calcul permettent de générer plusieurs modes possibles de présentation de la symbologie, au moins un des modes générant une symbologie simplifiée comportant uniquement les informations de vitesse, d'altitude et d'attitude. 15 Avantageusement, l'afficheur est de type matriciel à cristaux liquides. Avantageusement, les moyens de calcul génèrent des tracés dont la largeur angulaire vaut au moins 5 milliradians. Avantageusement, les moyens de calcul génèrent des symboles 20 dits conformes , c'est-à-dire représentatifs du paysage extérieur et dessinés de façon qu'ils aient une taille et/ou un positionnement apparent cohérent avec ledit paysage extérieur. Avantageusement, la luminance des symboles affichés est égale à la luminance maximale permise par l'afficheur. 25 L'invention concerne également un dispositif de sécurisation pour cockpit d'aéronef de l'affichage des informations de secours de type PFD comportant au moins les informations de vitesse, d'altitude et d'attitude de l'aéronef, ledit dispositif comprenant au moins des moyens de détection de fumée dans le cockpit et un viseur Tête Haute ayant les caractéristiques 30 telles que précédemment définies. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : 2903788 4 • La figure 1 représente une vue partielle d'une planche de bord d'aéronef vue du pilote ; • La figure 2 représente une vue partielle d'une planche de bord d'aéronef vue de profil ; 5 • La figure 3 représente un premier exemple d'une symbologie de type PFD selon l'invention générée dans un viseur Tête Haute ; • La figure 4 représente un second exemple d'une symbologie de type PFD selon l'invention générée dans un viseur Tête Haute ; 10 • La figure 5 représente un troisième exemple d'une symbologie de type PFD selon l'invention générée dans un viseur Tête Haute. 15 La réalisation technique de l'invention ne pose aucun problème technique particulier. Il suffit, en effet, de relier soit le calculateur dédié au viseur Tête Haute, soit le viseur Tête Haute lui-même au bus de données transportant les informations nécessaires à l'établissement de la symbologie PFD . 20 La création de la symbologie PFD spécifiquement adaptée à une présentation d'informations collimatée ne pose pas de problèmes particuliers dans la mesure où elle ne nécessite pas de moyens de calculs ou de mémorisation spécifiques. Comme on le verra dans la suite de la description, elle peut être spécifiquement adaptée pour améliorer la lisibilité 25 des informations en cas de présence de fumée dans le cockpit. Les afficheurs matriciels de type LCD sont particulièrement bien adaptés à ce type d'application. La mise en oeuvre de cette symbologie spécifique en cas de présence de fumée peut se faire : 30 • Soit en manuel : elle est déclenchée par le pilote en cas de présence de fumée ; • Soit en automatique, un détecteur de fumée commande la mise en oeuvre de la symbologie. Bien entendu, cette mise en oeuvre peut faire l'objet de 35 procédures et de consignes aéronautiques spécifiques. 2903788 5 Les avantages d'une présentation des informations essentielles nécessaires au pilotage dans le viseur Tête Haute plutôt que sur une visualisation de planche de bord sont importants et sont détaillés ci-dessous. 5 1 ère avantage : Grand champ de vision. Comme on peut le voir sur la figure 1, les viseurs Tête Haute présentent un champ de vision important qui atteint classiquement 35 degrés en gisement et 26 degrés en site. Le champ de vision d'une visualisation Tête Basse de planche de bord ne passe pas 6 degrés en site et en 10 gisement. Par conséquent, il est possible d'afficher des caractères de beaucoup plus grande taille apparente dans un viseur Tête Haute, ce qui accroît leur lisibilité. 2ème avantage : Proximité du pilote 15 Comme on peut le voir sur la figure 2, la distance DHDD séparant l'oeil du pilote de l'afficheur d'une visualisation Tête Basse est de l'ordre du mètre alors que la distance DHUD séparant l'oeil du pilote de l'afficheur d'une visualisation Tête Haute est bien inférieure, de l'ordre de 0,5 mètre. Par conséquent, en moyenne, la présence de fumée entre le pilote et une 20 visualisation sera plus importante s'il s'agit d'une visualisation Tête Basse que s'il s'agit d'une visualisation Tête Haute. La lisibilité des informations venant d'une visualisation Tête Haute sera donc meilleure. Sème avantage : Luminance élevée 25 Par principe, les HUD sont conçus pour que l'information collimatée puisse être lue même en cas de fort ensoleillement. Par conséquent, la luminance maximale possible et le contraste dans ce type de visualisation sont très élevés, bien supérieurs à ceux d'un afficheur HDD qui ne subit pas les mêmes contraintes. Généralement, la luminance maximale 30 et le contraste d'une visualisation HUD à cristaux liquides sont dix fois supérieurs à ceux d'un HDD. Cela est d'autant plus vrai et profitable avec un HUD a technologie LCD. 35 2903788 6 4ème avantage : Symbologie adaptée II est possible d'adapter la symbologie pour la rendre la plus lisible possible en cas de présence de fumée. On peut jouer facilement sur deux paramètres qui sont : 5 • La largeur de tracé. Typiquement, la largeur de tracé de la symbologie d'un viseur Tête Haute est de l'ordre du milliradian. Il est possible d'élargir de façon importante cette largeur pour améliorer la lisibilité. Les figures 3 et 4 présentent ainsi deux symbologies S, la première avec un 10 tracé normal, la seconde avec un tracé dont la largeur a été multipliée par deux. La technologie LCD qui assure un pilotage pixel par pixel de l'afficheur permet des largeurs de tracé très importantes sans impact sur les performances de tracés. En effet, la luminance est indépendante de la 15 largeur de tracé et reste constante et le temps de tracé reste également constant. On peut ainsi réaliser des symbologies dont la largeur de tracé dépasse 5 milliradians, voire 10 milliradians. Dans ce cas, les chiffres et les lettres constituant la symbologie ont une taille 20 angulaire qui dépasse plusieurs degrés et sont donc très lisibles. • L'allégement et la simplification de la symbologie. Ainsi, sur la figure 5, les échelles indicatrices des vitesses S1 à gauche et de l'altitude S2 à droite de la symbologie S de la 25 figure 5 ont été remplacées par des simples indications de vitesse et d'altitude écrites dans des caractères plus importants. 5ème avantage : Symbologie conforme 30 II est possible de conserver certaines fonctions d'affichage du viseur HUD. Ces symboles dits conformes sont représentatifs du paysage extérieur et dessinés de façon qu'ils aient une taille apparente à la même échelle que ledit paysage extérieur et se superposent à lui. Ainsi, la ligne d'horizon et les échelles dites de descente encore appelée pitch , 35 ainsi que le vecteur vitesse, informations spécifiques du HUD et non 2903788 7 disponibles sur l'affichage PFD des visus Tête Basse peuvent continuer d'être présentées conformes pour éviter la perte de positionnement spatial du pilote. En effet, celui-ci est susceptible de perdre ses repères lors de ces phases critiques. 5 6ème avantage : l'information est collimatée. Cet avantage est lié à la collimation et à la vision binoculaire. Dans le cas d'un HDD, l'afficheur n'est pas protégé. Si l'afficheur est endommagé par la fumée ou la suie, les parties endommagées sont perdues 10 et ne peuvent plus être vues. Dans le cas d'un HUD, l'afficheur est mieux protégé. La seule partie soumise au feu est le combineur. Mais le combineur est un élément optique dont la surface n'est pas utilisée de la même façon pour les deux yeux : une partie de la surface renvoie l'image collimatée vers l'oeil droit et une autre partie vers l'oeil gauche. Ces deux parties sont 15 séparées de la distance interpupillaire qui vaut environ 65 mm. En cas de dégradation du combineur, on peut espérer que l'image perdue pour un oeil ne le sera pas pour l'autre oeil. On conserve ainsi l'intégralité des informations. 20 Ainsi, on peut améliorer de façon sensible et au prix de modifications mineures la lisibilité des informations essentielles en cas de fumée dans le cockpit en les présentant dans le viseur tête Haute. REVENDICATIONS 1. Viseur Tête Haute (HUD) à afficheur matriciel pour cockpit d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul et d'affichage d'une symbologie de secours de type PFD comprenant au moins les informations de vitesse, d'altitude et d'attitude de l'aéronef, ladite symbologie étant affichée au moins en cas de visibilité réduite à l'intérieur du cockpit. 2. Viseur Tête Haute pour aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de calcul permettent de générer plusieurs modes possibles de présentation de la symbologie, au moins un des modes générant une symbologie simplifiée comportant uniquement les informations de vitesse, d'altitude et d'attitude. 3. Viseur Tête Haute pour aéronef selon l'une des revendications 20 1 ou 2, caractérisé en ce que l'afficheur est de type matriciel à cristaux liquides. 4. Viseur Tête Haute pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de calcul génèrent des 25 tracés dont la largeur angulaire vaut au moins 5 milliradians. 5. Viseur Tête Haute pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de calcul génèrent des symboles dits conformes , c'est-à-dire représentatifs du paysage extérieur 30 et dessinés de façon qu'ils aient une taille et/ou un positionnement apparent cohérent avec ledit paysage extérieur. 6. Viseur Tête Haute pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la luminance des symboles affichés est 35 la luminance maximale permise par l'afficheur. 2903788 9 7. Dispositif de sécurisation pour cockpit d'aéronef de l'affichage des informations de secours de type PFD comportant au moins les informations de vitesse, d'altitude et d'attitude de l'aéronef, ledit dispositif 5 comprenant au moins des moyens de détection de fumée dans le cockpit et des moyens de visualisation, caractérisé en ce que lesdits moyens de visualisation sont un viseur Tête Haute selon l'une des revendications précédentes. 10