Brevet FR2911689A1 — publié le 20080725

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de la vitesse d'un aéronef. DOMAINE TECHNIQUE Le décollage et l'atterrissage d'un aéronef sont les phases de vol les plus critiques en terme de sécurité. Les risques d'accidents augmentent lorsque l'aéronef est proche du sol. En effet, les marges de manoeuvre sont réduites et la charge de l'avion est maximale au décollage. 10 Certaines défaillances peuvent être graves et dangereuses lorsqu'elles ne sont pas détectées au sol et qu'elles ne se révèlent que lors du décollage. C'est en particulier le cas quand la vitesse de l'aéronef est communiquée erronée aux pilotes pendant la phase de décollage et que ceux-ci ne s'en rendent compte qu'à 15 une vitesse élevée ou même une fois l'avion en l'air. II est indispensable d'obtenir une valeur de vitesse fiable pour piloter correctement l'aéronef en particulier lors des phases de vol critiques. 20 La vitesse de l'aéronef est calculée notamment à partir de la pression totale. La pression totale est mesurée à l'aide de sondes de mesures spécifiques, appelées sondes Pitot. Les sondes acquièrent la valeur de la pression totale et la transmettent aux instruments de bord. Les instruments de bord traitent toutes les données reçues à partir desquelles certaines données comme la vitesse de 25 l'avion sont déduites. Or, la mesure de la pression totale n'est possible qu'à des vitesses suffisamment élevées [à savoir en dehors du début de la course au décollage] : la vitesse de l'avion n'est visualisée sur les instruments de bord qu'au-dessus de 30 30 noeuds. En dessous, les mesures sont irnprécises.5 2 Des mesures incorrectes peuvent être délivrées à des vitesses supérieures à celle-ci en raison d'une défaillance dans une sonde. Les sondes Pitot sont facilement obstruées par la poussière, les insectes ou tout autre matière étrangère à celles-ci. Il en résulte une erreur de mesure de vitesse. Ce type d'erreur peut avoir des conséquences catastrophiques si elle n'est pas détectée. TECHNIQUE ANTERIEURE La solution offerte à ce jour pour pallier les erreurs de mesure est de réagir par une procédure RTO (Rejected Take Off) particulière de freinage dès que l'erreur se révèle. 15 Cependant, la procédure RTO est parfois déclenchée lorsque l'avion est à pleine vitesse sur la piste. II s'ensuit un échauffement excessif du système de freinage et des pneus, voire une sortie de piste. Les pneus peuvent être détériorés d'une manière telle qu'ils doivent être remplacés ; le système de freinage doit être contrôlé pour estimer l'impact de l'échauffement. Les dégâts 20 causés par une sortie de piste sont très variables et peuvent être très importants, et être mortels pour les passagers et l'équipage. Un but de la présente invention est de d'offrir une solution pour détecter le plus rapidement possible une erreur de mesure de la vitesse de l'aéronef. Un autre but de l'invention est de fournir une solution automatique et sure de détection d'erreur dans la mesure de vitesse. Un autre but de la présente invention est de permettre d'appliquer ladite 30 solution pour des vitesses suffisamment faibles afin de minimiser les problèmes engendrés par une procédure RTO. 25 3 EXPOSE DE l'INVENTION Pour ce faire, la présente invention propose un procédé de contrôle de la vitesse d'un aéronef dans l'air Vair caractérisé en ce qu'il consiste à comparer une variation de vitesse de l'aéronef dans l'air avec une variation de vitesse de l'aéronef au sol pendant un temps identique et à détecter toute différence significative entre lesdites variations. La détection d'une différence significative révèle la possibilité d'une 10 mesure erronée. Selon une forme de réalisation de l'invention, une différence est considérée comme significative lorsqu'elle est supérieure à un seuil S prédéterminé. 15 Le procédé selon la présente invention comprend les étapes suivantes : - calcul de la variation de vitesse dudit aéronef dans l'air et de la variation de vitesse dudit aéronef au sol, pendant un temps dt prédéterminé ; - calcul de la différence entre la variation de vitesse dans l'air et la 20 variation de vitesse au sol ; - comparaison de la différence ainsi calculée audit seuil S prédéterminé ; - détection d'une anomalie lorsque ladite différence est supérieure audit seuil S. 25 Selon une forme de réalisation de l'invention, le procédé consiste à émettre un signal d'alerte en cas de détection d'une différence significative. L'alerte peut ainsi permettre de mettre les pilotes et/ou tout autre individu déterminé en connaissance de la dite détection. 30 Le procédé consiste à calculer la variation de vitesse dudit aéronef respectivement dans l'air et au sol de la manière suivante : - effectuer un premier calcul de la vitesse de l'aéronef respectivement 4 dans l'air et au sol à partir d'une première mesure des paramètres nécessaires à ce calcul; - effectuer un deuxième calcul de la vitesse de l'aéronef respectivement dans l'air et au sol à partir d'une deuxième mesure réalisée au bout d'une durée dt 5 prédéterminée ; - calculer la différence entre la première et la deuxième vitesse de l'aéronef calculée respectivement dans l'air et au sol. Le procédé selon la présente invention ne démarre que lorsque la vitesse 10 air calculée est supérieure à une vitesse prédéterminée de dérnarrage. En effet, cornme indiqué précédemment, la mesure de la pression totale n'est possible qu'à partir d'une certaine vitesse. Selon une forme de réalisation de l'invention, le procédé se poursuit par la 15 comparaison de variations suivantes tant que la vitesse air calculée est inférieure à une vitesse V1 prédéterminée limite : le procédé se déroule uniquement pendant la phase de décollage, phase critique comme vu précédemment. Selon une forme particulière de l'invention, lorsqu'une différence 20 significative est détectée, le procédé de contrôle s'interrompt. La présente invention concerne également un système de contrôle de la vitesse d'un aéronef dans l'air caractérisé en ce qu'il comprend au moins une unité pourvue de moyens de comparaison MC d'une variation de vitesse de 25 l'aéronef dans l'air avec une variation de vitesse de l'aéronef au sol pendant un temps identique et de détection de toute différence significative entre lesdites variations. Le système de contrôle comprend : 30 - au moins un capteur permettant de mesurer les paramètres nécessaires au calcul des vitesses de l'aéronef au sol et dans l'air ; - une unité de calcul permettant de calculer la vitesse de l'aéronef au sol et dans l'air à partir des mesures provenant desdits capteurs à un instant t et une variation de vitesse de l'aéronef dans l'air et au sol pendant un temps dt ; Le système comprend une unité de gestion d'alerte connectée à la dite 5 unité pourvue de moyens de comparaison pour le traitement d'une alerte associée à la détection d'une différence significative. La présente invention concerne également un aéronef caractérisé en ce qu'il comprend un système mettant en oeuvre le procédé de contrôle de la vitesse 10 d'un aéronef. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à 15 la lecture de la description qui va suivre du procédé et du dispositif de contrôle selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : • la figure 1 représente un tableau de bord d'un avion de type AIRBUS A340 (marque déposée) ; 20 • la figure 2 représente de manière schématique une forme de réalisation du dispositif de contrôle selon la présente invention ; • la figure 3 représente de manière schématique une forme de réalisation du procédé de contrôle selon la présente invention. 25 MANIERE DE REALISER L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un système de contrôle de la vitesse d'un aéronef au décollage. 30 Le cockpit d'un aéronef comporte des instruments de bords offrant aux pilotes des informations nécessaires au pilotage et à la navigation, des informations générales sur l'état des systèmes, des alarmes et procédures 6 associées. Comme le montre la figure 1, les informations sont visualisées sur un tableau de bord 1. Un des instruments du tableau de bord 1 est l'EFIS 2 (Electronic Flight Instruments System -- ensemble d'instruments électroniques de vol). L'EFIS 2 permet de visualiser les paramètres nécessaires au pilotage et à la navigation. Les paramètres anémométriques et inertielles sont fournis au système EFIIS 1 par le système ADIRS (Air Data and Inertial Reference System - système de référence inertielle anémobarométrique). Le système ADIRS comprend un système ADIRU (Air Data and Inertial Reference Unit - unité de référence inertielle anémobarométrique). Le système ADIRU fournit notamment l'altitude barométrique, le mach, l'incidence, la température et le paramètre qui nous intéresse dans la présente invention, la vitesse vraie de l'avion dans l'air, ci-après appelée vitesse air. La vitesse air correspond à la vitesse de l'avion au sol (ci- après appelée vitesse sol) de laquelle est déduit la vitesse du vent (ci-après appelée vitesse vent). Vitesse air = vitesse sol û vitesse vent Les paramètres, et en particulier la vitesse air, sont calculés par un module ADR (Air Data Reference ûCentrale anémométrique) du système ADIRU à partir de données mesurées. La vitesse air par exemple est obtenue à l'aide de la pression d'air à laquelle la voilure de l'aéronef fait face (appelée pression totale), de la pression statique, de la température de l'air. Les résultats obtenus sont légèrement corrigés à l'aide de l'angle d'attaque et de la position des volets. La pression totale est mesurée par des capteurs de type sonde Pitot (sonde P sur la figure 2). Les capteurs de type sonde Pitot peuvent transmettre des mesures 30 erronées en particulier par exemple lorsqu'ils se trouvent encrassés par tout type de saletés (naturelles ou non). 7 La présente invention consiste à détecter de telles mesures erronées de la vitesse air, en particulier pendant le décollage pendant lequel l'obtention d'une telle information est cruciale pour le pilotage de l'avion. La vitesse air et la vitesse sol sont des paramètres calculés indépendamment l'un de l'autre. En effet, la vitesse air comme vu précédemment est calculée notamment à partir de la pression totale. La vitesse sol en revanche est calculée à partir de l'accélération de l'avion. L'accélération de l'avion est mesurée à l'aide d'accéléromètres (accéléromètre A sur la figure 2). Un module IR (Inertial Reference ù Plateforme inertielle de référence) du système ADIRU calcule la vitesse sol en intégrant l'accélération mesurée. La vitesse sol et la vitesse air ne peuvent être directement comparées pour détecter une fausse mesure. Comme vu précédemment, la vitesse air dépend du vent (la vitesse air correspond à la vitesse sol moins la vitesse vent). Pour un avion à l'arrêt subissant une vitesse vent de 20kts, les instruments de bord indiqueront une vitesse air de 2Okts et une vitesse sol de 0kts : la vitesse air ne correspond donc pas à la vitesse soli. De plus, le calcul du paramètre vitesse sol se révèle être fréquemment erroné en raison des erreurs inhérentes à l'intégration : à l'issue d'un vol, l'erreur peut atteindre 8 kts. Le procédé de contrôle de la vitesse air selon la présente invention se base donc sur la comparaison des variations de la vitesse air et de la vitesse sol pendant un temps très court pendant lequel il est possible de considérer que les variations de la vitesse vent sont négligeables. Ainsi : d(vitesse air) d(vitesse sol) dt dt sachant que pendant un temps très court 10 d(vitesse vent) 0 dt 15 La comparaison des variations de vitesse permet ainsi de vérifier la vitesse de l'aéronef au décollage. Lors du décollage, la vitesse de l'aéronef augmente jusqu'à atteindre une vitesse lui permettant de quitter le sol. La vitesse de décollage varie suivant les appareils. 20 L'accélération de l'aéronef est forte au décollage : en effet, l'aéronef doit atteindre une vitesse importante pendant un temps très bref. Les variations de la vitesse air au décollage sont donc très importantes. En revanche, la vitesse du vent ne varie pas ou très peu et les variations de la vitesse 25 du vent peuvent donc être considérées comme négligeables en rapport avec les variations de la vitesse air ou sol. La figure 2 représente une forme de réalisation du dispositif de contrôle selon la présente invention. Le système ADIRU est une unité électronique réalisant le contrôle de la vitesse air. 8 30 9 Une unité électronique désigne un système comprenant au moins un microprocesseur relié par un bus interne à une mémoire non volatile par exemple de type ROM, EEPROM, Flash ou autre permettant de stocker des programmes et des données, une mémoire volatile de type RAM, des moyens d'entrées/sorties pour communiquer avec l'extérieur. Plus précisément, le système ADIRU comprend plusieurs modules : le module ADR, le module IR et le module MC de comparaison. Le module ADR du système ADIRU reçoit comme vu précédemment les valeurs des paramètres ParamM tels que la pression totale à partir desquels il calcule la vitesse air Vair. Le module IR du système ADIRU reçoit les valeurs de l'accélération sol mesurée AsoIM et en décluit la vitesse sol Vsol. Le système ADIRU comprend une zone M de stockage dans laquelle est enregistrée la durée dt pendant laquelle doivent être déterminées les variations de vitesse. La zone M stocke également un seuil S de comparaison qui correspond à la différence minimum entre les variations de vitesse sol et les variations de vitesse air à partir de laquelle on considère que la valeur de la vitesse air indiquée aux pilotes est susceptible d'être erronée. A partir des vitesses air Vair et sol Vsol calculées, le module de comparaison MC du système ADIRU calcule les variations de vitesse pendant la durée dt et effectue la comparaison de la différence entre les variations de vitesse par rapport au seuil S stocké dans la zone M. Le contrôle par calcul de variations de vitesse et comparaison de ces variations est réalisable par tout autre système : le module de comparaison MC pourrait par exemple être intégré au système FVVS (Flight Warning System ù Système d'avertissement de vol). 10 Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, lorsque le module MC du système ADIRU détecte une différence significative entre les variations de vitesse, le module MC transmet un signal au système FWS qui gère les alertes. Le système FWS est connecté au système EIS présentant à l'écran un message aux pilotes. Tout autre dispositif de présentation d'information peut également être utilisé indépendamment ou en combinaison avec le système EIS d'affichage à l'écran tels qu'un système sonore, un système à base de voyants de couleurs ou autres. D'autres systèmes pourraient être utilisés comme par exemple un système regroupant les fonctionnalités du système ADIRU, FWS et EIS. Un des avantages d'un système tel qu'illustré sur la figure 2 est qu'il utilise des 15 systèmes existants (ADIRU, FWS, IEIS) dans lesquels seules de légères modifications sont nécessaires pour mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention. Cornme indiqué sur la figure 3, le procédé de contrôle de la vitesse air selon la 20 présente invention comprend les étapes détaillées dans ce qui suit. Le procédé selon la présente invention calcule dans une étape 10 la vitesse air Vair à partir de paramètres mesurés tels que la pression totale comme vu précédemment ainsi que la vitesse sol V'sol à partir de l'accélération mesurée. Les vitesses air et sol Vair et Vsol sont des vitesses déjà calculées par les instruments de bord de la plupart des aéronefs actuels. Selon une forme particulière du procédé selon l'invention, ledit procédé de 30 contrôle ne démarre qu'à partir d'une certaine vitesse air, dite vitesse air de démarrage (étape 20). En effet, comme vu précédemment, la mesure de la pression totale n'est possible qu'à partir d'une certaine vitesse. Dans l'exemple 25 11 illustré, le procédé est amorcé lorsque la vitesse air calculée Vair est supérieure à 30 kts. Le procédé selon la présente invention consiste ensuite dans une étape 30 à déterminer des variations de vitesse air et sol sur le temps dt: prédéterminé et enregistré dans la zone de stockage M : Variation Vair et Variation Vsol. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le procédé consiste à calculer une première vitesse air Vair1 à partir d'une première mesure de paramètres nécessaires au calcul de la vitesse air ainsi qu'une première vitesse sol Vsoll à partir d'une première mesure d'accélération. Le procédé consiste ensuite à calculer une deuxième vitesse air Vair2, à partir d'une deuxième mesure de paramètres et une deuxième vitesse sol Vsol2 à partir d'une deuxième mesure d'accélération. La deuxième mesure de paramètres et d'accélération est réalisée au bout d'un temps dt suivant la première mesure. Le procédé consiste ensuite à effectuer la différence entre la première vitesse air calculée Vair1 et la deuxième vitesse air calculée Vair2 pour obtenir la variation de vitesse air. Variation Vair = Vair1 ù Vair2 De même, le procédé consiste à effectuer la différence entre la première vitesse sol calculée Vsoll et la deuxième vitesse sol calculée Vsol2 pour obtenir la 25 variation de vitesse sol. Variation Vsol = Vsoll ù Vsol2 Lors d'une étape 40 suivante, le procédé compare la variation de la vitesse air 30 Variation Vair et la variation de la vitesse sol Variation Vsol. Un seuil de comparaison S est défini et enregistré dans la zone M de stockage du système illustré sur la figure 2. Lorsque la différence entre la variation de la vitesse air20 12 Variation Vair et la variation de la vitesse sol Variation Vsol est supérieure au seuil S, le procédé détecte une différence significative susceptible de correspondre à une fausse mesure. Dans ce cas, le procédé comprend une étape de cornmunication de la détection aux pilotes et/ou à tout autre individu tel que le personnel au sol et/ou à tout autre cornposant permettant de traiter la détection. Dans la forme de réalisation illustrée, le procédé comprend le déclenchement d'une alerte (étape 50). Le seuil S et la durée dt de temps utilisés pour analyser les variations sont choisis sur la base d'une variation de vitesse maximum observée pendant le décollage de manière à éviter toute alerte indésirée ainsi que sur les différences observées sur la vitesse air lors d'incidents répertoriés au décollage. A titre illustratif, le seuil S pourrait être de 3kts/s pour une durée clt d'analyse des variations de 1 seconde. Il s'agit évidemment d'un simple exemple sachant que la vitesse de décollage dépend de l'appareil: des essais en vol sont nécessaires pour estimer correctement le seuil S et la durée dt à enregistrer. Le déclenchement d'une alerte peut se traduire sous diverses formes. Selon une première forme, un message spécifique est adressé aux pilotes pour annuler le décollage. Par exemple, le procédé consiste à présenter aux pilotes sur un écran du système EIS ou sur tout écran prévu à cet effet comme vu précédemment un message spécifique comme par exemple ADR erreur ; vitesse air erronée . Une fois affiché, le message doit rester à l'écran au moins jusqu'à l'arrêt de l'avion. Selon une deuxième forme, une alerte sonore ou visuelle telle qu'un voyant d'une couleur déterminée peut être prévue. Selon d'autres formes de réalisation, l'alerte peut être constituée par une combinaison de ces différents moyens. 13 Le déclenchement de l'alerte ainsi que toutes les informations associées sont enregistrés dans un fichier destiné à l'analyse du vol a posteriori. Lors du déclenchement d'une alerte, le procédé interrompt la procédé de contrôle (étape 70). Lorsque la variation de vitesse est inférieure au seuil S, le procédé ne détecte aucune anomalie. Tant que la vitesse air calculée est inférieure à une vitesse dite limite prédéterminée V1, le procédé poursuit le contrôle (Etape 60-10) et réalise la comparaison de variations à des temps ultérieurs. Les capteurs effectuent des mesures régulièrement en des instants prédéfinis. Le procédé selon la présente invention s'interrompt (étape 70) lorsque la vitesse a dépassé ladite vitesse limite prédéterminée VI. Selon une forrne de réalisation particulière de l'invention, la vitesse VI correspond à la vitesse atteinte par l'aéronef à la fin du décollage. Le procédé fonctionne uniquement pendant la phase critique du décollage. 25 REVENDICATIONS 1- Procédé de contrôle de la vitesse d'un aéronef dans l'air Vair caractérisé en ce qu'il consiste à comparer une variation de vitesse de l'aéronef dans l'air avec une variation de vitesse de l'aéronef au sol pendant un temps identique et à détecter toute différence significative entre lesdites variations. 2 û Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une différence est considérée comme significative lorsqu'elle est supérieure à un seuil S 10 prédéterminé. 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - calcul de la variation de vitesse dudit aéronef dans l'air et de la 15 variation de vitesse dudit aéronef au sol, pendant un temps dt prédéterminé ; - calcul de la différence entre la variation de vitesse dans l'air et la variation de vitesse au sol ; - comparaison de la différence ainsi calculée audit seuil S prédéterminé ; - détection d'une anomalie lorsque ladite différence est supérieure audit 20 seuil S. 4-Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre un signal d'alerte en cas de détection d'une différence significative. 25 5- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à calculer la variation de vitesse dudit aéronef respectivement dans l'air et au sol de la manière suivante : -effectuer un premier calcul de la vitesse de l'aéronef respectivement 30 dans l'air et au sol à partir d'une première mesure des paramètres nécessaires à ce calcul; - effectuer un deuxième calcul de la vitesse de l'aéronef respectivementdans l'air et au sol à partir d'une deuxième mesure réalisée au bout d'une durée dt prédéterminée ; - calculer la différence entre la première et la deuxième vitesse de l'aéronef calculée respectivement dans l'air et au sol. 6 û Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il ne démarre que lorsque la vitesse air calculée est supérieure à une vitesse prédéterminée de démarrage. 10 7 û Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il se poursuit par la comparaison de variations suivantes tant que la vitesse air calculée est inférieure à une vitesse V1 prédéterminée limite. 8 û Système de contrôle de la vitesse d'un aéronef dans l'air caractérisé 15 en ce qu'il comprend au moins une unité pourvue de moyens de comparaison MC d'une variation de vitesse de l'aéronef dans l'air avec une variation de vitesse de l'aéronef au sol pendant un temps identique et de détection de toute différence significative entre lesdites variations. 20 9 û Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de gestion d'alerte connectée à la dite unité pourvue de moyens de comparaison pour le traitement d'une alerte associée à la détection d'une différence significative. 25 10 û Aéronef caractérisé en ce qu'il comprend un système mettant en oeuvre le procédé de contrôle de la vitesse d'un aéronef selon l'une des revendications 1 à 7. 11 û Programme d'ordinateur chargeable sur une unité de traitement de 30 l'information (ADIRU, FWS) comprenant des séquences d'instructions pour mettre en ceuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque le programme est chargé sur l'unité et y est exécuté.5