Brevet FR2954490A1 — publié le 20110624

Procédé et système de gestion dynamique d'une procédure de vol d'un plan de vol d'un aéronef L'invention porte sur un procédé et un système de gestion dynamique d'une procédure de vo d'un plan de vol d'un aéronef. Le trafic aérien augmentant sans cesse depuis ses débuts, la charge de travail et le nombre de tâches à effectuer des contrôleurs aériens augmentent en conséquence. Il est nécessaire d'améliorer les procédures de vol des plans de vols des aéronefs, de manière à gérer au mieux l'espace aérien disponible, ainsi que les équipements disponibles, telles les pistes d'atterrissage. Cette augmentation du trafic aérien oblige, par exemple, à augmenter les cadences d'atterrissage sur les pistes d'atterrissage. Cela passe notamment par l'instauration de contraintes de temps et par la réduction au maximum de l'intervalle de temps séparant deux atterrissages successifs sur une piste, tout en maintenant une distance de séparation de sécurité entre les aéronefs en approche finale afin de réduire les risques de collision ou décrochage liés aux turbulences de sillage ou aux manoeuvres imprévues telles que remise de gaz. Un plan de vol est la description détaillée de la route à suivre par un aéronef dans le cadre d'un vol planifié. Il comporte notamment une séquence chronologique de points de passage décrits par leur position, leur altitude et leur heure de survol. Les points de passage constituent la trajectoire de référence à suivre par l'aéronef en vue de respecter au mieux son plan de vol. Cette trajectoire est une aide précieuse à la fois au personnel de contrôle au sol et à la fois au pilote, pour anticiper les mouvements de l'aéronef, par exemple un avion, et ainsi assurer un niveau de sécurité optimum, notamment dans le cadre du maintient des critères de séparation entre aéronefs. Le plan de vol est couramment géré à bord des avions civils par un système de gestion de vol désigné par la terminologie anglo-saxonne de "Flight Management System", que l'on appellera FMS par la suite, qui met la trajectoire de référence à disposition du personnel de bord et à disposition des autres systèmes embarqués. Dans un souci de sécurité essentiellement, il faut donc s'assurer que l'aéronef suit au moins en terme géographique la trajectoire de référence décrite dans le plan de vol, afin notamment de maintenir des distances de séparation entre aéronefs. Dans ce but, des organismes étatiques et les autorités aéroportuaires se sont par exemple vu imposé depuis très longtemps la publication des procédures de décollage et d'atterrissage. Ces procédures ont longtemps été publiées sous forme papier uniquement, suivant des formalismes graphiques et textuels. Elles garantissent la sécurité des vols en partance ou à l'arrivée sur les aérodromes. Mais avec l'avènement en avionique des systèmes de gestion du vol comme les FMS et des unités de navigation et d'atterrissage connues sous la terminologie anglo-saxonne de "Global Navigation and Landing Unit" ou GNLU, les procédures publiées sous forme papier se sont trouvées inadaptées, voire totalement désuètes. La nécessité est apparue de gérer sous un format numérique l'ensemble des procédures publiées par les organismes étatiques. Actuellement, les procédures publiées sont fournies à divers fournisseurs de bases de données de navigation par des organismes spécialisés des états adhérant à l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale ou OACI. Les formalismes textuels et graphiques utilisés sont définis par l'OACI, mais parfois ils sont mal respectés par les organismes étatiques. Les fournisseurs transforment les descriptions textuelles en suites de "legs" selon une terminologie anglo-saxonne consacrée dans les métiers de l'aéronautique. Un "leg" correspond à une portion de trajectoire définie par plusieurs paramètres, comme par exemple des consignes à suivre en terme de position, d'altitude, de cap ou de route. Dans la suite de la présente demande, la terminologie anglo-saxonne de "legs" sera remplacée par la terminologie de "portions de trajectoire" ou "segments", étant entendu que cette substitution n'a d'intérêt qu'à des fins de traduction et qu'une version en anglais de la présente demande devrait de préférence conserver le terme original de "leg". En tout état de cause, le terme "segment" ne doit pas ici être limitatif à des segments de droites, il peut également désigner des segments curvilignes ou des combinaisons de segments de droites et de segments curvilignes. La norme ARINC 424 définit un segment ou "leg", par des paramètres représentant un point et la manière d'y arriver. Les suites de "legs" ou de "segments" sont fournies dans un 35 format numérique, les fournisseurs étant relativement libres dans leur interprétation des procédures publiées en suites de segments. Les bases de données ainsi produites par les fournisseurs sont appelées des bases de données de navigation. La figure 1 illustre une architecture d'un système de gestion de vol. On rappelle qu'un aéronef est équipé d'un système de gestion de vol, ou FMS, acronyme de l'expression anglo-saxonne "Flight Management System" qui échange des informations diverses avec le sol et avec d'autres équipements de l'aéronef. Il communique avec l'équipage par l'intermédiaire d'interfaces homme-machine ou IHM, tels des écrans et claviers. Le système d'aide à la navigation assiste l'équipage dans la programmation du plan de vol avant le décollage jusqu'à l'atterrissage. Son assistance dans la programmation du plan de vol consiste d'une part à tracer dans les plans horizontal et vertical un squelette de trajectoire formé d'une succession de points de passage ou WP, acronyme de "Way Points" en langue anglaise, associés à diverses consignes d'altitude, de vitesse, de cap ou autres, et d'autre part à calculer, également dans les plans horizontal et vertical, la trajectoire que devra suivre l'aéronef pour remplir sa mission. Lors de la préparation de la programmation du plan de vol, l'équipage entre dans le système de gestion de vol FMS, de manière implicite ou explicite, les coordonnées géographiques des points de passage et les consignes de vol qui leur sont associées, et obtient du système de gestion de vol FMS un squelette de trajectoire, une trajectoire de vol et un plan de vol. la trajectoire est construite à partir d'un chaînage de segments reliant deux à deux les points de passage WP depuis le point de départ jusqu'au point de destination, à la fois pour assurer les transitions de cap entre segments au niveau des points de passage WP et pour suivre certains segments courbes. Le squelette de trajectoire et la trajectoire sont affichés sur un écran de navigation pour permettre à l'équipage de vérifier leur pertinence. Le plan de vol comprend les trajectoires horizontale et verticale assorties des consignes de vol ou clairances pour "clearance » en langue anglo-saxonne. La trajectoire verticale est généralement désignée profil vertical. Avant le décollage, le plan de vol à bord de l'aéronef et celui de l'autorité de contrôle aérien ou ATC pour acronyme de l'expression anglo-35 saxonne "Air Traffic Control" sont identiques. Pendant le vol, des événements imprévus surviennent qui vont modifier le plan de vol. Il s'agit par exemple de changements de météo, de trafic, voire des pannes à bord de l'aéronef. Ces événements sont communiqués à l'autorité de contrôle aérien ATC lorsqu'elle n'en a pas connaissance. L'ATC peut alors transmettre de nouvelles consignes de vol prenant en compte ces événements, dont prend connaissance l'équipage par l'intermédiaire des d'interfaces homme-machine IHM. Le système embarqué de gestion du vol (FMS) détermine la géométrie du profil 4D (3D + temps-profil de vitesses), et envoie au pilote ou au pilote automatique PA les consignes de guidage pour suivre ce profil. Un système de gestion de vol dispose des fonctions suivantes décrites dans la norme ARINC 702 (Advanced Flight Management Computer System, Dec 1996). Un tel système de gestion de vol FMS comprend : un module de navigation LOCNAV, pour effectuer la localisation optimale 15 de l'aéronef en fonction des moyens de géo localisation GL (GPS, GALILEO, balises radios VHF, centrales inertielles) ; un module de plan de vol FPLN, pour saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre (procédures de départ et d'arrivée, points de passages WP ; 20 une base de donnée de navigation NAV_DB, pour élaborer des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases (points, balises, segments,...) ; une base de données de performance, PERF_DB, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'aéronef. 25 un module de trajectoire latérale TRAJ, pour élaborer une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement ; un module de prédiction PRED, pour élaborer un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale ; 30 - un module de guidage, GUID, pour guider dans les plans latéraux et verticaux l'aéronef sur sa trajectoire 3D, tout en optimisant sa vitesse ; un module perception de la situation SA pour "situation awareness" en langue anglo-saxonne, notamment pour communiquer avec les centres de contrôle ATC et les autres aéronefs. Actuellement, lorsque le pilote modifie la trajectoire de l'aéronef, i.e. si l'aéronef ne suit plus son plan de vol, celui-ci n'est pas remis à jour automatiquement. Les systèmes embarqués à bord des aéronefs, tel le système de gestion de vol FMS, font l'hypothèse que l'avion revient sur sa trajectoire selon un mode de rejointe défini par les constructeur de systèmes de gestion de vol FMS. Ces systèmes effectuent leurs prédictions (altitude, temps, vitesse, carburant consommé,...) sur l'ensemble des points du plan de vol. Ces systèmes ne savent pas filtrer une partie du plan de vol pour la raccourcir et effectuer des prédictions sur un sous-ensemble d'éléments du plan de vol initial. Un but de l'invention est de pallier ces problèmes. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de gestion dynamique d'une procédure de vol d'un plan de vol d'un aéronef, ladite procédure de vol comprenant au moins un segment, le procédé comprenant une étape dans laquelle on sélectionne dynamiquement un attribut supplémentaire du segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit segment. Ainsi, il est possible de filtrer dynamiquement une partie du plan 20 de vol pour la raccourcir et effectuer des prédictions sur un sous-ensemble d'éléments du plan de vol initial. Le segment, ou "leg" en langue anglo-saxonne, est défini par la norme ARINC 424, et par ledit attribut supplémentaire. Dans un mode de réalisation l'attribut supplémentaire représentatif 25 d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol d'un segment est codé numériquement en base de données du système de gestion de vol de l'aéronef. Ainsi, on évite à l'équipage une saisie manuelle sur cet élément du caractère facultatif/obligatoire de la procédure, et on pallie les oublis ou 30 erreurs de saisies. Selon un mode de réalisation, l'attribut supplémentaire représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol d'un segment, est modifiable par l'intermédiaire d'au moins une interface homme-machine. Ainsi, on permet à l'équipage de surcharger une éventuelle 35 définition automatique du caractère facultatif/obligatoire de la procédure. De plus, on évite une modification de la norme internationale Arinc 424 de codage des "legs" qui nécessiterait la mise à jour de nombreuses flottes d'avions équipés d'un système de gestion de vol FMS. Dans un mode de réalisation, dans lequel ladite procédure de vol comprend un arc de cercle centré sur un point de convergence, au moins un premier segment initialement obligatoire et au moins un deuxième segment initialement facultatif. L'invention s'applique particulièrement à un concept d'approche en arc de cercle autour d'un point de convergence ou "merge point " en langue anglo-saxonne proche de la piste d'atterrissage. Le centre de contrôle ATC place les aéronefs sur un arc de cercle centré autour du point de convergence après lequel les aéronefs vont se suivre jusqu'à la piste d'atterrissage. Les aéronefs vont tourner sur cet arc de cercle jusqu'à ce qu'il soit dirigé vers le point de convergence de manière à respecter une consigne temporelle d'espacement entre deux aéronefs successifs au point de convergence, par exemple de 90 secondes, ou pour respecter une contrainte de temps sur un point ou une consigne d'espacement en distance entre deux aéronefs successifs, par exemple de 5 NM (milles nautiques). Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de détermination automatique d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire dudit deuxième segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. Ainsi, des anticipations peuvent être effectuées automatiquement, et limiter le travail des centres de contrôle aérien. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de détermination semi-automatique, à valider manuellement, d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire dudit deuxième segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. Ainsi, cette étape doit être acceptée par le pilote ou un membre de l'équipage. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de détermination manuelle d'un éventuel changement de valeur attribut supplémentaire dudit deuxième segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. Ainsi, de manière dynamique, il est possible au pilote de l'aéronef ou à un membre d'équipage de modifier dynamiquement une procédure de vol d'un plan de vol. Selon un autre mode de réalisation, il est également proposé un système de gestion dynamique d'une procédure de vol d'un plan de vol d'un aéronef, ladite procédure de vol comprenant au moins un segment. Le système comprend des moyens de sélection dynamique d'un attribut du segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit segment. ~o Dans un mode de réalisation, un segment est défini par la norme ARINC 424, et par ledit attribut supplémentaire. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les 15 dessins annexés sur lesquels : la figures 1 illustre schématiquement un système de gestion de vol ; et la figure 2 illustre schématiquement une procédure d'approche en arc de cercle centré sur un point de convergence. 20 Sur les différentes figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires. Sur la figure 2 est représentée une procédure de vol correspondant à une approche en arc de cercle centrée sur un point de convergence MP, couramment appelée procédure "Merge Point" par 25 utilisation de l'expression anglo-saxonne. Dans la suite de la description, l'invention est décrite par rapport à cette procédure de vol, à titre d'exemple non limitatif, l'invention pouvant s'appliquer à toute procédure de vol. L'exemple décrit comprend deux trajectoires en arc de cercle pour tenir compte des aéronefs arrivant des deux côtés possibles, mais s'applique 30 par analogie à une procédure "merge point" à une seule trajectoire en arc de cercle. Chacune de ces deux trajectoire comprend un point d'entrée respectif IAFI et IAFI'. Chacune de ces trajectoires comprend ensuite quatre points consécutifs respectifs WP1, WP2, WP3, WP4 et WP1', WP2', WP3', WP4' disposés sur une trajectoire circulaire centrée sur un point de convergence MP commun. Dans la procédure, les deux premiers segments ou "leg" en langue anglo-saxonne", de chaque trajectoire circulaire, respectivement définis par les points de passage IAFI, WP1, WP2, et IAFI', WP1', WP2' doivent être volés. Les deux deuxièmes segments suivants de chaque trajectoire circulaire, respectivement définis par les points de passage WP2, WP3, WP4, et WP2', WP3', WP4' servent de tampon ou "buffer" en langue anglo-saxonne, permettant de pouvoir allonger un peu le temps de vol sur trajectoire circulaire, avant que l'aéronef ne se dirige vers le point de convergence MP, par exemple pour respecter un écart obligatoire entre deux aéronefs successifs sur la piste d'atterrissage PI_A, par exemple de 90 secondes, d'une contrainte de temps, ou une panne de communication entre 15 le centre de contrôle CTA et l'aéronef. Ces deux deuxièmes segments respectifs [WP2-WP3], [WP3-WP4] et [WP2'-WP3'], [WP3'-WP4']ne sont donc pas obligatoirement volés, et l'invention permet d'en tenir compte dynamiquement, en gérant dynamiquement un attribut supplémentaire ATB d'un deuxième segment, 20 représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. Ainsi, il est possible dans une procédure de vol de tenir compte uniquement d'un sous-ensemble de points de passages ou d'un sous ensemble de segments de la procédure pour effectuer des prédictions sur un 25 sous-ensemble du plan de vol sans avoir besoin de le modifier. Les segments sont, par exemple définis par la norme ARINC 424, et par l'attribut supplémentaire ATB. Cet attribut peut être codé numériquement en base de données du système de gestion de vol FMS de l'aéronef. 30 Le procédé peut comprendre une étape de détermination automatique d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire desdits deuxièmes segments représentatifs d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol desdits deuxièmes segments. En effet, dans une procédure Merge Point, les deux deuxièmes segments d'une trajectoire 35 circulaire sont initialement considérés comme non volés, mais l'invention permet de pouvoir dynamiquement modifier l'attribut ATB pour les considérer comme devant être volés. Le FMS peut alors de manière automatique, par exemple sur réception de clairances de vol transmises par le centre de contrôle aérien ATC, modifier dynamiquement la distance parcourue par l'aéronef sur la portion de trajectoire circulaire de la procédure de vol de type Merge Point. En outre, le procédé peut comprendre en variante ou ne combinaison, une étape de détermination semi-automatique, à valider manuellement, d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire desdits deuxièmes segments représentatifs d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol desdits deuxièmes segments. En ce cas, une modification proposée automatiquement doit être validé par le pilote ou un membre d'équipage de l'aéronef, ce qui rend cette étape semi-automatique. Le procédé peut également comprendre, en variante ou ne combinaison, une étape de détermination manuelle d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire desdits deuxièmes segments représentatifs d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol desdits deuxièmes segments. En ce cas, c'est le pilote ou un membre d'équipage qui peut prendre la direction des opérations. Après avoir atteint le point de convergence MP, l'aéronef se dirige vers les points de passage P5 et FAF pour s'aligner avec la direction de la piste d'atterrissage PI A. Un tel procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans un système de gestion dynamique de vol FMS.25 REVENDICATIONS1. Procédé de gestion dynamique d'une procédure de vol d'un plan de vol d'un aéronef, ladite procédure de vol comprenant au moins un segment, caractérisé en ce qu'il comprend une étape dans laquelle on sélectionne dynamiquement un attribut supplémentaire (ATB) du segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit segment codé numériquement en base de données du système de gestion de vol (FMS) de l'aéronef. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un segment est défini par la norme ARINC 424, et par ledit attribut supplémentaire (ATB). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'attribut supplémentaire (ATB) représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol d'un segment, est modifiable par l'intermédiaire d'au moins une interface homme-machine. 4. Procédé selon l'une des revendication 1 à 3, dans lequel, ladite procédure de vol comprend un arc de cercle centré sur un point de convergence (MP), au moins un premier segment initialement obligatoire ([IAF1-WP1], [IAFI'-WPl']) et au moins un deuxième segment initialement facultatif ([WP3-WP4], [WP3'-WP4']) 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant une étape de détermination automatique d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire dudit deuxième segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, comprenant une étape de détermination semi-automatique, à valider manuellement, d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire dudit deuxième segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. 7. Procédé selon l'une des revendication 4 à 6, comprenant une étape de détermination manuelle d'un éventuel changement de valeur dudit attribut supplémentaire dudit deuxième segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit deuxième segment. 8. Système de gestion dynamique d'une procédure de vol d'un plan de vol d'un aéronef (FMS), ladite procédure de vol comprenant au moins un segment, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de sélection dynamique d'un attribut du segment représentatif d'un caractère obligatoire ou facultatif du vol dudit segment. 9. Système selon la revendication 9, dans lequel un segment est défini par la norme ARINC 424, et par ledit attribut supplémentaire.20