Brevet FR3003654A1 — publié le 20140926

La présente invention concerne un procédé et un système de pilotage automatique d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. Plus particulièrement, la présente invention s'applique à un vol en descente géré par un système de pilotage automatique qui comprend notamment une unité de saisie (ou interface homme/machine) qui permet à un pilote de saisir des consignes de vol et au moins une vitesse corrigée, de type CAS (pour «Calibrated Airspeed» en anglais). Ce système de pilotage automatique comprend, de plus, une unité de calcul pour déterminer des ordres de guidage de l'aéronef à l'aide d'un couple de vitesses comprenant une vitesse corrigée entrée et un nombre de Mach optimal, auxquels est associée une altitude de transition, ainsi qu'un dispositif de pilotage automatique de type A/P («Autopilot» en anglais) pour appliquer automatiquement ces ordres de guidage à l'aéronef. Lors d'une descente, de façon usuelle, un tel système de pilotage automatique pilote l'aéronef pour qu'il vole tout d'abord selon un nombre de Mach donné (qui est optimal pour la descente), puis selon une vitesse corrigée (de type CAS) qui a été entrée dans le système par un pilote à l'aide de l'unité de saisie (ou automatiquement par un système usuel), la transition entre les deux types de pilotage ayant lieu lorsque l'aéronef atteint l'altitude de transition associée à ce couple de vitesses (nombre de Mach et vitesse corrigée entrée). L'altitude de transition est l'altitude à laquelle la transition du nombre de Mach à une vitesse corrigée se fait sans saut de vitesse vraie de type TAS (« True Airspeed » en anglais). Cette altitude de transition, entre le pilotage selon le nombre de Mach et celui selon la vitesse corrigée, varie avec la vitesse corrigée. Plus précisément, elle diminue lorsque la vitesse corrigée augmente. En conséquence, lorsque pendant la descente, l'aéronef est guidé en vitesse corrigée, un changement de vitesse corrigée peut entraîner une réversion sur un guidage en nombre de Mach et avoir des effets non désirés sur le pilotage de l'aéronef. Plus précisément, si l'aéronef est piloté selon une vitesse corrigée (dite initiale) et le pilote entre une nouvelle vitesse corrigée qui est supérieure à cette vitesse initiale utilisée pour le guidage, le système prend en compte une nouvelle altitude de transition (représentative du nombre de Mach et de la nouvelle vitesse corrigée) qui est inférieure à l'altitude de transition initiale. Or, si l'aéronef se trouve, au moment où la nouvelle vitesse corrigée est entrée, au-dessus de la nouvelle altitude de transition, l'aéronef sera piloté selon le nombre de Mach (qui est globalement constant), c'est-à-dire sans accélération. Dans ce cas, l'aéronef n'accélère pas, bien que le pilote ait entré une vitesse corrigée supérieure à la vitesse corrigée initiale. Cette situation peut perturber le pilote, puisque l'aéronef n'accélère pas lorsqu'il entre une consigne demandant une augmentation de la vitesse CAS. La présente invention concerne un procédé de pilotage automatique d'un aéronef qui permet de remédier à cet inconvénient. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé de pilotage d'un aéronef qui est piloté par un système de pilotage automatique comprenant une unité de saisie permettant à un pilote d'entrer au moins une vitesse corrigée (de type CAS), une unité de calcul pour déterminer des ordres de guidage de l'aéronef à l'aide d'un couple de vitesses comprenant une vitesse corrigée entrée et un nombre de Mach courant, auxquels est associée une altitude de transition, et un dispositif de pilotage automatique pour appliquer ces ordres de guidage automatiquement à l'aéronef, est remarquable en ce qu'il comprend des étapes consistant : a) à détecter automatiquement une situation dans laquelle, l'aéronef étant guidé selon une vitesse corrigée en descente, une nouvelle vitesse corrigée est entrée par le pilote à l'aide de l'unité de saisie ; b) à comparer automatiquement la nouvelle vitesse corrigée entrée par le pilote à la vitesse corrigée utilisée à l'instant courant pour le guidage ; et c) lorsque la nouvelle vitesse corrigée entrée est supérieure à ladite vitesse corrigée utilisée pour le guidage, à remplacer automatiquement ledit nombre de Mach courant par un nombre de Mach maximal prédéterminé, qui est destiné à former conjointement avec la nouvelle vitesse corrigée entrée un couple de vitesses qui est pris en compte par ladite unité de calcul pour déterminer les ordres de guidage. Ainsi, grâce à l'invention, lorsque l'aéronef est guidé en vitesse corrigée en descente et que la vitesse corrigée est remplacée manuellement (via l'unité de saisie) par une vitesse corrigée plus grande, le nombre de Mach associé à la nouvelle vitesse corrigée de descente est remplacé par un nombre de Mach maximal, à savoir le nombre de Mach maximal possible pour guider l'aéronef. Avantageusement, ce nombre de Mach maximal dépend du type de l'aéronef. Par conséquent : - soit le guidage reste asservi sur la vitesse corrigée et l'aéronef accélère pour atteindre la nouvelle vitesse corrigée entrée, si cette nouvelle vitesse corrigée est dans le domaine de vol (ou enveloppe de vol) à l'altitude courante de l'aéronef ; - soit l'aéronef accélère jusqu'à la vitesse Mach maximale prise en compte grâce à l'invention (si la vitesse corrigée est hors du domaine de vol à l'altitude courante) jusqu'à croiser l'altitude de transition associée, et il est ensuite guidé sur la vitesse corrigée entrée (lorsque cette vitesse corrigée entrée se trouve dans le domaine de vol). Grâce à ces caractéristiques, l'équipage perçoit donc toujours une accélération lorsqu'un pilote entre une vitesse corrigée supérieure à celle préalablement utilisée, ce qui permet de supprimer la perturbation précitée existant avec le pilotage usuel. La présente invention concerne également un système de pilotage automatique d'un aéronef. Selon l'invention, ledit système de pilotage automatique, du type comprenant une unité de saisie permettant à un pilote d'entrer au moins une vitesse corrigée, une unité de calcul pour déterminer des ordres de guidage de l'aéronef à l'aide d'un couple de vitesses comprenant une vitesse corrigée entrée et un nombre de Mach courant, auxquels est associée une altitude de transition, et un dispositif de pilotage automatique pour appliquer ces ordres de guidage automatiquement à l'aéronef, est remarquable en ce qu'il comprend de plus : - un élément de détection pour détecter automatiquement une situation dans laquelle l'aéronef est guidé selon une vitesse corrigée en descente et une nouvelle vitesse corrigée est entrée par le pilote à l'aide de l'unité de saisie ; - un élément de comparaison pour comparer la nouvelle vitesse corrigée entrée par le pilote à la vitesse corrigée utilisée à l'instant courant pour le guidage ; et - un élément auxiliaire pour, lorsque la nouvelle vitesse corrigée entrée est supérieure à ladite vitesse corrigée utilisée pour le guidage, fournir automatiquement à l'unité de calcul un nombre de Mach maximal prédéterminé qui remplace le nombre de Mach courant et qui est destiné à former conjointement avec la nouvelle vitesse corrigée entrée un couple de vitesses qui est pris en compte par ladite unité de calcul pour déterminer les ordres de guidage. En outre, dans un mode de réalisation préféré, ledit système de pilotage automatique comporte : - une unité multifonction de contrôle et d'affichage, de type MCDU (« Multi- function Control and Display Unit » en anglais), qui comprend ladite unité de saisie ; et/ou - un système de gestion de vol, de type FMS (« Flight Management System » en anglais), qui comprend ladite unité de calcul, ledit élément de détection, ledit élément de comparaison et ledit élément auxiliaire. Par ailleurs, la présente invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport, qui comporte un système de pilotage automatique tel que celui précité. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un système qui illustre un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est un diagramme qui illustre des variations respectives d'iso-vitesses et d'iso-Mach en fonction de la vitesse vraie et de l'altitude. Le système 1 représenté schématiquement sur la figure 1 permettant d'illustrer l'invention, est destiné au pilotage automatique d'un aéronef AC, en particulier d'un avion de transport. Bien que le système 1 soit représenté à l'extérieur de l'aéronef AC sur la figure 1 pour des raisons de simplification du dessin, ce système 1 est évidemment embarqué dans l'aéronef AC. Ledit système 1 est du type comportant : - une unité de saisie 2 (ou interface homme/machine) qui comprend des moyens usuels, par exemple des éléments tels que des touches et des boutons ou des moyens de commande tels qu'une boule de commande ou un pavé tactile, qui permet à un opérateur, notamment à un pilote, d'entrer des consignes de vol et au moins une vitesse corrigée (de type CAS) dans ledit système 1 ; - une unité de calcul 3 qui est reliée à ladite unité de saisie 2 par l'intermédiaire d'une liaison 4 et qui est susceptible de déterminer, de façon usuelle, des ordres de guidage de l'aéronef AC à l'aide d'un couple de vitesses comprenant une vitesse corrigée entrée (à l'aide de l'unité 2) et un nombre de Mach courant (calculé de façon usuelle), auxquels est associée de façon usuelle une altitude de transition ; et - un dispositif de pilotage automatique 5 qui est reliée à ladite unité de calcul 3 par l'intermédiaire d'une liaison 6 et qui a pour fonction d'appliquer automatiquement les ordres de guidage reçus de l'unité de calcul 3 à l'aéronef, comme illustré schématiquement par une flèche 7 en traits mixtes sur la figure 1. Lors d'une descente, de façon usuelle, un tel système de pilotage automatique 1 pilote l'aéronef AC pour qu'il vole tout d'abord selon un nombre de Mach donné (qui est optimal pour la descente), puis selon une vitesse corrigée (de type CAS) qui a été entrée dans le système 1 par un pilote à l'aide de l'unité de saisie 2, la transition entre les deux types de pilotage ayant lieu lorsque l'aéronef AC atteint l'altitude de transition associée à ce couple de vitesses (nombre de Mach et vitesse corrigée entrée). Sur la figure 2, on a représenté, à titre d'illustration, un couple formé d'un nombre de Mach donné (de courbe C1) et d'une vitesse corrigée ou vitesse CAS (de courbe C2), auxquels est associée une altitude de transition ZT. Cette figure 2 est un diagramme qui illustre plus généralement : - des iso-vitesses (CAS), c'est-à-dire des courbes de vitesse constante, dont on a indiqué pour certaines la vitesse correspondante exprimée en noeuds (Kt) : 100Kt, 140Kt,... ; et - des iso-Mach, c'est-à-dire des courbes de nombre de Mach constant, dont on a indiqué pour certaines le nombre de Mach (M) correspondant : MO.2, M0.3,... Ces courbes sont représentées sur un diagramme, dont l'axe des abscisses représente la vitesse vraie, de type TAS (« True Airspeed » en anglais), qui est exprimée en noeuds, et dont l'axe des ordonnées représente l'altitude (Zp) qui est exprimée en niveau de vol, de type FL (« Flight Level » en anglais). Selon l'invention, ledit système de pilotage automatique 1 comprend de plus : - un élément de détection 8 qui est lié à ladite unité de saisie 2 par l'intermédiaire de la liaison 4 et qui est susceptible de détecter automatiquement une situation dans laquelle l'aéronef AC est guidé selon une vitesse corrigée en descente et une nouvelle vitesse corrigée est entrée par le pilote à l'aide de cette unité de saisie 2 ; - un élément de comparaison 10 pour comparer la nouvelle vitesse corrigée entrée par le pilote et reçue par l'intermédiaire d'une liaison 11 à la vitesse corrigée utilisée à l'instant courant pour le guidage et reçue par exemple de l'unité de calcul 3 par l'intermédiaire d'une liaison 12 ; et - un élément auxiliaire 13 qui est relié audit élément de comparaison 10 par l'intermédiaire d'une liaison 14 et qui est susceptible de fournir automatiquement à l'unité de calcul 3 (via une liaison 15), lorsque l'élément de comparaison 10 conclut que la nouvelle vitesse corrigée entrée est supérieure à ladite vitesse corrigée utilisée pour le guidage, un nombre de Mach maximal prédéterminé qui remplace le nombre de Mach courant. Ce nombre de Mach maximal prédéterminé est destiné à former conjointement avec la nouvelle vitesse corrigée entrée un nouveau couple de vitesses qui est pris en compte par ladite unité de calcul 3 pour déterminer les ordres de guidage. Ce nombre de Mach maximal (qui représente le nombre de Mach maximal possible pour guider l'aéronef) dépend du type de l'aéronef et est enregistré dans l'élément auxiliaire 13. En outre, dans un mode de réalisation préféré, ladite unité de saisie 2 fait partie d'une unité multifonction de contrôle et d'affichage 16, de type MCDU (« Multi-function Control and Display Unit » en anglais). De plus, dans ce mode de réalisation préféré, ladite unité de calcul 3, ledit élément de détection 8, ledit élément de comparaison 10 et ledit élément auxiliaire 13 font partie d'un système de gestion de vol 17, de type FMS (« Flight Management System » en anglais). Le fonctionnement du système 1 est précisé ci-après. Lorsque l'aéronef AC est guidé automatiquement en vitesse corrigée en descente à l'aide du système 1 et que la vitesse corrigée est remplacée manuellement par un pilote (via l'unité de saisie 2) par une vitesse corrigée plus grande, le nombre de Mach associé à la nouvelle vitesse corrigée de descente est remplacé dans l'unité de calcul 3 (à l'aide de l'élément auxiliaire 13) par le nombre de Mach maximal possible pour guider l'aéronef AC. Par conséquent : - si la nouvelle vitesse corrigée entrée est dans le domaine de vol à l'altitude courante de l'aéronef AC, le guidage est asservi sur la vitesse corrigée et l'aéronef AC accélère pour atteindre cette nouvelle vitesse corrigée entrée ; et - si la vitesse corrigée entrée est hors du domaine de vol à l'altitude courante, l'aéronef AC est accéléré jusqu'au nombre de Mach maximal pris en compte grâce à l'invention, et ceci jusqu'à croiser l'altitude de transition (associée audit nombre de Mach maximal et à ladite nouvelle vitesse corrigée entrée), et il est ensuite guidé sur la vitesse corrigée entrée lorsque cette vitesse corrigée entrée se trouve dans le domaine de vol. Cela permet d'utiliser immédiatement la vitesse saisie, tout en garantissant la conformité de la vitesse cible avec les capacités de l'aéronef AC (enveloppe de vol). Grâce à ces caractéristiques, un pilote perçoit donc toujours une accélération lorsqu'il entre dans le système 1 une vitesse corrigée supérieure à celle préalablement utilisée. On notera que le remplacement du nombre de Mach de descente par le nombre de Mach maximal permet de faire monter l'altitude maximale d'utilisation de la vitesse corrigée (altitude de transition). Ceci permet de forcer le guidage sur une vitesse corrigée définie et modifiable par l'équipage. Par conséquent, grâce à l'invention, lorsque l'aéronef AC vole sous l'altitude de transition et qu'il est guidé en vitesse corrigée, via les moyens 17 et 5, le système de gestion de vol 17 réassigne automatiquement un nombre de Mach maximal en cas de saisie d'une vitesse corrigée supérieure à la vitesse corrigée courante. Quelle que soit la vitesse corrigée saisie, elle est donc immédiatement utilisée comme vitesse cible pour le guidage, à condition qu'elle se trouve dans le domaine de vol. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un aéronef qui est piloté par un système de pilotage automatique (1) comprenant une unité de saisie (2) permettant à un pilote d'entrer au moins une vitesse corrigée, une unité de calcul (3) pour déterminer des ordres de guidage de l'aéronef (AC) à l'aide d'un couple de vitesses comprenant une vitesse corrigée entrée et un nombre de Mach courant, auxquels est associée une altitude de transition, et un dispositif de pilotage automatique (5) pour appliquer ces ordres de guidage automatiquement à l'aéronef (AC), caractérisé ce qu'il comprend des étapes consistant : a) à détecter automatiquement une situation dans laquelle l'aéronef (AC) est guidé selon une vitesse corrigée en descente et une nouvelle vitesse corrigée est entrée par le pilote à l'aide de l'unité de saisie (2) ; b) à comparer automatiquement la nouvelle vitesse corrigée entrée par le pilote à la vitesse corrigée utilisée à l'instant courant pour le guidage ; et c) lorsque la nouvelle vitesse corrigée entrée est supérieure à ladite vitesse corrigée utilisée pour le guidage, à remplacer automatiquement ledit nombre de Mach courant par un nombre de Mach maximal prédéterminé, qui est destiné à former conjointement avec la nouvelle vitesse corrigée entrée un couple de vitesses qui est pris en compte par ladite unité de calcul (3) pour déterminer les ordres de guidage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de Mach maximal dépend du type de l'aéronef (AC). 3. Système de pilotage automatique d'un aéronef, ledit système de pilotage automatique (1) comprenant une unité de saisie (2) permettant à un pilote d'entrer au moins une vitesse corrigée, une unité de calcul (3) pour déterminer des ordres de guidage de l'aéronef (AC) à l'aide d'un couple de vitesses comprenant une vitesse corrigée entrée et un nombre de Mach courant, auxquels est associée une altitude de transition, et un dispositif depilotage automatique (5) pour appliquer ces ordres de guidage automatiquement à l'aéronef (AC), caractérisé en ce qu'il comprend de plus : - un élément de détection (8) pour détecter automatiquement une situation dans laquelle l'aéronef (AC) est guidé selon une vitesse corrigée en descente et une nouvelle vitesse corrigée est entrée par le pilote à l'aide de l'unité de saisie (2) ; - un élément de comparaison (10) pour comparer la nouvelle vitesse corrigée entrée par le pilote à la vitesse corrigée utilisée à l'instant courant pour le guidage ; et - un élément auxiliaire (13) pour, lorsque la nouvelle vitesse corrigée entrée est supérieure à ladite vitesse corrigée utilisée pour le guidage, fournir automatiquement à l'unité de calcul (3) un nombre de Mach maximal prédéterminé qui remplace le nombre de Mach courant et qui est destiné à former conjointement avec la nouvelle vitesse corrigée entrée un couple de vitesses qui est pris en compte par ladite unité de calcul (3) pour déterminer les ordres de guidage. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une unité multifonction de contrôle et d'affichage (16) qui comprend ladite unité de saisie (2). 5. Système selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte un système de gestion de vol (17) qui comprend ladite unité de calcul (3), ledit élément de détection (8), ledit élément de comparaison (10) et ledit élément auxiliaire (13). 6. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un système de pilotage automatique (1) tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendication 3 à 5.