Brevet FR3005727A1 — publié le 20141121

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, ainsi qu'un aéronef comportant un tel dispositif d'affichage. On sait que sur les aéronefs actuels, lorsqu'un changement de niveau de vol (montée ou descente) est nécessaire au cours d'un vol, les pilotes peuvent déclencher manuellement le changement d'altitude. Pour cela, ils sélectionnent l'altitude requise et engagent un mode spécifique sur une unité de commande de vol de type FCU (pour « Flight Control Unit » en anglais). Ainsi, il existe un mode dit « Open Descent » pour faire descendre l'aéronef, et un mode dit « Open Climb » pour faire monter l'aéronef. Lorsqu'un de ces modes est engagé, la pente verticale suivie par l'aéronef correspond à la pente maximale que l'aéronef est capable d'exécuter. Cette pente maximale dépend des capacités de l'aéronef au moment de l'exécution du mode. Des paramètres tels que la masse de l'aéronef, sa vitesse, la poussée de ses moteurs, sont déterminants dans sa capacité à suivre une pente. Cependant, les pilotes ne savent pas exactement quelle pente sera suivie par l'aéronef, ni les positions par lesquelles il va passer pour atteindre l'altitude sélectionnée. En effet, il n'existe pas de dispositif conçu pour calculer et fournir ces informations à l'équipage. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, et concerne un procédé et un dispositif d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente. Selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes, mises en oeuvre de façon automatique et répétitive, et consistant : - à recevoir des données courantes sur le vol ; - à calculer au moins une pente maximale apte à être empruntée par l'aéronef en fonction desdites données courantes et de ses performances ; et - à permettre l'affichage d'une trajectoire présentant ladite pente maximale sur au moins une partie d'un écran d'affichage, qui est configurée pour afficher un plan de vol vertical. Ainsi, grâce à l'invention, les pilotes ont constamment à disposition la trajectoire présentant la pente maximale que l'aéronef est en mesure de voler en fonction des conditions courantes, c'est-à-dire une représentation de la trajectoire que va suivre l'aéronef si l'un des modes précités (« Open climb » ou « Open Descent »), en montée ou en descente est engagé. En effet, comme indiqué ci-dessus, ces modes font voler l'aéronef selon sa pente maximale. Le calcul de la pente maximale est effectué à partir des données courantes concernant le vol, ce qui permet d'obtenir un résultat juste et fiable. La pente maximale est affichée sur un écran (ou une partie d'écran) d'affichage de plan de vol vertical de type « VD » (pour « Vertical Display » en anglais), qui est prévu pour illustrer des caractéristiques du plan de vol vertical de l'aéronef. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - la pente maximale calculée est une pente en montée dudit aéronef ; - la pente maximale calculée est une pente en descente dudit aéronef ; - pour calculer ladite pente maximale, le procédé consiste à résoudre les équations différentielles de poussée suivantes : - m c17 cosy T cos(a + y) - 2 -1 pV2S(C,, cosy + Cz sin y) ; dt dV . 1 2 - - ni - sin y Tsin(cc + y) - mg p V S(C,, sin y + Cz cosy) dt 2 dans lesquelles : - T est la poussée, respectivement, maximum en procédure de montée (« Open Climb »), minimum en procédure de descente (« Open Descent »), avec l'hypothèse d'un moteur éteint, - V est la vitesse de l'aéronef, - p est la masse volumique de l'air, qui dépend de l'altitude, - S est une surface de référence des ailes de l'aéronef, - m est la masse de l'aéronef, - Cx est le coefficient de traînée, - Cz est le coefficient de portance, - a est l'incidence de l'aéronef, et - y est la pente de l'aéronef ; - ladite pente est affichée sur demande (notamment du pilote) sur ladite partie d'écran ; et - ladite pente est affichée automatiquement sur ladite partie d'écran. L'invention se rapporte également à un dispositif d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, comprenant des moyens d'acquisition de données, des moyens de calcul et un écran d'affichage. Selon l'invention, ce dispositif est remarquable en ce que lesdits moyens de calcul sont configurés pour calculer au moins une pente maximale apte à être empruntée par l'aéronef en fonction de données reçues des moyens d'acquisition de données, et en ce que ledit dispositif est en outre configuré pour afficher ladite pente maximale calculée sur au moins une partie de l'écran d'affichage, qui est configurée pour afficher un plan de vol vertical. En outre, avantageusement, lesdits moyens de calcul sont aptes à calculer une pente en montée et/ou une pente en descente dudit aéronef. L'invention se rapporte encore à un aéronef comportant un tel dispositif d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente. 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 dispositif d'affichage des performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, permettant d'illustrer l'invention. La figure 2 illustre schématiquement une représentation qui est affichée sur une partie d'écran. La figure 3 illustre schématiquement un exemple d'utilisation du dispositif selon un mode réalisation de l'invention pour un vol à basse altitude. La figure 4 illustre schématiquement un autre exemple d'utilisation du dispositif pour un vol à basse altitude. Sur la figure 1, le dispositif d'affichage 1 de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, comprend des moyens d'acquisition de données 2, des moyens de calcul 3 et un écran d'affichage 4. Ledit dispositif d'affichage 1 comprend également des moyens 14 permettant à un pilote d'agir sur l'affichage réalisé sur l'écran d'affichage 4. Les moyens d'acquisition de données 2 reçoivent, mesurent et/ou déterminent des données courantes relatives au vol de l'aéronef et des données structurelles de l'aéronef. Les données courantes du vol sont notamment la vitesse V de l'aéronef, la masse volumique p de l'air, la masse m de l'aéronef, le plan de vol, l'angle d'incidence a, la vitesse et la direction du vent. Les données structurelles de l'aéronef sont la poussée maximum T en procédure de montée ou en procédure de descente avec un moteur éteint, la surface de référence S de l'aile, le coefficient de traînée Cx, le coefficient de portance Cz, ainsi que la relation mathématique a(y) entre l'angle d'incidence et la pente de l'aéronef. Tous ces paramètres sont automatiquement transmis aux moyens de calcul 3. Lesdits moyens de calcul 3 sont configurés pour calculer au moins une pente maximale 7, 8 apte à être empruntée par l'aéronef. La pente maximale 7, 8 calculée peut être une pente en montée 7 ou une pente en descente 8. Ledit dispositif 1 est en outre configuré pour permettre l'affichage de ladite pente maximale 7, 8 sur au moins une partie 5 d'un écran d'affichage 4. Cet écran 4 (ou au moins cette partie 5 d'écran) est usuellement configuré pour afficher le plan de vol vertical de l'aéronef, tel qu'il est représenté sur les figures 3 et 4. Cette représentation usuelle d'un affichage de type VD affiche généralement, un symbole 6 illustrant l'aéronef, le relief 9, la trajectoire 11 de l'aéronef à basse altitude, ainsi que des altitudes de sécurité 10. Une échelle verticale 12 indique l'altitude en pieds, et une échelle horizontale 13 indique la distance à parcourir en milles nautiques. Ainsi, grâce à l'invention, les pilotes ont constamment à disposition la trajectoire présentant la pente maximale 7, 8 que l'aéronef est en mesure de voler en fonction des conditions courantes, c'est-à-dire une représentation de la trajectoire que va suivre l'aéronef si l'un des modes usuels (« Open climb » ou « Open Descent ») en montée ou en descente est engagé, ces modes faisant voler l'aéronef selon sa pente maximale 7, 8. Le calcul de la pente maximale 7, 8 est effectué à partir des données courantes concernant le vol pour obtenir un résultat juste et fiable. Ce dispositif 1 permet également d'apporter une aide aux pilotes dans certaines situations particulières pour savoir à quel moment l'aéronef doit modifier son altitude. Par exemple pour un vol à basse altitude, en fonction du relief du terrain, l'aéronef peut avoir à adapter son altitude. L'affichage de la trajectoire a l'avantage d'éviter au pilote d'avoir à anticiper ou retarder la procédure pour assurer une certaine distance de sécurité par rapport au relief. Ladite ou lesdites pentes 7, 8 sont donc affichées sur ladite partie 5 d'écran 4, comme illustré sur la figure 2. La représentation montre un aéronef 6, avec deux lignes en pointillées symbolisant les pentes maximales 7 et 8. Une première pente maximale 7 indique les performances de l'aéronef 6 en montée, et une seconde pente maximale 8 indique les performances de l'aéronef 6 en descente, pour des procédures respectives de montée et de descente. L'affichage de la représentation s'effectue automatiquement ou sur demande. Dans le premier cas, la représentation de la ou des pentes 7, 8 apparaît constamment sur l'écran 4 tout au long du trajet de l'aéronef, ou lorsque des conditions particulières sont atteintes par l'aéronef. Le calcul des pentes 7, 8 est effectué de façon continue, pour être adaptées aux conditions de vol successives. Ainsi, les pilotes ont toujours sous leurs yeux, des pentes 7, 8 réactualisées. Dans le second cas, la représentation apparaît lorsque les pilotes le requièrent, par l'intermédiaire d'un moyen de commande d'affichage, un bouton par exemple, qui peut faire partie des moyens 14. Les pilotes sont donc informés des capacités de l'aéronef 6 à monter ou à descendre grâce au calcul et à l'affichage de la ou des pentes maximales 7, 8. Ils peuvent ainsi notamment choisir le moment approprié pour engager la procédure de montée ou de descente. Le calcul de la pente 7, 8 est effectué en fonction des données fournies par les moyens d'acquisition de données 2. Pour calculer ladite pente maximale 7, 8, les moyens de calcul 3 résolvent les équations différentielles de poussée suivantes : - m d61t cosy = T cos(a + 1)+-1 pV2S(C,, cosy + Cz sin y) ; dV . 1 2 - - ni - sin y Tsin(cc + y) - mg p V S(C,, sin y +Cz cosy) dt 2 dans lesquelles : - T est la poussée, respectivement, maximum en procédure de montée (« Open Climb »), minimum en procédure de descente (« Open Descent »), avec l'hypothèse d'un moteur éteint, - V est la vitesse de l'aéronef, - p est la masse volumique de l'air, qui dépend de l'altitude, - S est une surface de référence des ailes de l'aéronef, - m est la masse de l'aéronef, - Cx est le coefficient de traînée, - Cz est le coefficient de portance, - a est l'incidence de l'aéronef, et - y est la pente de l'aéronef, c'est-à-dire l'angle entre le vecteur vitesse et l'horizon. L'angle d'incidence a est défini entre le plan de direction du flux d'air qui circule autour des ailes de l'aéronef et l'orientation du plan formé par les ailes (plus précisément la corde de référence de l'aile). La relation mathématique a(y) est une donnée structurelle liée au type d'aéronef. Ainsi, pour a # 0, les moyens d'acquisition fournissent aux moyens de calcul 3 la relation mathématique a(y) reliant l'angle d'incidence a et la pente Dans un mode de calcul simplifié, la pente 7, 8 est calculée en deux parties. La partie courbe est calculée en considérant que l'accélération de l'aéronef n'est pas nulle, et que la variation d'angle de la pente y compense la variation de vitesse due à une poussée qui augmente en montée, ou qui baisse en descente. En revanche, la partie asymptotique de la courbe est calculée en considérant d'une part, que l'accélération est nulle, et d'autre part que a est nul. Dans ce cas, on obtient, à partir des équations précédentes, les équations de poussée T et de pente y suivantes : - T =-1 pST72C,c+mg sin y ; - y = sin -1 1 1 mg(T - 2 - pSV 2CX) Ce dispositif 1 est particulièrement utile pour une mission accomplie lors d'un vol à basse altitude. En effet, comme illustré sur la figure 3, un plan de vol pour un vol à basse altitude comprend, en plus de la trajectoire 11 à suivre, une succession de niveaux 10 disposés au-dessus de la trajectoire 11, qui sont appelés altitudes de sécurité. Ces altitudes de sécurité sont des niveaux de refuge qui permettent à l'aéronef de se positionner à distance du relief, afin d'éviter tout risque de collision. Ces altitudes de sécurité permettent cependant de rester à distance raisonnable du relief pour revenir à un vol à basse altitude facilement en cas de besoin. La pente maximale de montée 7 indique aux pilotes quelle trajectoire va être suivie par l'aéronef pour atteindre l'altitude de sécurité correspondante, si la procédure de montée (de type « Open Climb ») est enclenchée. Ainsi, en fonction d'obstacles ou de problèmes imprévus survenant au sol, ils peuvent réagir de façon plus appropriée, grâce au calcul et à l'affichage de la trajectoire potentielle de montée de l'aéronef. Une fois que l'altitude de sécurité 10 est atteinte, l'équipage peut analyser les causes qui ont provoqué cette remontée, et choisir, soit de redescendre à basse altitude, soit de monter encore plus haut à une altitude minimum de vol, ou encore de rester à l'altitude de sécurité. Dans un autre mode d'utilisation représenté sur la figure 4, l'aéronef reste sur une trajectoire correspondant aux niveaux de sécurité 10. A chaque changement de niveau de sécurité 10, l'aéronef doit effectuer des changements d'altitude correspondants pour passer d'un niveau de sécurité au suivant. Grâce à l'affichage de la pente maximale 7, 8, le dispositif 1 apporte aux pilotes l'avantage de savoir à quel moment il faut déclencher la procédure de montée pour atteindre le niveau de sécurité suivant, sans risquer de passer en-dessous du niveau de sécurité suivant, lorsque ce dernier est plus haut que le précédent, ou pour éviter de l'atteindre trop tôt. Dans les modes d'utilisation des figures 3 et 4, l'affichage de la pente maximale en descente 8 n'est pas nécessaire. En effet, dans le premier cas, l'aéronef ne peut que remonter puisqu'il vole à basse altitude. Dans le second cas, il suffit d'attendre que l'aéronef ait effectué la distance correspondant à la longueur du niveau précédent en entier, avant de descendre au niveau suivant. L'intérêt de l'affichage d'une pente maximale en descente 8 intervient, par exemple, lorsqu'un aéronef 6 doit respecter une altitude maximale qui est modifiée en cours de trajet. Au changement de niveau, les pilotes doivent déclencher la descente à un moment approprié, afin d'une part, d'éviter de passer au-dessus du niveau suivant lorsque celui-ci est plus bas que le niveau précédent, et d'autre part, d'éviter de descendre trop tôt. REVENDICATIONS1. Procédé d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes, mises en oeuvre de façon automatique et répétitive, et consistant : - à recevoir des données courantes sur le vol ; - à calculer au moins une pente maximale (7, 8) apte à être empruntée par l'aéronef en fonction desdites données courantes et de ses performances ; et - à permettre l'affichage d'une trajectoire présentant ladite pente maximale (7, 8) sur au moins une partie (5) d'un écran d'affichage (4), qui est configurée pour afficher un plan de vol vertical. 2. Procédé d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pente maximale (7) calculée est une pente en montée dudit aéronef. 3. Procédé d'affichage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pente maximale (8) calculée est une pente en descente dudit aéronef. 4. Procédé d'affichage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour calculer ladite pente maximale (7, 8), le procédé consiste à résoudre les équations différentielles de poussée suivantes : - m d61t 2cosy T cos(a +y) -1 pV2S(C,, cosy +Cz sin y) ; dV . 1 2 - - ni - sin y Tsin(cc + y)- mg p V S(C,, sm y +Cz cosy) dt 2 dans lesquelles : - T est la poussée, respectivement, maximum en procédure de montée, minimum en procédure de descente, avec l'hypothèse d'un moteur éteint, - V est la vitesse de l'aéronef,- p est la masse volumique de l'air, qui dépend de l'altitude, - S est une surface de référence des ailes de l'aéronef, - m est la masse de l'aéronef, - Cx est le coefficient de traînée, - Cz est le coefficient de portance, - a est l'angle d'incidence de l'aéronef, et - y est la pente de l'aéronef. 5. Procédé d'affichage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pente maximale (7, 8) est affichée sur demande sur ladite partie d'écran (5). 6. Procédé d'affichage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pente maximale (7, 8) est affichée automatiquement sur ladite partie d'écran (5). 7. Dispositif d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, comprenant des moyens d'acquisition de données (2), des moyens de calcul (3) et un écran d'affichage (4), caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (3) sont configurés pour calculer au moins une pente maximale (7, 8) apte à être empruntée par l'aéronef en fonction de données reçues des moyens d'acquisition de données (2), et en ce que ledit dispositif (1) est en outre configuré pour permettre l'affichage de ladite pente maximale (7, 8) calculée sur au moins une partie (5) de l'écran d'affichage (4), qui est configurée pour afficher un plan de vol vertical. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (3) sont aptes à calculer une pente en montée (7) dudit aéronef. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8,caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (3) sont aptes à calculer une pente en descente (8) dudit aéronef. 10. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (1) d'affichage de performances d'un aéronef en montée et/ou en descente, tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 7 à 9.