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EP1614085A2 - PROCEDE ET DISPOSITIF DE SECURISATION DU VOL D’UN AERONEF EN CONDITIONS DE VOL AUX INSTRUMENTS HORS INFRASTRUCTURES DE VOL AUX INSTRUMENTS - Google Patents

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SECURISATION DU VOL D’UN AERONEF EN CONDITIONS DE VOL AUX INSTRUMENTS HORS INFRASTRUCTURES DE VOL AUX INSTRUMENTS

Info

Publication number
EP1614085A2
EP1614085A2 EP04742520A EP04742520A EP1614085A2 EP 1614085 A2 EP1614085 A2 EP 1614085A2 EP 04742520 A EP04742520 A EP 04742520A EP 04742520 A EP04742520 A EP 04742520A EP 1614085 A2 EP1614085 A2 EP 1614085A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aircraft
flight
route
interference
instrument
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04742520A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jo[l ASTRUC
Daniel Bouheret
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Helicopters SAS
Original Assignee
Eurocopter France SA
Eurocopter SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eurocopter France SA, Eurocopter SA filed Critical Eurocopter France SA
Publication of EP1614085A2 publication Critical patent/EP1614085A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/20—Arrangements for acquiring, generating, sharing or displaying traffic information
    • G08G5/25—Transmission of traffic-related information between aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/04—Landing aids; Safety measures to prevent collision with earth's surface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/106—Change initiated in response to external conditions, e.g. avoidance of elevated terrain or of no-fly zones
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/70—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions
    • G08G5/72—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions for monitoring traffic
    • G08G5/723—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions for monitoring traffic from the aircraft
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/70—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions
    • G08G5/74—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions for monitoring terrain
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/80—Anti-collision systems

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for securing the flight of an aircraft in instrument flight conditions excluding instrument flight infrastructures.
  • VMC Visual - visual flight conditions
  • I MC Instrument Meteorological Conditions
  • VFR Visual Flight Rules
  • instrument flight say "IFR"
  • IMC Intrasstrument Flight Rules
  • IMC Instrument Flight Rules
  • the flight in IMC conditions that is to say in instrument flight conditions
  • IMC instrument flight conditions
  • low-lying areas outside of airport areas
  • between reliefs are not accessible, as they are generally outside IFR infrastructure, i.e. out of reach of radio navigation and coverage means. air navigation radars.
  • IFR for air traffic control (i.e. outside IFR infrastructure).
  • US Pat. No. 6,421,603 (Pratt et al) describes a method for evaluating risks of interference between a planned flight plan and obstacles, in which the flight plan is defined in the form of a rough trajectory consisting of '' a series of segments with spatial extent parameters (horizontal and vertical); a route generator converts these segments and parameters into parallelepipeds or polygons to form a route model; fixed obstacles are represented in the form of terrain squares with an altitude and their subdivisions, while mobile obstacles are modeled by segments, similar to the flight plan; interference detection is performed by comparison of the respective road and obstacle models; an alarm is triggered when interference is detected.
  • This system does not allow the pilot to be shown the portion of the route corresponding to the interference detected.
  • US Pat. No. 6,424,889 (Bonhoure et al) describes a method for generating a horizontal trajectory for avoiding dangerous areas for an aircraft; the method comprises the determination of circles tangent to the trajectory at an initial point and at an end point; determining tangents to these circles and to the zone models dangerous; selecting pairs of tangents defining a trajectory skeleton, and determining a coarse trajectory comprising circles connecting the tangents.
  • An object of the invention is to propose a system for assisting the piloting of an aircraft with instruments outside the range of IFR infrastructures.
  • An object of the invention is to propose a system for assisting the piloting of an aircraft with rotary wing at low altitude.
  • An objective of the invention is to propose an interactive method for determining a piloting instruction facilitating the avoidance of obstacles by the on-board pilot of an aircraft, and a device for its implementation.
  • An object of the invention is to propose a system for assisting the piloting of an aircraft which is improved and / or which overcomes at least some of the drawbacks of known methods and devices.
  • the present invention relates to a method for securing the flight of an aircraft, in particular a rotary wing aircraft, in instrument flight conditions (IMC) outside of instrument flight infrastructures (except IFR infrastructures), so as to provide the aircraft with mission capability anytime, anywhere.
  • IMC instrument flight conditions
  • the term “road” means a succession of crossing points in 3D space, required by a mission and of segments (“legs” in English terminology) connecting these points two by two.
  • the method according to the invention makes it possible to ensure all the functions necessary for the execution of a flight in IMC conditions (that is to say in instrument flight conditions), simply from available means. on board the aircraft, and not connected to IFR infrastructure.
  • the reliability and complementarity of the means used for this purpose allow, as will be seen below, to perform all these functions with a level of security at least as good as during a flight executed with the support of an IFR infrastructure. .
  • step a) above to determine a secure route for the aircraft:
  • an operator constructs a route for the aircraft using an interactive graphical route construction tool coupled to an interference calculator and to a memory;
  • step c or) to verify the safety of the effective trajectory of the aircraft:
  • step c? At least when the aircraft is close to the ground:
  • a safety line located above the relief is superimposed on said real external view.
  • step c ⁇ at least some of the following information is presented to at least one pilot of the aircraft:
  • the present invention also relates to a device for securing the flight of an aircraft, in particular of a rotary wing aircraft, in instrument flight conditions excluding instrument flight infrastructures.
  • said device is remarkable in that it comprises at least:
  • an interference calculator capable, in particular, of calculating the interference between a road and a theoretical terrain
  • a display means for example a screen, a head-up collimator or equivalent, as well as the necessary interface;
  • the device conforming to the inversion makes it possible to ensure all the functions necessary for the execution of a flight in IMC conditions, without using for this purpose the usual IFR infrastructure.
  • the reliability and complementarity of the various means of said device make it possible to carry out all of these functions with a level of security at least as good as during a flight executed with the support of IFR infrastructures.
  • the device according to the invention has a flight capacity of any time and in any place.
  • said device further comprises at least one means for assisting in the perception of the external environment of the aircraft.
  • the device 1 is intended to secure the flight of an aircraft (not shown), in particular of a rotary wing aircraft, such as a helicopter, in instrument flight conditions (IMC) excluding instrument flight infrastructure (excluding IFR infrastructure).
  • IMC instrument flight conditions
  • IFR infrastructure instrument flight infrastructure
  • the purpose of said device 1 is to implement a method according to the invention, consisting of:
  • Y provide assistance in perceiving the external environment of the aircraft.
  • said device 1 comprises:
  • an interference calculator 2 capable, in particular, of calculating the interference between the road and the terrain
  • a memory 5 containing a model of the terrain to be overflown
  • piloting system 9 of the usual type, not further specified and usually comprising at least one piloting screen or equivalent, and possibly an autopilot.
  • control system 9 is connected by a link 10 to the navigation computer 8.
  • said navigation computer 8 comprises a usual navigation function 11, and said computer 2, as well as said memory 4, are integrated into said navigation computer 8.
  • the aforementioned first step a) of an all-weather flight is the preparation and securing of the route with respect to the terrain and to any obstacles.
  • the interactive road construction tool 7 is necessarily on board the aircraft.
  • This interactive tool 7 comprises a usual designation means (for example a mouse, a keyboard, a touch screen) which can be actuated by an operator, in particular a pilot of the aircraft, which is coupled to the computer 2, and the result of which of an actuation is displayed on a screen, in particular on the display screen 6.
  • a usual designation means for example a mouse, a keyboard, a touch screen
  • the route constructed by the pilot using the construction tool 7 is introduced into the computer 2 which then superimposes this theoretical route on the digital terrain model from memory 5 to determine any interference, taking safety margins (minimum acceptable distances from the relief, in the vertical plane and in the horizontal plane). This interference is visualized on the display screen 6 so that the pilot can modify the route until all interference is eliminated.
  • the pilot can gradually build the secure route of his choice and store it in the memory 4 of the computer 2.
  • Flight safety is based on precise monitoring of the secure route thus determined.
  • the display screen 6 makes it possible to display the respective positions of the aircraft and of the planned route.
  • the navigation computer 8 (navigation function 11) guides the aircraft very precisely over the secure route. However, the trajectory actually carried out by the aircraft differs slightly from the theoretical route. Also, to ensure the best possible safety, it is necessary, in step c) above, to check the safety of the effective trajectory of the aircraft.
  • the computer 2 checks that the difference between the theoretical route of the aircraft and the current position of the aircraft remains acceptable;
  • the navigation computer calculates, on the basis of information from the acquisition means 3 and the theoretical route, a difference between the aircraft and the theoretical route. If this difference becomes greater than the predefined safety margins of the theoretical route, the pilot is alerted by alarms, displayed for example on a piloting screen of the piloting system 9.
  • step 2 Securing with respect to the theoretical terrain (step 2) is implemented by a usual system for avoiding collisions with the ground, preferably of the “GC ⁇ S” type (Ground Collision Avoidance System).
  • GC ⁇ S Round Collision Avoidance System
  • This GCAS system is part of a set 12 of systems S1, S2, ..., Sn provided on the aircraft. Said assembly 12 is integrated into the device 1 according to the invention,
  • a usual obstacle detection and avoidance system preferably of the “OWS” (“Obstacle Warning System”) type, calling on to sensors detecting obstacles and reliefs in the dark or in bad weather conditions.
  • This OWS system which is integrated into the assembly 12 comprises a display screen or equivalent, which provides the pilot with a safety line over obstacles, as defined for example in patent FR-2712251, and a device for alert indicating the presence of a dangerous obstacle.
  • step c ") of the method according to the invention can be implemented by an aircraft collision avoidance system, preferably of the" Aircraft Collision Avoidance System “(ACAS) type, which detects the presence and position of other aircraft within a radius compatible with the reaction possibilities of the aircraft and the pilot and provides the pilot with information on potential conflicts and piloting instructions to avoid collision.
  • AVS Aircraft Collision Avoidance System
  • step Q Y is implemented by systems specified below of said assembly 12.
  • This aid is essential in all phases of flight close to the ground, both for landings / takeoffs and for flights at very low altitudes. In the other flight phases, it reinforces the level of flight safety by giving the pilot additional information which enables him to optimize his actions or reactions.
  • OVS obstacle avoidance system
  • the knowledge of the environment of the aircraft can be reinforced by means of various complementary systems, allowing:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Le dispositif (1) comporte un calculateur d'interférences (2), des moyens (3) d'acquisition de paramètres relatifs à l'aéronef et à l'environnement extérieur, une mémoire (4) pour stocker une route construite, une mémoire (5) contenant un modèle du terrain à survoler, un moyen de visualisation (6), un outil interactif (7) de construction graphique de la route, un calculateur de navigation (8) et, un système de pilotage (9), ainsi qu'au moins un moyen (12) d'aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.

Description

Procédé et dispositif de sécurisation du vol d'un aéronef en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de sécurisation du vol d'un aéronef en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments.
On sait que de façon réglementaire, dans la totalité de l'espace aérien de la planète, on distingue deux types de conditions de vol dues aux conditions météorologiques :
- des conditions de vol à vue, dites «VMC» («Visual
Meteorological Conditions » en anglais, langue de l'aéronautique), et,
- des conditions de vol aux instruments, dites « I MC» (« Instrument Meteorological Conditions »),
En conditions VMC, les aéronefs sont autorisés à voler sans aide, depuis le décollage jusqu'à l'atterrissage. Ils doivent alors respecter des règles de vol à vue dites «VFR» (« Visual Flight Rules ») et définies de façon internationale.
En conditions I MC les aéronefs ne sont autorisés à voler que s'ils respectent trois conditions :
- être dotés d'équipements particuliers requis pour un vol aux instruments,
- ne voler que dans des zones définies où les infrastructures aériennes et les services de navigation aérienne assurent le contrôle, la séparation et le guidage des aéronefs, et
- respecter des règles . de vol aux instruments, dites «IFR»
(« Instrument Flight Rules ») définies elles aussi de façon internationale. Le vol en conditions IMC (c'est-à-dire en conditions de vol aux instruments), tel que considéré dans la présente invention, impose donc une forte restriction de l'espace aérien autorisé. En particulier ne sont pas accessibles les zones à basse altitude (hors des zones aéroportuaires) ou entre des reliefs, car elles sont généralement hors des infrastructures IFR, c'est-à-dire hors de portée des moyens radioélectriques de navigation et de couverture des radars de navigation aérienne.
De telles restrictions entraînent l'impossibilité d'accomplir certaines missions à basse altitude, comme par exemple des missions de sauvetage ou des missions militaires tactiques en conditions IMC, ainsi que les atterrissages sur des terrains non équipés d'infrastructure
IFR de contrôle aérien (c'est-à-dire hors infrastructures IFR).
Le brevet US-6,421 ,603 (Pratt et al) décrit un procédé d'évaluation de risques d'interférence entre un plan de vol prévu et des obstacles, dans lequel on définit le plan de vol sous forme d'une trajectoire grossière constituée d'une suite de segments dotés de paramètres d'étendue spatiale (horizontale et verticale) ; un générateur de route convertit ces segments et paramètres en parallélépipèdes ou polygones pour constituer un modèle de route ; les obstacles fixes sont représentés sous forme de carrés de terrain dotés d'une altitude et de leurs subdivisions, tandis que les obstacles mobiles sont modélisés par segments, de façon similaire au plan de vol ; une détection d'interférence est réalisée par comparaison des modèles respectifs de route et d'obstacles ; une alarme est déclenchée lorsqu'une interférence est détectée.
Ce système ne permet pas de présenter au pilote la portion de route correspondant à l'interférence détectée.
Le brevet US-6,424,889 (Bonhoure et al) décrit un procédé de génération d'une trajectoire horizontale d'évitement de zones dangereuses pour un aéronef ; le procédé comprend la détermination de cercles tangents à la trajectoire en un point initial et en un point final ; la détermination de tangentes à ces cercles et aux modèles de zones dangereuses ; la sélection de paires de tangentes définissant un squelette de trajectoire, et la détermination d'une trajectoire grossière comportant des cercles reliant les tangentes.
Les brevets US-5,555,175 et FR2712251 (D'Orso) décrivent un procédé d'assistance au pilotage d'un aéronef dans lequel on détecte des obstacles en avant de l'aéronef ; on sélectionne les obstacles dont le sommet est le plus proche d'une trajectoire d'évitement vertical ; on calcule, en fonction des obstacles sélectionnés, une courbe de pilotage que l'on présente au pilote pour l'aider à éviter les obstacles détectés.
Un objectif de l'invention est de proposer un système d'aide au pilotage d'un aéronef aux instruments hors de portée d'infrastructures IFR.
Un objectif de l'invention est de proposer un système d'aide au pilotage d'un aéronef à voilure tournante à basse altitude.
Un objectif de l'invention est de proposer un procédé interactif de détermination d'une consigne de pilotage facilitant l'évitement d'obstacles par le pilote embarqué d'un aéronef, et un dispositif pour sa mise en oeuvre.
Un objectif de l'invention est de proposer un système d'aide au pilotage d'un aéronef qui soit amélioré et/ou qui remédie à une partie au moins des inconvénients des procédés et dispositifs connus.
La présente invention concerne un procédé permettant de sécuriser le vol d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante, en conditions de vol aux instruments (IMC) hors infrastructures de vol aux instruments (hors infrastructures IFR), de manière à procurer à l'aéronef une capacité de mission de tout temps et en tout lieu.
A cet effet, ledit procédé est remarquable selon l'invention, en ce que :
a) on détermine une route sécurisée de l'aéronef ; b) on fait suivre audit aéronef la route sécurisée ainsi déterminée; et
c) pendant ce suivi de la route sécurisée, on réalise, de façon automatique, les opérations suivantes, à l'aide de moyens non reliés aux infrastructures de navigation aérienne, et en particulier à l'aide exclusivement de moyens embarqués sur l'aéronef,
a ) on vérifie la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef ;
P ) on vérifie la sécurité du vol de l'aéronef par rapport à d'éventuels autres aéronefs ; et
Y) on apporte une aide à la perception de I 'environnement extérieur de l'aéronef.
Au sens de la présente demande, on entend par route une succession de points de passage dans l'espace en 3D, requis par une mission et de segments (« legs » dans la terminologie anglo-saxonne) reliant ces points deux à deux.
Ainsi, le procédé conforme à l'invention permet d'assurer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution d'un vol en conditions IMC (c'est-à-dire en conditions de vol aux instruments), simplement à partir de moyens disponibles à bord de l'aéronef, et non reliés aux infrastructures IFR. La fiabilité et la complémentarité des moyens utilisés à cet effet permettent, comme on le verra ci-dessous, de réaliser toutes ces fonctions avec un niveau de sécurité au moins aussi bon que lors d'un vol exécuté avec le soutien d'une infrastructure IFR.
De plus, comme le vol est exécuté indépendamment de toute infrastructure IFR, il échappe aux restrictions de domaine aérien propres à la couverture IFR. Il devient alors possible d'accéder à la totalité du domaine aérien, ce qui rend possibles les missions de sauvetage en particulier, quelles que soient les conditions météorologiques et l'endroit.
Bien entendu, la capacité tout temps et tout lieu d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante tel qu'un hélicoptère, obtenue grâce à la présente invention, est intéressante dans de très multiples branches d'activités : secours d'urgence, ambulance entre hôpitaux, police, protection civile, transport régulier de passagers, ...
De façon avantageuse, à l'étape a) précitée, pour déterminer une route sécurisée de l'aéronef :
ai ) un opérateur construit une route pour l'aéronef à l'aide d'un outil interactif de construction graphique de route couplé à un calculateur d'interférences et à une mémoire;
a2) on détermine d'éventuelles interférences entre la route et un modèle du terrain survolé par l'aéronef ; et
a3) on présente les éventuelles interférences à l'opérateur pour qu'il puisse modifier la construction de la route afin de faire disparaître iesdites interférences,
la suite desdites étapes ai ) à a3) étant répétée jusqu'à la disparition complète desdites éventuelles interférences.
Ainsi, en cours de création ou de modification d'un segment, selon le procédé de l'invention, on peut indiquer les zones des segments en conflit avec le terrain ; la construction de la route est basée sur une boucle « homme-machine » qui permet d'atteindre le résultat voulu en quelques étapes successives ; l'invention offre également la possibilité d'adapter une mission en cours d'exécution.
Par ailleurs, avantageusement, pendant l'exécution du vol, à l'étape c or ), pour vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef :
1 ) on vérifie que l'écart entre la route théorique de l'aéronef et la position actuelle de l'aéronef reste inférieur à une valeur prédéterminée ;
a 2) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain théorique ; et a 3) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain réel.
En outre, avantageusement, à l'étape c ?), au moins lorsque l'aéronef se trouve à proximité du sol :
- on superpose des images captées de l'environnement extérieur à la vue extérieure réelle ; et/ou
- on superpose à ladite vue extérieure réelle, une ligne de sécurité située au-dessus du relief.
Par ailleurs, de façon avantageuse, à l'étape c ^), on présente au moins certaines des informations suivantes à au moins un pilote de l'aéronef :
- l'environnement hypsométrique;
- l'environnement aéronautique ; et
- les aéronefs situés le cas échéant à une distance dudit aéronef, qui est inférieure à une distance prédéterminée.
La présente invention concerne également un dispositif de sécurisation du vol d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante, en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments.
Selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte au moins :
- un calculateur d'interférences susceptible, notamment, de calculer les interférences entre une route et un terrain théorique;
- des moyens d'acquisition de paramètres relatifs à l'aéronef et à l'environnement extérieur, en particulier relatifs à la position de l'aéronef dans l'espace ;
- une mémoire pour stocker une route construite : - une mémoire contenant un modèle du terrain à survoler ;
- un moyen de visualisation, par exemple un écran, un collimateur tête haute ou équivalent, ainsi que l'interface nécessaire ;
- un outil interactif de construction graphique de la route ;
- un calculateur de navigation ; et
- un système de pilotage.
Le dispositif conforme à l'inversion permet d'assurer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution d'un vol en conditions IMC, sans utiliser pour ce faire d'infrastructure IFR usuelle. De plus, la fiabilité et la complémentarité des différents moyens dudit dispositif permettent de réaliser toutes ces fonctions avec un niveau de sécurité au moins aussi bon que lors d'un vol exécuté avec le soutien d'infrastructures IFR.
Par conséquent, le dispositif conforme à l'invention présente une capacité de vol de tout temps et en tout lieu.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif comporte de plus, au moins un moyen d'aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.
L'unique figure du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Cette figure est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention.
Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté sur la figure est destiné à sécuriser le vol d'un aéronef (non représenté), en particulier d'un aéronef à voilure tournante, tel qu'un hélicoptère, en conditions de vol aux instruments (IMC) hors infrastructures de vol aux instruments (hors infrastructures IFR).
A cet effet, ledit dispositif 1 a pour objet de mettre en oeuvre un procédé conforme à l'invention, consistant :
a) à déterminer une route sécurisée de l'aéronef ; b) à faire suivre audit aéronef la route sécurisée ainsi déterminée; et
c) pendant ce suivi de la route sécurisée, à réaliser de façon automatique, à l'aide exclusivement de moyens embarqués sur l'aéronef et précisés ci-dessous, les opérations suivantes :
a ) vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef ;
P ) vérifier la sécurité du vol de l'aéronef par rapport à d'éventuels autres aéronefs ; et
Y) apporter une aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.
Pour ce faire, ledit dispositif 1 comporte :
- un calculateur d'interférences 2 susceptible, notamment, de calculer les interférences entre la route et le terrain ;
- des moyens 3 d'acquisition de paramètres précisés ci-dessous, relatifs à l'aéronef et à l'environnement extérieur, ces moyens 3 pouvant être en particulier des capteurs, des centrales anémo- barométriques, des centrales inertielles ou un système de positionnement par satellites ;
- une mémoire 4 pour stocker une route construite ;
- une mémoire 5 contenant un modèle du terrain à survoler ;
- un moyen de visualisation 6, notamment un écran de visualisation ;
- un outil interactif 7 de construction graphique de la route ;
- un calculateur de navigation 8 ; et
- un système de pilotage 9 de type usuel, non précisé davantage et comportant de façon usuelle au moins un écran de pilotage ou équivalent, et éventuellement un pilote automatique. Ledit système de pilotage 9 est relié par une liaison 10 au calculateur de navigation 8.
Dans un mode de réalisation préféré, ledit calculateur de navigation 8 comporte une fonction de navigation 1 1 usuelle, et ledit calculateur 2, ainsi que ladite mémoire 4, sont intégrés dans ledit calculateur de navigation 8.
La première étape a) précitée d'un vol tout temps, est la préparation et la sécurisation de la route par rapport au terrain et aux éventuels obstacles.
Dans cette situation, deux cas de figure peuvent se présenter :
- soit la totalité de la route, jusqu'au point d'atterrissage prévu, est définie au sol, avant le vol. Dans ce cas, la préparation de la route est faite à l'aide d'un outil 7 qui peut être embarqué ou non sur l'aéronef :
- soit les premiers tronçons de la route seulement sont définis, de façon à économiser du temps de préparation (missions d'urgence) ou parce que la destination précise n'est pas connue au départ. Dans ce cas, l'outil interactif 7 de construction de la route est obligatoirement embarqué sur l'aéronef.
Cet outil interactif 7 comporte un moyen de désignation usuel (par exemple une souris, un clavier, un écran tactile) qui peut être actionné par un opérateur, notamment un pilote de l'aéronef, qui est couplé au calculateur 2, et dont le résultat d'un actionnement est affiché sur un écran, en particulier sur l'écran de visualisation 6.
Selon l'invention, la route construite par le pilote à l'aide de l'outil de construction 7 est introduite dans le calculateur 2 qui superpose alors cette route théorique au modèle de terrain numérique issu de la mémoire 5 pour déterminer les éventuelles interférences, en prenant des marges de sécurité (distances minimales acceptables par rapport au relief, dans le plan vertical et dans le plan horizontal). Ces interférences sont visualisées sur l'écran de visualisation 6 pour que le pilote puisse modifier la route jusqu'à faire disparaître toute interférence.
En suivant ce processus, le pilote peut construire progressivement la route sécurisée de son choix et la mémoriser dans la mémoire 4 du calculateur 2.
La sécurité du vol est basée sur le suivi précis de la route sécurisée ainsi déterminée.
Le guidage précis de l'aéronef le long de cette route, est assuré de façon usuelle (et non décrite davantage) par le calculateur de navigation 8 de type usuel,
De plus, l'écran de visualisation 6 permet de visualiser les positions respectives de l'aéronef et de la route prévue.
Le calculateur de navigation 8 (fonction de navigation 1 1 ) guide l'aéronef très précisément au dessus de la route sécurisée. Cependant, la trajectoire réellement effectuée par l'aéronef diffère légèrement de la route théorique. Aussi, pour assurer la meilleure sécurité possible, il est nécessaire, à l'étape c ) précitée, de vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef.
Pour cela :
a ) \e calculateur 2 vérifie que l'écart entre la route théorique de l'aéronef et la position actuelle de l'aéronef reste acceptable ;
2) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain théorique : et
3) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain réel.
Dans un mode de réalisation particulier, pour mettre en œuvre l'étape a \ précitée, le calculateur de navigation (fonction de navigation 11 ) calcule, à partir d'informations issues des moyens d'acquisition 3 et de la route théorique, un écart entre l'aéronef et la route théorique. Si cet écart devient supérieur aux marges de sécurité prédéfinies de la route théorique, le pilote est alerté par des alarmes, affichées par exemple sur un écran de pilotage du système de pilotage 9.
La sécurisation par rapport au terrain théorique (étape 2) est mise en œuvre par un système usuel d'évitement des collisions avec le sol, de préférence de type « GCÂS » « Ground Collision Avoidance System »).
Ce système GCAS fait partie d'un ensemble 12 de systèmes S1 , S2, ..., Sn prévus sur l'aéronef. Ledit ensemble 12 est intégré dans le dispositif 1 conforme à l'invention,
En outre, la sécurisation par rapport au terrain réel et aux obstacles (étape 3) est assurée par un système usuel de détection et d'évitement d'obstacles, de préférence de type «OWS» (« Obstacle Warning System »), faisant appel à des capteurs détectant les obstacles et les reliefs dans l'obscurité ou dans de mauvaises conditions météorologiques. Ce système OWS qui est intégré dans l'ensemble 12 comporte un écran de visualisation ou équivalent, qui fournit au pilote une ligne de sécurité au-dessus des obstacles, telle que définie par exemple dans le brevet FR-2712251 , et un dispositif d'alerte indiquant la présence d'un obstacle dangereux.
On notera que les systèmes GCAS et OWS précités calculent une trajectoire extrapolée à court terme et la comparent au terrain théorique (cas du système « GCAS ») ou au terrain réel (cas du système «OWS»). Cette trajectoire est extrapolée uniquement à partir des évolutions immédiates du vecteur vitesse, sans chercher à rejoindre la route programmée, à la différence du processus précité (étape a 1 ) mis en oeuvre par le calculateur 2.
Par ailleurs l'étape c " ) du procédé conforme à l'invention peut être mise en oeuvre par un système d'évitement des collisions avec des aéronefs, de préférence de type «ACAS» («Aircraft Collision Avoidance System»), qui détecte la présence et la position des autres aéronefs dans un rayon compatible avec les possibilités de réaction de l'aéronef et du pilote et fournit au pilote une information sur les conflits potentiels et des consignes de pilotage permettant d'éviter la collision.
Par ailleurs, l'aide à la perception de l'environnement extérieur
(étape Q Y ) est mise en oeuvre par des systèmes précisés ci-dessous dudit ensemble 12.
Cette aide est indispensable dans toutes les phases de vol à proximité du sol, aussi bien pour les atterrissages/décollages que pour le vol à très basse altitude. Dans les autres phases de vol, elle renforce le niveau de sécurité du vol en donnant au pilote des informations supplémentaires qui lui permettent d'optimiser ses actions ou réactions.
Les deux familles de systèmes suivants sont nécessaires pour les phases de vol à proximité du sol.
La vision près du sol par mauvaises conditions de visibilité est améliorée par l'utilisation de capteurs tels que des caméras de type « FLIR3 (« Forward Looking Infra-Red »), de type BNL (« bas niveau de lumière »), de type «RADAR» (« Radio Détection and Ranging »), de type « LIDAR » («Light Détection and Ranging ») ou tout autre moyen équivalent, dont les images sont superposées à la vue extérieure réelle.
Une autre figuration du relief potentiellement dangereux, est calculée par le système d'évitement d'obstacles « OWS » (« Obstacle Warning System »), qui fournit au pilote une ligne de sécurité au-dessus des obstacles.
Avantageusement, dans les autres phases de vol, la connaissance de l'environnement de l'aéronef peut être renforcée au moyen de divers systèmes complémentaires, permettant :
- une présentation, sur un écran de navigation usuel de l'aéronef, de l'environnement hypsométrique sous la forme de coupes de terrain et de vues horizontales faisant apparaître les reliefs dangereux autour de l'aéronef ;
- une présentation, sur les mêmes coupes verticales et horizontales, de l'environnement aéronautique de l'aéronef, c'est-à-dire des infrastructures matérielles (balise, aéroports, ...) et virtuelles (zones aériennes, points de report ...) ; et
- une présentation des aéronefs détectés dans l'environnement aérien survolé par le système ACAS, qui les qualifie en fonction de leur niveau de danger,
Par conséquent, l'ensemble des moyens précités du dispositif 1 conforme à l'invention permet d'assurer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution d'un vol en conditions IMC. La fiabilité et la complémentarité des moyens utilisés permettent de réaliser toutes ces fonctions avec un niveau de sécurité au moins aussi bon que lors d'un vol exécuté avec le soutien d'une infrastructure IFR. De plus, comme le vol est exécuté indépendamment de toute infrastructure IFR, il échappe aux restrictions de domaine aérien propres à la couverture IFR. Il devient alors possible d'accéder à la totalité du domaine aérien, ce qui rend possibles tous types de missions quelles que soient les conditions météorologiques et la localisation géographique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de sécurisation du vol d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante, en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments,
caractérisé en ce que :
a) on détermine une route sécurisée de l'aéronef ;
b) on fait suivre audit aéronef la route sécurisée ainsi déterminée; et
c) pendant ce suivi de la route sécurisée, on réalise, de façon automatique à l'aide exclusivement de moyens non reliés aux infrastructures de navigation aérienne, les opérations suivantes:
a ) on vérifie la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef ;
") on vérifie la sécurité du vol de l'aéronef par rapport à d'éventuels autres aéronefs : et
Y) on apporte une aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.
2. Procédé selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce qu'à l'étape a), pour déterminer une route sécurisée de l'aéronef :
ai ) un opérateur construit une route pour l'aéronef à l'aide d'un outil interactif (7) de construction graphique de route couplé à un calculateur d'interférences (2) et à une mémoire (4);
a2) on détermine d'éventuelles interférences entre ladite route et un modèle du terrain survolé par l'aéronef ; et a3) on présente les éventuelles interférences à l'opérateur pour qu'il puisse modifier la construction de ladite route afin de faire disparaître lesdites interférences, la suite desdites étapes ai ) à a3) étant répétée jusqu'à la disparition complète desdites éventuelles interférences.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'à l'étape c ) pour vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef :
) on vérifie que l'écart entre une route théorique de l'aéronef et la position actuelle de l'aéronef reste inférieur à une valeur prédéterminée ;
a 2) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain théorique ; et
a3) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain réel.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'à l'étape c?), au moins lorsque l'aéronef se trouve à proximité du sol, on superpose des images captées de l'environnement extérieur à la vue extérieure réelle.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'à l'étape c ^), au moins lorsque l'aéronef se trouve au moins à une distance prédéterminée du sol, on superpose à la vue extérieure réelle, une ligne de sécurité située au-dessus du relief.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c ?), on présente au moins certaines des informations suivantes à un pilote de l'aéronef :
- l'environnement hypsométrique
- l'environnement aéronautique ; et
- les aéronefs situés le cas échéant à une distance dudit aéronef, qui est inférieure à une distance prédéterminée.
7. Dispositif embarqué ou embarquable de sécurisation du vol d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante, en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- des moyens (3) d'acquisition de paramètres relatifs à l'aéronef et à l'environnement extérieur ;
- un moyen de visualisation (6) :
- un calculateur de navigation (8) incluant un calculateur d'interférences (2) associé à une mémoire (4) pour stocker une route construite et à une mémoire (5) contenant un modèle du terrain à survoler;
- un outil interactif (7) de construction graphique de la route qui est couplé au calculateur d'interférences (2) et dont le résultat d'un actionnement par un opérateur est affiché sur le moyen de visualisation (6) et permet la construction progressive de la route sécurisée qui est mémorisée dans la mémoire (4) ; et
- un système de pilotage (9) relié au calculateur (8) par une liaison (10) et comportant un écran de pilotage.
8. Dispositif selon la revendication 7,
caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, au moins un moyen (12) d'aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.
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