FR3044758A1 - Ensemble de gestion de vol d’un aeronef et procede de surveillance de consignes de guidage d’un tel ensemble. - Google Patents

Abstract

- Ensemble de gestion de vol d'un aéronef et procédé de surveillance de consignes de guidage d'un tel ensemble. - L'ensemble de gestion de vol (1) comprend deux chaînes de guidage (2A, 2B) pourvues, chacune, d'un système de gestion de vol (3A, 3B), chacun desdits systèmes de gestion de vol (3A, 3B) réalisant au moins un calcul de consignes de guidage pour l'aéronef, l'ensemble de gestion de vol (1) comprenant également au moins une unité de surveillance (4A, 4B) configurée pour réaliser une surveillance des consignes de guidage calculées par les deux systèmes de gestion de vol (3A, 3B) de manière à pouvoir détecter et identifier un système de gestion de vol défectueux, l'unité de surveillance (4A, 4B) comportant un dispositif de surveillance (5) vérifiant notamment si les trois conditions suivantes sont remplies : une dérivée première d'écarts de route extrapolés est positive, une dérivée seconde des écarts de route extrapolés est positive, et des positions extrapolées de l'aéronef se trouvent du même côté d'un segment actif du plan de vol suivi par l'aéronef que la position courante de l'aéronef.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un ensemble de gestion de vol d’un aéronef, en particulier d’un avion de transport, et un procédé de surveillance de consignes de guidage générées par un tel ensemble de gestion de vol.

Bien que non exclusivement, la présente invention s’applique plus particulièrement à un aéronef mettant en oeuvre des opérations à performances de navigation requises avec autorisation requise, de type RNP AR (« Required Navigation Performance with Authorization Required >> en anglais). Ces opérations RNP AR sont basées sur une navigation de surface de type RNAV (« aRea NAVigation >> en anglais) et sur des opérations à performances de navigation requises de type RNP (« Required Navigation Performance >> en anglais). Elles présentent la particularité de nécessiter une autorisation spéciale pour pouvoir être mises en oeuvre sur un aéronef.

On sait que le concept RNP correspond à une navigation de surface, pour laquelle sont ajoutés (à bord de l’aéronef) des moyens de surveillance et d’alerte qui permettent d’assurer que l’aéronef reste dans un couloir, dit RNP, autour d’une trajectoire de référence. A l'extérieur de ce couloir se trouve potentiellement du relief ou d'autres aéronefs. La performance requise pour un type d’opération RNP est définie par une valeur RNP qui représente la demi-largeur (en milles nautiques : NM) du couloir autour de la trajectoire de référence, dans lequel l’aéronef doit rester 95% du temps au cours de l’opération. Un second couloir (autour de la trajectoire de référence) de demi-largeur deux fois la valeur RNP est également défini. La probabilité que l’aéronef sorte de ce second couloir doit être inférieure à 10'7 par heure de vol.

Le concept d’opérations RNP AR est plus contraignant encore. Les procédures RNP AR sont, en effet caractérisées par : - des valeurs RNP : • qui sont inférieures ou égales à 0,3NM en approche, et qui peuvent descendre jusqu’à 0,1 NM ; et • qui sont strictement inférieures à 1 NM au départ et lors d’une remise des gaz, et qui peuvent également descendre jusqu’à 0,1 NM ; - un segment d’approche finale qui peut être courbe ; et - des obstacles (montagnes, trafic...) qui peuvent être situés à deux fois la valeur RNP par rapport à la trajectoire de référence, alors que pour les opérations RNP usuelles, une marge supplémentaire par rapport aux obstacles est prévue.

Les autorités aériennes ont défini un niveau de sécurité visé TLS (« Target Level of Safety » en anglais) de 10'7 par heure de vol. Dans le cas des opérations RNP AR, comme les valeurs RNP peuvent descendre jusqu’à 0,1 NM et les obstacles peuvent être situés à deux fois la valeur RNP de la trajectoire de référence, cet objectif se traduit par une probabilité que l’aéronef sorte du couloir de demi-largeur D=2.RNP qui ne doit pas excéder 10'7 par heure de vol.

La présente invention s’applique à un ensemble de gestion de vol comprenant deux chaînes de guidage pourvues, chacune, d’un système de gestion de vol, de type FMS (« Flight Management System » en anglais).

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les équipements embarqués à bord d’un aéronef et notamment l’ensemble de gestion de vol doivent permettre d’atteindre le niveau de sécurité visé, si l’aéronef doit mettre en œuvre des opérations à performances de navigation requises avec autorisation requise de type RNP AR. L’objectif est d’avoir la capacité de voler les procédures RNP AR avec des valeurs RNP jusqu’à 0,1 NM, et ceci sans restriction (en situation normale et en cas de panne) en départ, approche et remise de gaz.

Or, pour qu’un aéronef ait la capacité de voler de telles procédures RNP AR, il est nécessaire notamment de pouvoir éliminer de la boucle de guidage une source erronée de calcul d’ordres (ou consignes) de guidage, afin de contrer ses éventuels effets sur la trajectoire de l’aéronef.

Pour pouvoir mettre en œuvre une opération de type RNP 0,1, l’ensemble de gestion de vol doit permettre de respecter une sévérité de type « hazardous » (dangereux) en cas de perte ou d’erreur des consignes de guidage. De plus, il faut que, en cas de détection d’un calcul erroné, notamment d’une consigne ou ordre de guidage (telle qu’un ordre de commande de roulis), l’aéronef puisse continuer à être guidé en mode automatique pour être maintenu dans le couloir RNP.

Avec un ensemble de gestion de vol à deux systèmes de gestion de vol, en cas de désaccord entre les deux systèmes de gestion de vol, l’ensemble n’est pas capable d’identifier celui qui est défectueux, et l’aéronef ne peut donc plus être guidé en mode automatique et n’est pas en mesure de mettre en oeuvre de telles opérations RNP.

EXPOSÉ DE L’INVENTION

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Elle concerne un procédé de surveillance d’au moins une consigne de guidage fournie par un ensemble de gestion de vol, ledit ensemble de gestion de vol comprenant deux chaînes de guidage pourvues, chacune, d’un système de gestion de vol, chacun desdits systèmes de gestion de vol étant configuré pour calculer au moins une consigne de guidage pour l’aéronef.

Selon l'invention, le procédé comprend les étapes successives suivantes : - une étape de réception, mise en oeuvre par une unité de réception, consistant à recevoir une consigne de guidage à surveiller et au moins une position courante de l’aéronef, la consigne de guidage à surveiller représentant la consigne de guidage calculée par l’un desdits systèmes de gestion de vol ; - une première étape de calcul, mise en oeuvre par une première unité de calcul, consistant à calculer une pluralité de positions dites extrapolées de l’aéronef, au moins à partir de ladite consigne de guidage et de ladite position courante de l’aéronef ; - une deuxième étape de calcul, mise en oeuvre par une unité de calcul, consistant à calculer des écarts de route dits extrapolés, correspondant à des écarts desdites positions extrapolées par rapport à un segment actif d’un plan de vol suivi par l’aéronef ; et - une étape d’analyse, mise en oeuvre par une unité d’analyse, consistant à analyser les écarts de route extrapolés pour déterminer si la consigne de guidage est correcte ou incorrecte, l’étape d’analyse comprenant une sous-étape principale consistant : • à vérifier si les trois conditions suivantes sont remplies : - une dérivée première des écarts de route extrapolés est positive ; - une dérivée seconde des écarts de route extrapolés est positive ; et - les positions extrapolées se trouvent du même côté du segment actif que la position courante de l’aéronef ; et • à conclure que la consigne de guidage est incorrecte, si ces trois conditions sont remplies simultanément.

Ainsi, le procédé de surveillance est apte à détecter une consigne (ou ordre) de guidage incorrecte et ainsi à identifier un système de gestion de vol défectueux (à savoir celui qui a calculé cette consigne de guidage incorrecte) afin de permettre de guider l’aéronef à l’aide d’un système de gestion de vol non défectueux, ce qui, comme précisé ci-dessous, permet à l’aéronef d’avoir la capacité de voler des opérations de type RNP telles que décrites ci-dessus, et de remédier à l’inconvénient précité.

De façon avantageuse, l’étape d’analyse comprend une première sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs : - à vérifier si au moins l’une des deux conditions suivantes est remplie : • la dérivée d’un angle de roulis courant et la dérivée d’un angle de roulis cible sont de même signe, l’angle de roulis cible étant la somme d’un angle de roulis nominal et d’un terme correctif dépendant de l’écart de route, l’angle de roulis nominal étant un angle de roulis relatif à un segment du plan de vol courant ; • l’angle de roulis cible étant différent de l’angle de roulis nominal, et l’écart entre l’angle de roulis cible et l’angle de roulis nominal ne variant pas, l’angle de roulis courant de l’aéronef varie ; et - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si l’une de ces deux conditions est remplie.

De plus, avantageusement, l’étape d’analyse comprend une deuxième sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs, de type rectiligne : - à vérifier si la condition suivante est remplie : l’écart de route par rapport au second segment extrapolé à un temps d’extrapolation ne baisse pas, le temps d’extrapolation correspondant à un temps estimé jusqu’à la transition ; et - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si cette condition est remplie.

En outre, de façon avantageuse, l’étape d’analyse comprend une troisième sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs, de type rectiligne : - à vérifier si la condition suivante est remplie : un vecteur vitesse de l’aéronef n’est pas orthogonal à un vecteur rayon ; - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si cette condition est remplie.

Par ailleurs, avantageusement, l’étape d’analyse comprend une quatrième sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs, de type rectiligne : - à vérifier si la condition suivante est remplie : l’aéronef ne vole pas à l’intérieur d’une zone de confinement dépendant desdits premier et un second segments actifs ; - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si cette condition est remplie.

En outre, de façon avantageuse, l’étape d’analyse comprend une cinquième sous-étape auxiliaire consistant : - à vérifier si les deux conditions suivantes sont remplies : • des conditions indiquant que la consigne de guidage est incorrecte ont été remplies au moins lors d’un nombre prédéterminé de traitements successifs ; et • l’écart de route extrapolé est supérieur à une valeur prédéterminée ; et - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte uniquement si ces deux conditions sont remplies simultanément.

Par ailleurs, de façon avantageuse, la première étape de calcul (de positions extrapolées) consiste à calculer une position extrapolée de l’aéronef, à l’aide des données suivantes : - les valeurs de paramètres de l’aéronef, dont au moins la position courante, préalablement validées, illustrant l’état de l’aéronef ; - un ordre de roulis représentant la consigne de guidage à surveiller ; - la valeur courante d’au moins un paramètre atmosphérique ; et - un modèle de performance de l’aéronef.

La présente invention concerne également un dispositif de surveillance d’au moins une consigne (ou ordre) de guidage fournie (ou générée) par un ensemble de gestion de vol tel que décrit ci-dessus.

Selon l'invention, ledit dispositif de surveillance comporte : - une unité de réception configurée pour recevoir une consigne de guidage à surveiller et au moins une position courante de l’aéronef, la consigne de guidage à surveiller représentant la consigne de guidage calculée par l’un desdits systèmes de gestion de vol ; - une première unité de calcul configurée pour calculer une pluralité de positions dites extrapolées de l’aéronef, au moins à partir de ladite consigne de guidage et de ladite position courante de l’aéronef ; - une deuxième unité de calcul configurée pour calculer des écarts de route dits extrapolés, correspondant à des écarts desdites positions extrapolées par rapport à un segment actif d’un plan de vol suivi par l’aéronef ; et - une unité d’analyse configurée pour analyser des écarts de route extrapolés afin de déterminer si la consigne de guidage est correcte ou incorrecte, l’unité d’analyse comprenant un module d’analyse principale configuré pour : • vérifier si les trois conditions suivantes sont remplies : - une dérivée première des écarts de route extrapolés est positive ; - une dérivée seconde des écarts de route extrapolés est positive ; et - les positions extrapolées se trouvent du même côté du segment actif que la position courante de l’aéronef ; et • conclure que la consigne de guidage est incorrecte si ces trois conditions sont remplies simultanément.

Avantageusement, l’unité d’analyse comprend au moins un module d’analyse auxiliaire, et de préférence une pluralité de modules d’analyse auxiliaires pour mettre en oeuvre au moins certaines des sous-étapes d’analyse auxiliaires précitées.

La présente invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport, qui est pourvu d’un dispositif de surveillance et/ou d’un ensemble de gestion de vol tels que ceux décrits ci-dessus.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Plus particulièrement : - la figure 1 est le schéma synoptique d’un mode de réalisation particulier d’un ensemble de gestion de vol d’un aéronef ; - la figure 2 est le schéma synoptique d’un mode de réalisation particulier d’un dispositif de surveillance conforme à l’invention ; - la figure 3 est un schéma montrant un aéronef volant suivant une trajectoire extrapolée, sur laquelle on a mis en évidence des écarts de route par rapport à un segment actif d’un plan de vol ; et - les figures 4 et 5 sont des graphiques illustrant une transition entre deux segments rectilignes successifs d’un plan de vol, permettant d’expliquer la mise en oeuvre de deux surveillances différentes.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

La figure 1 montre schématiquement un ensemble de gestion de vol 1 d’un aéronef, en particulier d’un avion de transport, qui permet d'illustrer l'invention.

Cet ensemble de gestion de vol 1 qui est embarqué sur l’aéronef, comprend deux chaînes de guidage 2A et 2B pourvues, chacune, d’un système de gestion de vol 3A et 3B de type FMS (« Flight Management System >> en anglais).

Les deux systèmes de gestion de vol 3A et 3B (« FMS1 >> et « FMS2 >>) sont indépendants et sont hébergés dans des équipements (« hardware >> en anglais) différents.

Chacun desdits systèmes de gestion de vol 3A et 3B est configuré pour réaliser des calculs précisés ci-dessous, et notamment un calcul de consignes de guidage pour l’aéronef.

Le guidage de l’aéronef est réalisé selon des données (et notamment les consignes de guidage) fournies par l’une seulement desdites deux chaînes de guidage 2A et 2B, dite chaîne de guidage active.

Ledit ensemble de gestion de vol 1 comprend également au moins une unité de surveillance 4A, 4B (« MONITOR 1, 2 >> pour « Monitoring >> en anglais) configurée pour réaliser des surveillances de données générées par les systèmes de gestion de vol 3A et 3B. L’unité de surveillance 4A, 4B est hébergée dans un équipement (« hardware >> en anglais) différent des équipements hébergeant les deux systèmes de gestion de vol 3A et 3B. L’unité de surveillance 4A, 4B est configurée pour réaliser une surveillance des consignes (ou ordres) de guidage calculées par les deux systèmes de gestion de vol 3A et 3B de manière à pouvoir détecter et identifier, le cas échéant, un système de gestion de vol défectueux, parmi les systèmes de gestion de vol 3A et 3B, comme précisé ci-dessous.

On entend par système de gestion de vol défectueux, un système de gestion de vol qui calcule et émet au moins une consigne de guidage qui est erronée (ou incorrecte).

Pour ce faire, l’unité de surveillance 4A, 4B comprend un dispositif de surveillance 5 (« DEVICE >> pour « Monitoring Device >> en anglais).

Selon l'invention, ledit dispositif de surveillance 5 comporte, comme représenté sur la figure 2 : - une unité de réception 9 (« RECEPT >> pour « Réception Unit >> en anglais) configurée pour recevoir une consigne de guidage à surveiller et au moins la position courante de l’aéronef, la consigne de guidage à surveiller représentant la consigne de guidage calculée par l’un desdits systèmes de gestion de vol 3A, 3B ; - une unité de calcul 10 (« COMP 1 >> pour « Computation Unit >> en anglais) qui est reliée par l’intermédiaire d’une liaison 11 à l’unité de réception 9 et qui est configurée pour calculer une pluralité de positions P1 à P4 dites extrapolées de l’aéronef AC (figure 3), au moins à partir de ladite consigne de guidage et de ladite position courante PO de l’aéronef AC ; - une unité de calcul 12 (« COMP 2 >> pour « Computation Unit >> en anglais) qui est reliée par l’intermédiaire d’une liaison 13 à l’unité de calcul 10 et qui est configurée pour calculer des écarts de route E1 à E4 dits extrapolés, correspondant à des écarts desdites positions extrapolées P1 à P4 par rapport à un segment actif SA d’un plan de vol suivi par l’aéronef AC (figure 3) ; et - une unité d’analyse 14 (« ANALYSIS >> pour « Analysis Unit >> en anglais) qui est reliée par l’intermédiaire d’une liaison 15 à l’unité de calcul 12 et qui est configurée pour analyser des écarts de route E1 à E4 extrapolés, afin de déterminer si la consigne de guidage est correcte ou incorrecte.

Dans un mode de réalisation particulier, on considère plusieurs durées successives pour calculer les positions P1 à P4 extrapolées.

Toutefois, dans un mode de réalisation préféré, l’extrapolation de la position étant basée sur la consigne seule (on extrapole la position de l’aéronef comme si on passait instantanément du roulis courant à la valeur de la consigne), la dynamique de l’aéronef n’intervient pas, et il n’est pas nécessaire d’extrapoler sur plusieurs horizons de temps pour une consigne donnée. Dans ce mode de réalisation préféré, il suffit d’analyser l’évolution temporelle de l’extrapolation de la position à un seul horizon de temps. Cet horizon de temps est défini finement pour une détection optimale (et est de préférence paramétrable).

Selon l’invention, l’unité d’analyse 14 comprend un module d’analyse principale M1 configuré : - pour vérifier si les trois conditions suivantes sont remplies : • une dérivée première des écarts de route E1 à E4, est positive ; • une dérivée seconde des écarts de route E1 à E4, est positive ; et • les positions extrapolées P1 à P4 se trouvent du même côté du segment actif SA (qui peut être un segment rectiligne ou un segment courbe (ou curviligne)) que la position courante PO de l’aéronef AC ; et - pour conclure que la consigne de guidage est incorrecte, si ces trois conditions sont remplies simultanément.

En effet, les écarts de route extrapolés doivent augmenter (dérivée première positive) pour s’assurer de l’existence d’une divergence. De même, la dérivée de ces écarts de route extrapolés doit augmenter (dérivée seconde positive) pour être sûr que le système de gestion de vol n’est pas en train de corriger la divergence. En outre, si la troisième condition n’est pas remplie, l’écart de route va s’annuler, et l’aéronef va converger vers le segment actif (ou courant).

Le dispositif de surveillance 5 de l’unité de surveillance 4A, 4B est ainsi apte à isoler un système de gestion de vol défectueux afin de permettre à l’équipage de réaliser une opération RNP, avec un temps de réponse acceptable.

Dans un mode de réalisation particulier, l’unité de surveillance 4A, 4B est configurée : - pour calculer la différence entre une consigne de guidage calculée par l’un desdits systèmes de gestion de vol 3A et 3B et une consigne de guidage correspondante calculée par l’autre desdits systèmes de gestion de vol 3A et 3B, et pour comparer cette différence à une marge prédéterminée ; et - si ladite différence est supérieure à ladite marge, pour réaliser une vérification de cohérence en analysant les évolutions des extrapolations de la position de l’aéronef, déduites des consignes de guidage respectives, de manière à pouvoir détecter une consigne de guidage incohérente (c'est-à-dire erronée) et ainsi détecter comme défectueux le système de gestion de vol ayant calculé cette consigne de guidage incohérente.

Dans un mode de réalisation préféré, représenté sur la figure 1, l’ensemble de gestion de vol 1 comprend deux unités de surveillance 4A et 4B qui sont configurées pour réaliser les mêmes surveillances, et dont chacune est pourvue d’un dispositif de surveillance 5. Ceci permet, en cas de panne de l’une de ces unités de surveillance 4A et 4B en opération RNP, de pouvoir quand même détecter, le cas échéant, un système de gestion de vol 3A ou 3B défectueux, et donc d’assurer l’intégrité requise pour ce type d’opération RNP.

Par ailleurs, l’ensemble de gestion de vol 1 comprend des moyens de commutation configurés pour, en cas de détection par l’unité de surveillance 4A, 4B d’un système de gestion de vol défectueux (par exemple le système de gestion de vol 3A) et si la chaîne de guidage active est celle comprenant ce système de gestion de vol défectueux (la chaîne de guidage 2A dans cet exemple), générer une commutation consistant à rendre active l’autre desdites deux chaînes de guidage 2A et 2B (à savoir la chaîne de guidage 2B dans cet exemple).

Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré, l’unité d’analyse 14 du dispositif de surveillance 5 comprend un module d’analyse auxiliaire M2 configuré pour : - permettre de vérifier si au moins l’une des deux conditions suivantes (lors d’une transition de type TF-TF entre un premier et un second segments rectilignes successifs), est remplie : c1) la dérivée d’un angle de roulis courant (c’est-à-dire l’angle de roulis effectif, à l’instant courant, de l’aéronef) et la dérivée d’un angle de roulis cible (généré par un système de gestion de vol) sont de même signe, l’angle de roulis cible étant la somme d’un angle de roulis nominal et d’un terme correctif dépendant de l’écart de route, l’angle de roulis nominal étant un angle de roulis relatif à un segment considéré du plan de vol courant ; c2) l’angle de roulis cible étant différent de l’angle de roulis nominal, et l’écart entre l’angle de roulis cible et l’angle de roulis nominal ne variant pas, l’angle de roulis courant de l’aéronef varie ; et - conclure que la consigne de guidage est incorrecte, si l’une de ces deux conditions est remplie.

Les deux modules d’analyse M1 et M2 sont actifs en permanence, lors de la mise en oeuvre de la surveillance réalisée par le dispositif de surveillance 5.

Le module d’analyse auxiliaire M2 a pour but d’éviter de fausses alarmes durant la distance d’anticipation de roulis, de type RAD (pour « Roll Anticipation Distance », en anglais). Comme l’angle de roulis nominal change directement d’un segment de plan de vol vers le segment suivant et comme la dynamique de l’aéronef (taux de roulis de l’ordre de 3°/s généralement) limite la capacité de suivre l’angle de roulis nominal, chaque virage doit être anticipé pour suivre de la meilleure manière la trajectoire.

En raison d’un taux de roulis maximal admissible pour l’aéronef, il n’est pas possible d’obtenir instantanément la nouvelle commande en roulis à chaque séquencement de segment. Durant la distance RAD, l’aéronef n’a pas encore séquencé le segment courant, mais l’angle de roulis nominal est celui du segment suivant.

Pour cette raison, en volant suivant la distance RAD, l’écart de route va nécessairement augmenter et des vérifications supplémentaires doivent être réalisées, basées sur le fait que, durant la distance RAD, l’angle de roulis cible du système de gestion de vol diverge du segment courant (pour anticiper la convergence vers le segment suivant), mais, comme l’écart de route et l’erreur d’angle de route TAE (pour « Track Angle Error >> en anglais) augmentent, l’angle de roulis cible tend à ramener l’aéronef sur la trajectoire et ainsi la dérivée de l’angle de roulis cible du système de gestion de vol est, dans des conditions normales, l’opposée de la dérivée de l’angle de roulis courant.

Une panne est donc détectée si les dérivés de l’angle de roulis cible et de l’angle de roulis courant sont de même signe (condition c1 précédente), ou si l’angle de roulis cible étant constant et différent de l’angle de roulis nominal, la dérivée de l’angle de roulis courant n’est pas nulle (condition c2 précédente).

On notera que, si l’angle de roulis cible diffère de l’angle de roulis nominal (écart de route à résorber) et que l’écart entre les deux valeurs (l’angle de roulis cible et l’angle de roulis nominal), proportionnel à l’écart de route à résorber, ne varie pas, alors que l’angle de roulis courant de l’aéronef varie, la commande est gelée.

La condition c2 est nécessaire pour détecter le cas particulier d’une commande erronée gelée en sortie du système de gestion de vol 3A, 3B, cas que la condition c1 ne permet pas de détecter.

Par ailleurs, de façon usuelle, lorsque l’existence de deux segments rectilignes TF1 et TF2 consécutifs est détectée, comme représenté sur la figure 4, le système de gestion de vol recalcule un segment de transition TR courbe (« curviligne >>) pour éviter un survol du point de passage WPT (« waypoint >>, en anglais) au niveau de la jonction de ces deux segments rectilignes TF1 et TF2.

La transition est recalculée sur la base de l’état courant de l’aéronef (vitesse sol, position) et du changement de cap. Le changement de cap est l’angle entre la direction des deux segments rectilignes TF1 et TF2, à savoir π-a avec a l’angle entre les deux segments rectilignes TF1 et TF2.

Pour de telles transitions TF-TF (telles que TF1-TF2 de la figure 4), le segment de référence utilisé par le dispositif de surveillance 5 (à savoir le segment TF1 du plan de vol consolidé) est différent du segment de référence de la trajectoire recalculée par le système de gestion de vol (le segment TR).

Ainsi, si l’aéronef AC est à l’extérieur du segment TF1 ou dans le segment TR courbe, calculé par le système de gestion de vol, le dispositif de surveillance 5 détecterait une divergence par rapport à la trajectoire avec les conditions précédentes. A chaque fois que l’aéronef vole dans la zone entre le segment TR, recalculé par le système de gestion de vol, et la partie TF-TF du plan de vol (zone Z1 de la figure 4), une situation normale de contrôle, consistant à écarter l’aéronef du plan de vol pour converger vers le segment TR, serait détectée comme erronée. L’unité d’analyse 14 comprend différents modules d’analyse auxiliaires M3, M4 et M5 permettant de réaliser des surveillances pour éviter de telles fausses alertes.

Différentes surveillances sont possibles en prenant en compte : a) soit, des conditions basées sur la détection d’une distance d’anticipation de virage TAD (« Turn Anticipation Distance » en anglais), réalisée par analyse de la variation de l’écart de route instantané, et mises en œuvre par des modules d’analyse auxiliaires M3 et M4 précisés ci-après ; b) soit, une zone de confinement basée sur la taille des segments (avec une valeur fixe, qui est facile à trouver à partir d’une base de données de navigation), mise en œuvre par le module d’analyse auxiliaire M5. Cette surveillance mise en œuvre par le module d’analyse auxiliaire M5 est moins précise que les deux surveillances mises en œuvre par les modules d’analyse auxiliaires M3 et M4, mais elle est suffisante, robuste et indépendante des systèmes de gestion de vol.

Les analyses et surveillances mises en œuvre pour les modules d’analyse auxiliaires M3 et M4 sont basées sur une distance d’anticipation de virage TAD potentielle, et sont très sensibles à de petites variations dans cette zone.

Pour ce faire, dans un premier mode de réalisation basé sur le temps, l’unité d’analyse 14 comprend le module d’analyse auxiliaire M4 qui est configuré pour, lors d’une transition entre un premier segment actif TF1 et un second segment actif TF2, qui sont successifs et rectilignes : - vérifier si la condition suivante est remplie : l’écart de route extrapolé par rapport au segment TF2 jusqu’à la transition entre les deux segments TF1 et TF2 à un temps d’extrapolation Tex ne baisse pas, ledit temps d’extrapolation Tex correspondant à un temps estimé jusqu’à la transition entre les deux segments TF1 et TF2 ; et - conclure que la consigne de guidage est incorrecte, si cette condition est remplie (à savoir si l’écart de route extrapolé ne baisse pas comme il devrait le faire).

Cette surveillance consiste ainsi à tester les variations de l’écart de route à partir de l’instant du temps d’extrapolation Tex.

En outre, un second mode de réalisation est basé sur le centre de rotation Ω (figure 4), qui est déterminé à partir de la distance d’anticipation de virage TAD estimée par analyse de la variation de l’écart de route instantané.

Dans ce second mode de réalisation, l’unité d’analyse 14 comprend un module d’analyse auxiliaire M5 configuré pour, lors d’une transition entre un premier segment TF1 actif et un second segment actif TF2, qui sont successifs, et rectilignes : - vérifier si la condition suivante est remplie : le vecteur vitesse de l’aéronef n’est pas orthogonal au vecteur rayon (passant par le centre Ω du segment TR présentant un arc de cercle, et la position de l’aéronef) ; - conclure que la consigne de guidage est incorrecte, si cette condition est remplie (le vecteur vitesse de l’aéronef n’est pas orthogonal au vecteur rayon).

Dans ce second mode de réalisation, le début de l’analyse est le même que celui du premier mode de réalisation, mais à partir de la distance TAD estimée, on calcule un centre Ω estimé de la transition courbe théorique (TR), et on utilise un produit scalaire pour détecter un problème.

Par ailleurs, l’unité d’analyse 14 comprend un module d’analyse auxiliaire M5 configuré pour, lors d’une transition entre deux segments actifs TF1 et TF2 successifs, de type rectiligne : - vérifier si la condition suivante est remplie : l’aéronef ne vole pas à l’intérieur d’une zone de confinement Z2 (représentée en hachures sur la figure 5) dépendant desdits segments actifs TF1 et TF2. Les segments actifs TF1 et TF2 sont définis par des segments de droite, respectivement, entre des points de passage W1 et WPT et entre des points de passage WPT et W2. La zone de confinement Z2 est un triangle présentant comme sommets, respectivement, les points de passage W1, WPT et W2 ; et - conclure que la consigne de guidage est incorrecte si la condition précitée est remplie.

Les points de passage W1 et W2 sont définis en fonction de la configuration du plan de vol.

Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, l’unité d’analyse 14 comprend un module d’analyse auxiliaire M6 configuré pour : - vérifier si les deux conditions suivantes sont remplies : • des conditions indiquant que la consigne de guidage est incorrecte, ont été remplies au moins lors d’un nombre prédéterminé de traitements successifs ; et • l’écart de route extrapolé est supérieur à une valeur prédéterminée ; et - conclure que la consigne de guidage est incorrecte uniquement si ces deux conditions sont remplies simultanément.

Le dispositif de surveillance 5, tel que décrit ci-dessus, met en oeuvre les étapes ET1 à ET3 successives suivantes : - une étape ET1 de calcul pour calculer à partir de la consigne de guidage à surveiller, une pluralité de positions P1, P2, P3 et P4 dites extrapolées de l’aéronef AC, comme représenté sur la figure 3, pour des durées données à partir de l’instant courant ; - une étape ET2 de calcul d’écarts de route E1, E2, E3, E4 dits extrapolés, correspondant respectivement à des écarts des positions extrapolées P1, P2, P3, P4 de l’aéronef AC, qui forment une trajectoire extrapolée TE (dont le sens de vol est montré par une flèche F sur la figure 3) par rapport à un segment actif SA du plan de vol (figure 3) ; et - une étape ET3 d’analyse des écarts de route extrapolés E1 à E4, pour déterminer s’ils divergent ou convergent (par rapport au segment actif SA), afin de pouvoir déterminer si la consigne de guidage est correcte ou non, le système de gestion de vol 3A, 3B calculant par principe une consigne de guidage destinée à faire converger l’aéronef vers le segment actif SA.

On obtient ainsi un procédé (mis en oeuvre par l’ensemble de gestion de vol 1) de surveillance des consignes de guidage en sortie d’un système de gestion du vol 3A, 3B, qui est rapide, simple, pas coûteux et efficace.

On précise ci-après les étapes ET1 à ET3 dudit procédé de surveillance. L’étape ET1 consiste à calculer une position extrapolée de l’aéronef, par exemple dans 1,2, ..., 10 secondes, à l’aide des données suivantes : - les valeurs courantes de paramètres (position, vitesse,...) de l’aéronef illustrant l’état courant de l’aéronef. Ces valeurs doivent être validées par une surveillance de position (comparaison de données de trois sources pour vérifier si la source utilisée est correcte ou non) ; - un ordre de roulis (ou ordre de commande de roulis) représentant la consigne de guidage dont la validité est à évaluer ; - les valeurs courantes de paramètres atmosphériques (vent, altitude, température,...) ; et - un modèle usuel de performance de l’aéronef.

Dans cette étape ET1, la surveillance, mise en oeuvre par l’unité de surveillance 4A, 4B, considère que l’aéronef vole pendant une durée prédéfinie avec un angle de roulis égal à l’ordre de roulis fourni par le système de gestion de vol considéré. L’étape ET2 consiste à calculer les écarts de route E1 à E4 des positions extrapolées, par rapport au segment actif SA validé du plan de vol.

Par ailleurs, l’étape ET3 réalise une analyse des valeurs d’écart de route extrapolées. L’évolution des valeurs d’écart de route extrapolées est analysée afin de déterminer s’ils divergent ou convergent pour pouvoir détecter et identifier un système de gestion de vol défectueux. Pour ce faire, les différentes analyses précitées, mises en œuvre par les modules d’analyse M1 à M6, peuvent être réalisées. L’ensemble de gestion de vol 1 repose donc sur une architecture à deux systèmes de gestion de vol 3A et 3B, qui met en œuvre une surveillance, notamment, du calcul des ordres (ou consignes) de guidage. La surveillance des consignes de guidage générées par un système de gestion de vol 3A, 3B se base sur une extrapolation de la position de l’aéronef.

Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, chacun des systèmes de gestion de vol 3A et 3B est configuré pour réaliser également, en plus de l’élaboration des consignes de guidage pour asservir la position de l’aéronef sur la trajectoire, les calculs suivants : - un calcul de la position de l’aéronef ; - un calcul de la trajectoire de l’aéronef ; et - un calcul de l’écart entre la position et la trajectoire de l’aéronef.

De plus, dans un mode de réalisation particulier, chacune des unités de surveillance 4A et 4B peut être configurée pour réaliser, en plus de la surveillance des ordres (ou consignes) de guidage, également les surveillances suivantes de calculs réalisés par les systèmes de gestion de vol 3A et 3B : - une surveillance d’un calcul d’une position de l’aéronef ; - une surveillance d’une extraction d’une procédure RNP à partir d’une base de données de navigation de type NDB (« Navigation Data Base >> en anglais), la procédure RNP étant stockée dans la base de données de navigation du système de gestion de vol, et d’un chargement de la procédure dans un plan de vol ; et - une surveillance d’un calcul de trajectoire.

Comme représenté sur la figure 1, chaque chaîne de guidage 2A, 2B comprend un ensemble 6A, 6B de capteurs usuels pour déterminer (mesurer, calculer,...) des données (« DATA 1,2 >>), à savoir les valeurs de paramètres liés à l’état (position, vitesse,...) de l’aéronef et à son environnement (température,...). Ces valeurs sont fournies via une liaison MA, MB de l’ensemble 6A, 6B au système de gestion de vol 3A, 3B correspondant (« correspondant >> signifiant qui fait partie de la même chaîne de guidage 2A, 2B).

Chaque système de gestion de vol 3A, 3B calcule une position de l’aéronef sur la base de valeurs reçues de l’ensemble 6A, 6B de capteurs correspondant. Dans le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 1, l’ensemble de gestion de vol 1 comporte également une unité auxiliaire 7 (« AUX >> pour « Auxiliary Unit «en anglais) qui calcule une troisième position sur la base de valeurs reçues des ensembles 6A et 6B via, respectivement, des liaisons I2A et I2B. Cette unité auxiliaire 7 peut notamment servir de troisième source de données en vue d’une comparaison et d’un vote dans l’unité de surveillance 4A, 4B. Cette unité auxiliaire 7 réalise uniquement les calculs et opérations indiqués et ne correspond pas à un (troisième) système de gestion de vol. L’unité de surveillance 4A reçoit des informations du système de gestion de vol 3A, du système de gestion de vol 3B et de l’unité auxiliaire 7, respectivement via des liaisons I4A, I5B et I6A, et peut fournir des informations au système de gestion de vol 3A correspondant, via une liaison I7A. De façon similaire, l’unité de surveillance 4B reçoit des informations du système de gestion de vol 3A, du système de gestion de vol 3B et de l’unité auxiliaire 7, respectivement via des liaisons I5A, I4B, et I6B, et peut fournir des informations au système de gestion de vol 3B correspondant, via une liaison I7B.

La surveillance du calcul de position est mise en oeuvre dans l’unité de surveillance 4A, 4B (ou dans le système de gestion de vol 2A, 2B) par comparaison et vote des positions fournies par les deux systèmes de gestion de vol 4A et 4B, avec la position fournie par l’unité auxiliaire 7. Par ailleurs, chacun des systèmes de gestion de vol 3A et 3B calcule les consignes (ou ordres) de guidage sur la base de la position validée et du segment actif validé du plan de vol et l’envoie à l’unité de surveillance 4A, 4B qui surveille l’évolution de l’extrapolation de la position de l’aéronef, dérivée de ces consignes de guidage, et invalide le calcul en cas de détection d’anomalie en positionnant un statut de surveillance à invalide.

Comme représenté sur la figure 1, chacune des deux chaînes de guidage 2A et 2B de l’ensemble de gestion de vol 1 comporte un calculateur de guidage 8A, 8B (« FG 1, 2 « pour « Flight Guidance « en anglais) lié par une liaison I8A, I8B au système de gestion de vol 3A, 3B. L’un desdits calculateurs de guidage 8A, 8B, à savoir le calculateur de guidage de la chaîne de guidage active, pilote des servocommandes usuelles de gouvernes de l’aéronef pour guider l’aéronef conformément aux consignes de guidage. La logique de sélection (en fonction du statut de surveillance) entre le calculateur de guidage 8A et le calculateur de guidage 8B, pour piloter les servocommandes et guider l’aéronef, est mise en oeuvre au niveau de ces calculateurs de guidage 8A et 8B de façon usuelle. L’ensemble de gestion de vol 1, tel que décrit ci-dessus, présente donc une architecture à base de deux systèmes de gestion de vol 3A et 3B et de surveillances (mises en oeuvre notamment par les unités de surveillance 4A et 4B), dont une surveillance des consignes de guidage, pour pouvoir mettre en oeuvre des opérations de type RNP 0,1.

Cette architecture permet : - d’éviter d’avoir à installer un troisième système de gestion de vol (pour servir de troisième source de vote), ce qui serait cher et compliqué ; - d’obtenir un temps de réponse rapide ; - d’identifier le cas échéant un système de gestion de vol défectueux (en cas de calcul de consignes de guidage erronées) permettant d’invalider le système de gestion de vol défectueux et de poursuivre l’opération sur le système de gestion de vol restant non en panne, et si possible de resynchroniser le système de gestion de vol défectueux sur le système de gestion de vol non défectueux ; - d’éviter le calcul d’une trajectoire de vol par le dispositif de surveillance (qui devrait être validée par un algorithme au préalable), par le fait de comparer la position extrapolée de l’aéronef avec le plan de vol validé, et non pas avec la trajectoire de vol ; et - d’éviter de fausses alertes (ou alarmes), notamment pendant les transitions, en mettant en oeuvre les surveillances précitées (réalisées par les modules d’analyse M1 à M6).

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de surveillance d’au moins une consigne de guidage fournie par un ensemble de gestion de vol, ledit ensemble de gestion de vol (1) comprenant deux chaînes de guidage (2A, 2B) pourvues, chacune, d’un système de gestion de vol (3A, 3B), chacun desdits systèmes de gestion de vol (3A, 3B) étant configuré pour calculer au moins une consigne de guidage pour l’aéronef (AC), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes : - une étape de réception, mise en œuvre par une unité de réception (9), consistant à recevoir une consigne de guidage à surveiller et au moins la position courante de l’aéronef (AC), la consigne de guidage à surveiller représentant la consigne de guidage calculée par l’un desdits systèmes de gestion de vol (3A, 3B) ; - une première étape de calcul, mise en œuvre par une première unité de calcul (10), consistant à calculer une pluralité de positions (P1à P4) dites extrapolées de l’aéronef (AC), au moins à partir de ladite consigne de guidage et de ladite positon courante de l’aéronef (AC) ; - une deuxième étape de calcul, mise en œuvre par une deuxième unité de calcul (12), consistant à calculer des écarts de route (E1 à E4) dits extrapolés, correspondant à des écarts desdites positions extrapolées (P1 à P4) par rapport à un segment actif d’un plan de vol suivi par l’aéronef ; et - une étape d’analyse, mise en œuvre par une unité d’analyse (14), consistant à analyser les écarts de route (E1 à E4) extrapolés pour déterminer si la consigne de guidage est correcte ou incorrecte, l’étape d’analyse comprenant une sous-étape principale consistant : • à vérifier si les trois conditions suivantes sont remplies : - une dérivée première des écarts de route extrapolés (E1 à E4) est positive ; - une dérivée secondé des écarts de route extrapolés (E1 à E4) est positive ; et - les positions extrapolées (P1 à P4) se trouvent du même côté du segment actif (SA) que la position courante (PO) de l’aéronef (AC) ; et • à conclure que la consigne de guidage est incorrecte, si ces trois conditions sont remplies simultanément.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape d’analyse comprend une première sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs : - à vérifier si au moins l’une des deux conditions suivantes est remplie : • la dérivée d’un angle de roulis courant et la dérivée d’un angle de roulis cible sont de même signe, l’angle de roulis cible étant la somme d’un angle de roulis nominal et d’un terme correctif dépendant de l’écart de routé, l’angle de roulis nominal étant un angle de roulis relatif à un segment du plan de vol courant ; • l’angle de roulis cible étant différent de l’angle de roulis nominal, et l’écart entre l’angle de roulis cible et l’angle de roulis nominal ne variant pas, l’angfe de roulis courant de l’aéronef (AC) varie ; et - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si l’une de ces deux conditions est remplie.
3. 3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l’étape d’analyse comprend une deuxième sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs (TF1, TF2), de type rectiligne : - à vérifier si la condition suivante est remplie : l’écart de route par rapport au second segment extrapolé à un temps d’extrapolation ne baisse pas, le temps d’extrapolation correspondant à un temps estimé jusqu’à la transition ; et - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si cette condition est remplie.
4. 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape d’analyse comprend une troisième sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs (TF1 et TF2), de type rectiligne : - à vérifier si la condition suivante est remplie : un vecteur vitesse de l’aéronef (AC) n'est pas orthogonal à un vecteur rayon ; - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si cette condition est remplie.
5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape d’analyse comprend une quatrième sous-étape auxiliaire consistant, lors d’une transition entre un premier et un second segments actifs successifs (TF1, TF2), de type rectiligne : - à vérifier si la condition suivante est remplie : l’aéronef AC ne vole pas à l’intérieur d’une zone de confinement (Z2) dépendant desdits premier et un second segments actifs (TF 1, TF2) ; - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte si cette condition est remplie.
6. 6. Procédé selon l’une-quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape d’analyse comprend une cinquième sous-étape auxiliaire consistant : - à vérifier si les deux conditions suivantes sont remplies : • des conditions indiquant que la consigne de guidage est incorrecte ont été remplies au moins lors d’un nombre prédéterminé de traitements successifs ; et • l’écart de route extrapolé est supérieur à une valeur prédéterminée ; et - à conclure que la consigne de guidage est incorrecte uniquement si ces deux conditions sont remplies simultanément.
7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première étape de calcul consiste à calculer une position extrapolée (P1 à P4) de l’aéronef (AC), à l’aide des données suivantes : - les valeurs de paramètres de l’aéronef (AC), dont au moins la position courante, préalablement validées, illustrant un état de l’aéronef (AC) ; - un ordre de roulis représentant la consigne de guidage à surveiller ; - la valeur courante d’au moins un paramètre atmosphérique ; et - un modèle de performance de l’aéronef (AC).
8. 8. Dispositif de surveillance d’au moins une consigne de guidage fournie par un ensemble de gestion de vol, ledit ensemble de gestion de vol (1) comprenant deux chaînes de guidage (2A, 2B) pourvues, chacune, d’un système de gestion de vol (3A, 3B), chacun desdits systèmes de gestion de vol (3A, 3B) étant configuré pour calculer au moins une consigne de guidage pour l’aéronef (AC), caractérisé en ce qu’il comporte : - une unité de réception (9) configurée pour recevoir une consigne de guidage à surveiller et au moins la position courante de l’aéronef (AC), la consigne de guidage à surveiller représentant la consigne de guidage calculée par l’un desdits systèmes de gestion de vol (3A, 3B) ; - une première unité de calcul (10) configurée pour calculer une pluralité de positions (P1à P4) dites extrapolées de l’aéronef (AC), au moins à partir de ladite consigne de guidage et de ladite position courante de l’aéronef (AC) ; - une deuxième unité de calcul (12) configurée pour calculer des écarts de route (E1 à E4) dits extrapolés, correspondant à des écarts desdites positions extrapolées (P1 à P4) par rapport à un segment actif d’un plan de vol suivi par l’aéronef ; et - une unité d’analyse (14) configurée pour analyser des écarts de route (E1 à E4) extrapolés afin de déterminer si la consigne de guidage est correcte ou incorrecte, l'unité d’analyse (14) comprenant un module d’analyse principale (M1) configuré pour : • vérifier si les trois conditions suivantes sont remplies : - une dérivée première des écarts de route extrapolés (E1 à E4) est positive ; - une dérivée seconde des écarts de route extrapolés (E1 à E4) est positive ; et - les positions extrapolées (P1 à P4) se trouvent du même côté du segment actif (SA) que la position courante (PO) de l’aéronef (AC) ; et • conclure que la consigne de guidage est incorrecte si ces trois conditions sont remplies simultanément.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’unité d’analyse (14) comprend au moins un module d’analyse auxiliaire (M2 à M6).
10. 10. Ensemble de gestion de vol d’un aéronef, ledit ensemble de gestion de vol (1) comprenant deux chaînes de guidage (2A, 2B) pourvues, chacune, d’un système de gestion de vol (3A, 3B), chacun desdits systèmes de gestion de vol (3A, 3B) étant configuré pour réaliser au moins un calcul de consignes de guidage pour l’aéronef (AC), ledit ensemble de gestion de vol (1) comprenant également au moins une unité de surveillance (4A, 4B) configurée pour réaliser des surveillances de données générées par les systèmes de gestion de vol (3A, 3B), caractérisé en ce que l’unité de surveillance (4A, 4B) comprend un dispositif de surveillance (5) selon l’une des revendications 8 et 9.
11. 11. Aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de surveillance (5) selon l’une des revendications 8 et 9.
12. 12. Aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble de gestion de vol (1) selon la revendication 10.