FR2742226A1 - Indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aeronef - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne un indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef. - Selon l'invention, l'indicateur comprend: . des capteurs (2, 3) d'altitude et de vitesse verticale de l'aéronef, . des moyens de traitement (4, 5, 6) des signaux fournis par lesdits capteurs, et . des moyens d'affichage des signaux traités présentant, sur un écran de visualisation (7), des moyens d'indication d'altitude (8, 9), et des moyens d'indication de vitesse verticale (11) agencés en regard desdits moyens d'indication d'altitude (8, 9), ces moyens (8, 9; 11) étant couplés de sorte que l'indication d'altitude située en regard de l'indication de vitesse verticale représente, à tout instant, une altitude à venir pour la vitesse verticale actuelle.
Description
La présente invention concerne un indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef.
Pour un aéronef (hélicoptère ou avion) en vol de montée (ou de descente), l'acquisition d'une altitude donnée, par exemple un niveau de vol imposé par le contrôle aérien, s'effectue en général à une vitesse verticale stable.
A l'approche de l'altitude visée, le pilote de l'aéronef réduit progressivement la vitesse verticale de ce dernier de manière à intercepter ladite altitude avec une vitesse verticale suffisamment faible pour éviter tout dépassement significatif de l'altitude visée.
Cette réduction de la vitesse verticale à l'approche de l'altitude visée peut s'effectuer au jugé ou à l'aide de règles empiriques en surveillant l'évolution (en position et en vitesse) de l'indication d'altitude [aiguille en instrumentation classique ou index sur symbologie connue en aéronautique sous l'acronyme EFIS (Electronic Flight
Instruments System)].
Instruments System)].
Par exemple, une règle empirique classique consiste à commencer la réduction de la vitesse verticale au franchissement d'une fraction de l'écart entre l'altitude visée et l'altitude actuelle (1/10 par exemple), puis à réitérer cette approche pour réduire progressivement la vitesse verticale.
Néanmoins, quelle que soit la stratégie utilisée (au jugé ou à l'aide d'une règle empirique), ces méthodes nécessitent, d'une part, une bonne connaissance et une bonne habitude des performances de l'aéronef et engendrent, d'autre part, une charge de travail importante dans une phase de changement de cas de vol, c'est-à-dire au moment où le pilote doit se consacrer à d'autres tâches relatives, par exemple, à la circulation aérienne ou à la navigation. En particulier, les points suivants peuvent être soulignés - au jugé, la méthode réclame une attention soutenue sur
l'indicateur d'altitude.L'écart d'altitude d'anticipa
tion, c'est-à-dire l'écart d'altitude à partir duquel le
pilote doit commencer à réduire la vitesse verticale de
l'aéronef, n'est pas forcément facile à estimer, et la
convergence sur l'altitude visée doit être attentivement
surveillée pour éviter d'arrêter la procédure trop haut ou
trop bas, ce qui imposerait de reprendre, et donc de
prolonger, la procédure d "'interception" de l'altitude
visée - à l'aide d'une méthode empirique, telle que celle décrite
précédemment, la mise en oeuvre de la méthode elle-même
est relativement lourde puisqu'elle s'effectue par corré
lation de deux indications indépendantes (vitesse verti
cale et altitude).Elle peut de plus s'avérer complexe si
l'altitude d'interception n'est pas un chiffre rond (par
exemple 1875 pieds), ce qui est courant dans les procédu
res d'approche - l'attention du pilote est concentrée sur les deux indica
teurs pendant toute la manoeuvre d'anticipation, puis
pendant les ajustements tendant à stabiliser l'altitude
visée, ce qui engendre
avec des indicateurs circulaires classiques, une tâche
malaisée liée, d'une part, à la nécessité d'un balayage
visuel relativement important entre les deux indica
teurs, en général dans le sens vertical (ce qui est
moins naturel que dans le sens horizontal) et, d'autre
part, à l'absence totale de corrélation visuelle, donc
analogique, entre les deux indications (le mouvement et
la dynamique des aiguilles des deux indicateurs sont
différents)
lorsque l'indication d'altitude est numérique ou
"pseudo-numérique " (tambour numérique de valeur ac
tuelle plus échelle défilante) sur un écran de visuali
sation de pilotage d'une instrumentation EFIS, une
charge importante liée à la difficulté de contrôler la
vitesse verticale à partir du défilement de l'échelle
d'altitude et, plus généralement, à l'absence d'aide
visuelle spécifique, malgré la proximité des deux
indicateurs, pour déterminer l'écart d'altitude d'anti
cipation.
l'indicateur d'altitude.L'écart d'altitude d'anticipa
tion, c'est-à-dire l'écart d'altitude à partir duquel le
pilote doit commencer à réduire la vitesse verticale de
l'aéronef, n'est pas forcément facile à estimer, et la
convergence sur l'altitude visée doit être attentivement
surveillée pour éviter d'arrêter la procédure trop haut ou
trop bas, ce qui imposerait de reprendre, et donc de
prolonger, la procédure d "'interception" de l'altitude
visée - à l'aide d'une méthode empirique, telle que celle décrite
précédemment, la mise en oeuvre de la méthode elle-même
est relativement lourde puisqu'elle s'effectue par corré
lation de deux indications indépendantes (vitesse verti
cale et altitude).Elle peut de plus s'avérer complexe si
l'altitude d'interception n'est pas un chiffre rond (par
exemple 1875 pieds), ce qui est courant dans les procédu
res d'approche - l'attention du pilote est concentrée sur les deux indica
teurs pendant toute la manoeuvre d'anticipation, puis
pendant les ajustements tendant à stabiliser l'altitude
visée, ce qui engendre
avec des indicateurs circulaires classiques, une tâche
malaisée liée, d'une part, à la nécessité d'un balayage
visuel relativement important entre les deux indica
teurs, en général dans le sens vertical (ce qui est
moins naturel que dans le sens horizontal) et, d'autre
part, à l'absence totale de corrélation visuelle, donc
analogique, entre les deux indications (le mouvement et
la dynamique des aiguilles des deux indicateurs sont
différents)
lorsque l'indication d'altitude est numérique ou
"pseudo-numérique " (tambour numérique de valeur ac
tuelle plus échelle défilante) sur un écran de visuali
sation de pilotage d'une instrumentation EFIS, une
charge importante liée à la difficulté de contrôler la
vitesse verticale à partir du défilement de l'échelle
d'altitude et, plus généralement, à l'absence d'aide
visuelle spécifique, malgré la proximité des deux
indicateurs, pour déterminer l'écart d'altitude d'anti
cipation.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients.
A cet effet, l'indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il comprend - des premier et second capteurs d'altitude et de vitesse
verticale de l'aéronef, respectivement, - des moyens de traitement des signaux fournis par lesdits
premier et second capteurs, et - des moyens d'affichage des signaux traités présentant sur
un écran de visualisation
. des moyens d'indication d'altitude, et
. des moyens d'indication de vitesse verticale agencés en
regard desdits moyens d'indication d'altitude, lesdits moyens d'indication d'altitude et lesdits moyens d'indication de vitesse verticale étant couples de sorte que l'indication d'altitude situee en regard de l'indication de vitesse verticale représente, à tout instant, une altitude à venir pour la vitesse verticale actuelle.
verticale de l'aéronef, respectivement, - des moyens de traitement des signaux fournis par lesdits
premier et second capteurs, et - des moyens d'affichage des signaux traités présentant sur
un écran de visualisation
. des moyens d'indication d'altitude, et
. des moyens d'indication de vitesse verticale agencés en
regard desdits moyens d'indication d'altitude, lesdits moyens d'indication d'altitude et lesdits moyens d'indication de vitesse verticale étant couples de sorte que l'indication d'altitude situee en regard de l'indication de vitesse verticale représente, à tout instant, une altitude à venir pour la vitesse verticale actuelle.
Ainsi, une fois que l'indication de vitesse verticale arrive en regard de l'indication d'altitude visée, il suffit de maintenir l'indication de vitesse verticale calée sur l'indication d'altitude visée jusqu'à ce que cette dernière soit atteinte, ce qui se traduit par une diminution progressive de la vitesse verticale jusqu'à atteindre une vitesse verticale au moins sensiblement nulle. L'indicateur de la présente invention permet en conséquence de fournir au pilote de l'aéronef, sur un écran de visualisation, une indication analogique et couplée d'altitude et de vitesse verticale permettant de guider toute capture d'objectif d'altitude barométrique (ou radar), sans affichage de la valeur actuelle de l'altitude de l'aéronef, sauf lorsque l'altitude visée est effectivement atteinte.
Avantageusement, lesdits moyens d'indication d'altitude sont constitués par une échelle graduée verticalement mobile devant un repère fixe.
De préférence, lesdits moyens d'indication de vitesse verticale sont constitués par une aiguille mobile en rotation autour du point d'intersection du prolongement dudit repère fixe et du prolongement de ladite aiguille et pointant vers ladite échelle mobile, l'angle défini par ledit repère fixe et ladite aiguille étant représentatif de la valeur de la vitesse verticale.
En particulier, ladite aiguille peut être symbolisée sur ledit écran de visualisation par un segment de droite.
Par ailleurs, lesdits moyens de traitement peuvent comprendre un calculateur numérique assurant la transformation des données physiques d'altitude et de vitesse verticale en données adaptées à l'affichage sur ledit écran de visualisation, et un générateur de symboles permettant de matérialiser sur ledit écran, à partir des informations fournies par ledit calculateur de transformation, les caractéristiques graphiques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale, ainsi que, entre lesdits premier et second capteurs et ledit calculateur numérique, un système de références primaires fournissant les informations d'altitude et de vitesse verticale sous forme numérique.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une représentation schématique de l'indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef selon l'invention.
Les figures 2 et 3a-3c illustrent l'utilisation de l'indicateur selon l'invention pour atteindre une altitude visée.
La figure 4 est un graphique montrant la courbe d'altitude en fonction du temps, jusqu'à l'altitude visée, obtenue en utilisant l'indicateur selon l'invention.
La figure 5 montre un exemple d'agencement de l'écran de visualisation de l'indicateur selon l'invention sur un écran de planche de bord d'un aéronef.
Sur la figure 1, on voit l'indicateur 1 d'altitude et de vitesse verticale pour aéronef selon l'invention.
L'indicateur 1 comprend, comme montré, différents capteurs, en particulier le capteur 2 relatif aux mesures d'altitude (barométrique ou radar) et celui 3 relatif aux mesures de vitesse verticale. Ces capteurs 2, 3 fournissent leurs informations, par l'intermédiaire d'un système de références primaires 4 et d'un calculateur 5, à un générateur de symboles 6 qui affiche côte à côte, sur l'écran de visualisation 7, les informations traitées d'altitude et de vitesse verticale.
Plus précisément, le système de références primaires 4 fournit, par mesure de la pression atmosphérique, les informations d'altitude et de vitesse verticale sous forme numérique. Par ailleurs, le calculateur 5 est un calculateur numérique assurant la transformation de ces données physiques en données adaptées à l'affichage sur écran. En outre, le générateur de symboles 6, ou machine à tracer, permet de matérialiser sur l'écran de visualisation 7, à partir des informations fournies par le calculateur de transformation 5, les caractéristiques graphiques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale.
De plus, sur l'écran de visualisation 7, les informations d'altitude et de vitesse verticale sont présentées comme suit (figure 1) - l'indication d'altitude est constituée d'une échelle
défilante 8 se déplaçant verticalement devant un index ou
repère fixe 9, l'ensemble étant visualisé à l'intérieur
d'une fenêtre de lecture 10, - l'indication de vitesse verticale est représentée, dans
cet exemple, par la rotation angulaire d'un symbole en
forme d'aiguille 11 (schématisée notamment par un segment
de droite) autour d'un axe perpendiculaire au plan de
l'écran 7 (angle a autour du point 0 qui est l'intersec
tion du prolongement du repère fixe 9 et de l'aiguille
11) ; l'angle de rotation a vers le haut (vers le bas) de
cette aiguille li par rapport à l'horizontale de l'écran 7
est d'autant plus grand (échelle de vitesse fixe 12) que
la vitesse de montée (descente) est grande (la relation
n'étant pas forcément linéaire sur toute la plage de
mesure).
défilante 8 se déplaçant verticalement devant un index ou
repère fixe 9, l'ensemble étant visualisé à l'intérieur
d'une fenêtre de lecture 10, - l'indication de vitesse verticale est représentée, dans
cet exemple, par la rotation angulaire d'un symbole en
forme d'aiguille 11 (schématisée notamment par un segment
de droite) autour d'un axe perpendiculaire au plan de
l'écran 7 (angle a autour du point 0 qui est l'intersec
tion du prolongement du repère fixe 9 et de l'aiguille
11) ; l'angle de rotation a vers le haut (vers le bas) de
cette aiguille li par rapport à l'horizontale de l'écran 7
est d'autant plus grand (échelle de vitesse fixe 12) que
la vitesse de montée (descente) est grande (la relation
n'étant pas forcément linéaire sur toute la plage de
mesure).
On notera que l'extrémité du symbole de vitesse verticale (aiguille schématisée 11) pointe en direction de l'échelle défilante d'altitude 8, et les deux échelles 8, 12 sont telles que la graduation d'altitude située dans le prolongement du symbole de vitesse verticale représente une altitude prédite si le pilote continue à monter (ou à descendre). L'étendue de mesure et la résolution de l'indication de vitesse verticale sont accordées à celles de l'altitude, de sorte que les symboles d'altitude et de vitesse verticale selon l'invention sont couplés, ce qui facilite l'acquisition d'une altitude.
Selon la présente invention, le déroulement d'une interception d'altitude peut être subdivisée en deux phases de la manière suivante - phase 1 (figure 2) : le pilote affiche une vitesse verti
cale de son choix tant que la graduation correspondant à
l'altitude visée (dans l'exemple représenté, il s'agit
d'intercepter en montée une altitude de 5500 pieds)
n'apparaît pas dans la fenêtre de lecture 10 de l'échelle
d'altitude défilante 8, ou se situe encore au-dessus du
prolongement de l'extrémité du symbole de vitesse verti
cale il - phase 2 (figures 3a-3c) : dès que la graduation correspon
dant à l'altitude visée (dans cet exemple, 5500) vient
dans l'alignement de l'aiguille 11 indicatrice de la
vitesse verticale (figure 3a), le pilote diminue son taux
de montée (vitesse verticale) pour que l'aiguille reste
pointée sur l'objectif d'altitude (figure 3b), l'échelle
mobile 8 continuant à défiler. Ainsi, la vitesse verticale
de l'aéronef devient proportionnelle à l'écart d'altitude
restant à parcourir pour atteindre l'altitude visée, ce
qui garantit une convergence régulière, répétitive et sans
tendance au dépassement. En fin de phase (figure 3c),
l'aiguille de vitesse verticale 11, toujours pointée vers
la graduation d'altitude visée (qui devient finalement
l'altitude actuelle), va se confondre avec l'index fixe 9,
pour une vitesse verticale qui tend alors vers zéro.Cette
phase conduit donc théoriquement à une interception
asymptotique de l'altitude visée, comme l'illustre la
figure 4.
cale de son choix tant que la graduation correspondant à
l'altitude visée (dans l'exemple représenté, il s'agit
d'intercepter en montée une altitude de 5500 pieds)
n'apparaît pas dans la fenêtre de lecture 10 de l'échelle
d'altitude défilante 8, ou se situe encore au-dessus du
prolongement de l'extrémité du symbole de vitesse verti
cale il - phase 2 (figures 3a-3c) : dès que la graduation correspon
dant à l'altitude visée (dans cet exemple, 5500) vient
dans l'alignement de l'aiguille 11 indicatrice de la
vitesse verticale (figure 3a), le pilote diminue son taux
de montée (vitesse verticale) pour que l'aiguille reste
pointée sur l'objectif d'altitude (figure 3b), l'échelle
mobile 8 continuant à défiler. Ainsi, la vitesse verticale
de l'aéronef devient proportionnelle à l'écart d'altitude
restant à parcourir pour atteindre l'altitude visée, ce
qui garantit une convergence régulière, répétitive et sans
tendance au dépassement. En fin de phase (figure 3c),
l'aiguille de vitesse verticale 11, toujours pointée vers
la graduation d'altitude visée (qui devient finalement
l'altitude actuelle), va se confondre avec l'index fixe 9,
pour une vitesse verticale qui tend alors vers zéro.Cette
phase conduit donc théoriquement à une interception
asymptotique de l'altitude visée, comme l'illustre la
figure 4.
Sur ce graphique montrant la courbe d'altitude Z, jusqu'à une altitude visée Zref, en fonction du temps t, la phase 1(A) est caractérisée par une montée à vitesse verticale Vz constante (taux de montée nominal), tandis que, dans la phase 2(B) et jusqu'à l'acquisition finale (C) de l'altitude visée, la montée s'effectue à une vitesse verticale variable
Vz(t) = k(Zref - Z(t)) avec Z < t) = Zref - (Zref - Za)e-k(t-tl) d'où VZ(t) = k(Z - Za)e -k(t-tl) le gain k étant fonction du rapport d'affichage entre les échelles de vitesse verticale et d'altitude sur l'écran 7 de présentation d'information, Za représentant l'altitude actuelle, et tl le temps à la fin de la phase 1.
Vz(t) = k(Zref - Z(t)) avec Z < t) = Zref - (Zref - Za)e-k(t-tl) d'où VZ(t) = k(Z - Za)e -k(t-tl) le gain k étant fonction du rapport d'affichage entre les échelles de vitesse verticale et d'altitude sur l'écran 7 de présentation d'information, Za représentant l'altitude actuelle, et tl le temps à la fin de la phase 1.
On notera qu'une valeur de k faible prolonge la durée de la phase 2 et augmente l'altitude d'anticipation, ce qui est désavantageux d'un point de vue opérationnel, tandis qu'une valeur de k élevée réduit la durée de la phase 2 et réduit l'altitude d'anticipation. Cependant, dans ce dernier cas, il est plus difficile de piloter la vitesse verticale en fonction des écarts d'altitude. Un bon compromis est obtenu avec un gain k de l'ordre de 2000 pieds par minute pour 300 pieds d'écart d'altitude.
Dans l'exemple précédent, on a choisi une acquisition d'altitude "en montée". Il est bien entendu qu'un processus d'acquisition d'altitude "en descente" se déroule, selon l'invention, de la même manière au "sens" près. Par ailleurs, comme on le voit sur la figure 4, la courbe d'acquisition réelle F R diffère quelque peu de la courbe théorique FT, comme cela est normal, d'une part, pour tenir compte des conditions réelles de vol et, d'autre part, pour atteindre l'altitude visée en un temps fini.
Concernant la présente invention telle qu'exposée ci-dessus, on notera encore les aspects pratiques suivants - le pilote peut ajuster la vitesse verticale de l'aéronef
au rythme qui lui convient : de façon continue ou par n
désignations dont le nombre et la fréquence peuvent être
adaptés à sa disponibilité.Ainsi, puisque le pilote peut
contrôler en permanence directement et visuellement (donc
analogiquement) sa trajectoire par rapport à la trajec
toire idéale asymptotique, il peut même sans difficulté
maîtriser une accélération ou un ralentissement du proces
sus de convergence - le pilote peut utiliser également avec profit la représen
tation de l'invention, pour assurer une stabilisation
d'altitude (une fois l'acquisition d'altitude atteinte),
en pointant l'aiguille de vitesse verticale sur l'altitude
visée chaque fois que celle-ci s'écarte de la valeur
actuelle, ce qui la fait revenir aussitôt en face de
l'index horizontal fixe, indiquant donc la valeur actuelle
d'altitude.
au rythme qui lui convient : de façon continue ou par n
désignations dont le nombre et la fréquence peuvent être
adaptés à sa disponibilité.Ainsi, puisque le pilote peut
contrôler en permanence directement et visuellement (donc
analogiquement) sa trajectoire par rapport à la trajec
toire idéale asymptotique, il peut même sans difficulté
maîtriser une accélération ou un ralentissement du proces
sus de convergence - le pilote peut utiliser également avec profit la représen
tation de l'invention, pour assurer une stabilisation
d'altitude (une fois l'acquisition d'altitude atteinte),
en pointant l'aiguille de vitesse verticale sur l'altitude
visée chaque fois que celle-ci s'écarte de la valeur
actuelle, ce qui la fait revenir aussitôt en face de
l'index horizontal fixe, indiquant donc la valeur actuelle
d'altitude.
La figure 5 illustre un exemple d'agencement de l'écran de visualisation 7 de l'indicateur selon l'invention sur un écran de planche de bord d'un aéronef présentant par ailleurs des indications de cap 13 et de vitesse horizontale 14, ainsi qu'un horizon artificiel 15.
Claims (1)
- 9) et lesditsmoyens d'indication de vitesse verticale (11) étant couplésde sorte que l'indication d'altitude située en regard del'indication de vitesse verticale représente, à tout instant, une altitude à venir pour la vitesse verticale actuelle.2. Indicateur selon la revendication 1,caractérisé en ce que lesdits moyens d'indication d'altitudesont constitués par une échelle graduée (8) verticalementmobile devant un repère fixe (9).3. Indicateur selon la revendication 2,caractérisé en ce que lesdits moyens d'indication de vitesseverticale sont constitués par une aiguille (11) mobile enrotation autour du point d'intersection (0) du prolongementdudit repère fixe (9) et du prolongement de ladite aiguille(11) et pointant vers ladite échelle mobile, l'angle (a)défini par ledit repère fixe (9) et ladite aiguille (11)étant représentatif de la valeur de la vitesse verticale.4. Indicateur selon la revendication 3,caractérisé en ce que ladite aiguille (11) est symboliséesur ledit écran de visualisation (7) par un segment dedroite.5. Indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent un calculateur numérique (5) assurant la transformation des données physiques d'altitude et de vitesse verticale en données adaptées à l'affichage sur ledit écran de visualisation (7), et un générateur de symboles (6) permettant de matérialiser sur ledit écran, à partir des informations fournies par ledit calculateur de transformation (5), les caractéristiques graphiques de la présentation des informations d'altitude et de vitesse verticale.6. Indicateur selon la revendication 5,caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent de plus, entre lesdits premier (2) et second (3)capteurs et ledit calculateur numérique (5), un système de références primaires (4) fournissant les informations d'altitude et de vitesse verticale sous forme numérique.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9514553A FR2742226B1 (fr) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | Indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aeronef |
| US08/761,671 US6400283B1 (en) | 1995-12-08 | 1996-12-06 | Altitude and vertical speed indicator for aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9514553A FR2742226B1 (fr) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | Indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aeronef |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2742226A1 true FR2742226A1 (fr) | 1997-06-13 |
| FR2742226B1 FR2742226B1 (fr) | 1998-02-06 |
Family
ID=9485294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9514553A Expired - Fee Related FR2742226B1 (fr) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | Indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aeronef |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6400283B1 (fr) |
| FR (1) | FR2742226B1 (fr) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2801966A1 (fr) * | 1999-12-07 | 2001-06-08 | Eurocopter France | Indicateur d'altitude et de vitesse verticale pour aeronef |
| FR2801967A1 (fr) * | 1999-12-07 | 2001-06-08 | Eurocopter France | Indicateur de variable pour aeronef |
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