FR2898425A1 - Systeme embarque pour la prevention des collisions d'un aeronef avec le sol avec signalisation de fin de conflit - Google Patents

Abstract

Ce système TAWS présente, en plus d'une fonction FTLA de détection de risque de collision avec le terrain, une fonction COT d'annonce de fin de conflit qui est activée après cessation d'une alerte ou alarme de risque de collision avec le sol provenant de la fonction FTLA. Cette fonction COT procède, lorsqu'elle est activée, à la vérification du respect par l'aéronef (A) de minima de distance de sécurité en vertical et en latéral, et à l'estimation de la marge inférieure de vitesse verticale permettant de ne pas redéclencher une nouvelle alerte de risque de collision avec le sol. Après constat du respect des minima de distance de sécurité, la fonction COT fait émettre un message de fin de conflit ("Clear of terrain") avec une indication de marge inférieure de vitesse verticale.

Description

SYSTEME EMBARQUE POUR LA PREVENTION DES COLLISIONS D'UN AERONEF AVEC LE

SOL AVEC SIGNALISATION DE FIN DE CONFLIT

La présente invention est relative au signalement, à bord d'un aéronef, de la fin d'un conflit avec le terrain ayant provoqué une alerte ou une alarme de la part d'un système embarqué de signalisation des risques de collision avec le terrain connu sous le vocable TAWS (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne :"Terrain Awareness & Alerting Systems"). Les systèmes TAWS embarqués à bord des aéronefs assurent la prévention des accidents aéronautiques dans lesquels un aéronef resté manoeuvrable s'écrase au sol. Les accidents de ce type, connus dans la littérature technique sous l'acronyme CFIT tiré de l'expression anglo-saxonne "Controlled Flight Into Terrain", constituaient dans le passé une proportion importante des catastrophes aériennes. Ils sont désormais évités pour la plupart, grâce à des manoeuvres d'évitement du terrain effectuées par les équipages sous l'incitation d'alertes et alarmes provenant de systèmes TAWS, dont font partie les systèmes GCAS (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne :"Ground Collision Avoidance System") et T2CAS (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne " Terrain & Traffic Collision Avoidance System") développés et commercialisés par la société Thales. Les systèmes TAWS font appel à une fonction dite FLTA (acronyme de l'expression anglo-saxonne :"Forward Looking Terrain Avoidance") qui regarde, en avant de l'aéronef, le long et en dessous de sa trajectoire en vertical et en latéral, s'il y a un risque potentiel de collision avec le terrain. Leur principe est basé sur la surveillance de la pénétration du terrain dans un ou plusieurs volumes de protection liés à l'aéronef à partir d'une modélisation du terrain survolé et sur les émissions d'alertes et alarmes à chaque pénétration du terrain dans un volume de protection. Le problème posé par les systèmes TAWS est que la fin d'une alerte ou alarme est une indication de l'efficacité de la manoeuvre d'évitement entreprise mais pas de la fin du conflit avec le terrain qui n'intervient que lorsque l'aéronef peut reprendre un vol normal. En l'absence de signal de fin de conflit avec le terrain, l'équipage d'un aéronef attend d'être nettement au-dessus d'une altitude de sécurité pour mettre fin à une manoeuvre d'évitement du terrain entreprise à la suite d'une alerte ou alarme provenant d'un système TAWS, ce qui concourt à prolonger inutilement le temps de vol. Pour résoudre ce problème, la demanderesse a déjà proposé dans la demande de brevet français FR 2.848.661 un système TAWS utilisant, en plus des volumes de protection liés à l'aéronef et configurés pour à la détection des risques de collision avec le terrain, un volume supplémentaire de protection lié à l'aéronef, spécialement configuré pour détecter le moment où l'aéronef à la possibilité de mettre fin à la manoeuvre d'évitement pour voler à l'horizontal ou reprendre le cap et la pente suivis io antérieurement à la manoeuvre d'évitement. Ce volume supplémentaire de protection de reprise de route est défini, comme les autres volumes de protection par sa partie inférieure et frontale qui sert de palpeur et ne doit pas entrer en contact ni, a fortiori, pénétrer dans le terrain pour qu'il y ait possibilité de mettre fin à une manoeuvre d'évitement. 15 Après une manoeuvre d'évitement du terrain réussie, l'équipage de l'aéronef doit rejoindre la trajectoire prévue à son plan de vol car, dans la pratique, lorsqu'un système TAWS émet une alarme motivée, c'est que l'aéronef n'est plus sur la trajectoire prévue à son plan de vol. Avec le signal de fin de conflit avec le sol délivré par le système TAWS précité, l'équipage 20 a, en fonction de la configuration adoptée pour le volume supplémentaire de protection de reprise de route, soit la possibilité de reprendre un vol à l'horizontal mais sans garantie de liberté de manoeuvre dans le plan horizontal ni information sur sa marge inférieure de vitesse verticale, soit la possibilité de reprendre le cap et la pente suivis antérieurement à la 25 manoeuvre d'évitement ce qui peut ne pas suffire pour rejoindre la trajectoire initialement prévue lorsque le risque déjoué de collision avec le sol est la conséquence d'une erreur latérale de trajectoire.

L'invention a pour but de pallier les inconvénients précités en 30 fournissant à l'équipage d'un aéronef un signal de fin de conflit avec le sol garantissant une liberté de manoeuvre latérale et verticale et informant l'équipage sur la marge inférieure de vitesse verticale à respecter pour ne pas déclencher à nouveau une alerte ou une alarme de conflit avec le terrain.

L'invention a pour objet un système embarqué pour la prévention des collisions d'un aéronef avec le sol comportant : un détecteur de risque de collision du terrain par assimilation d'un risque de collision de l'aéronef avec le terrain dans un délai prédéterminé de prévision, à la pénétration d'une représentation topographique du terrain survolé élaborée à partir de données cartographiques mémorisées dans une base de données accessible de l'aéronef, dans au moins un volume de protection d'évolution lié à l'aéronef, localisé par rapport au terrain survolé au moyen d'un équipement de localisation embarqué et orienté dans la direction de io progression de l'aéronef, et un générateur de messages engendrant des alertes sur requête du détecteur de risque de collision. Ce système embarqué est remarquable en ce qu'il comporte en outre : - des moyens de vérification du respect par l'aéronef de minima de distances de sécurité par rapport au terrain survolé, 15 - des moyens de détermination d'une marge inférieure de vitesse verticale mettant en oeuvre un volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale, lié à l'aéronef, avec un profil longitudinal inférieur débutant, côté aéronef, par une trajectoire extrapolée de la trajectoire courante de l'aéronef progressivement basculée vers le bas, jusqu'à 20 pénétration de la représentation topographique du terrain survolé dans le volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale et assimilant l'amplitude angulaire de basculement trouvée à la marge inférieure de vitesse verticale, et -des moyens de déclenchement du générateur de message 25 requérant du générateur de message l'émission d'un message de fin de conflit avec le sol, avec indication de marge inférieure de vitesse verticale, après une fin de déclenchement du détecteur de risque de collision sol et confirmation par les moyens de vérification, du respect par l'aéronef, des minima de distances de sécurité. 30 Avantageusement, les minima de distance de sécurité dans le plan vertical, considérés par les moyens de vérification dépendent de la phase de vol de l'aéronef, définie en fonction de son niveau de vol, de sa vitesse et de sa distance à un aéroport. Avantageusement, les moyens de vérification prennent en compte 35 la position courante de l'aéronef et ses positions dans un future proche déduites d'une extrapolation de trajectoire élaborée à partir des paramètres de vol. Avantageusement, les moyens de vérification comportent un détecteur de minimum de marge verticale sensible à la pénétration de la représentation topographique du terrain survolé dans un volume supplémentaire de protection de marge verticale, lié à l'aéronef et présentant un profil de surface inférieure modélisant une trajectoire potentielle de remise à plat initiée à partir de la position courante de l'aéronef supposé être engagé dans une descente à forte pente proche de la limite admise dans des conditions normales d'exploitation. Avantageusement, les minima de distances de sécurité dans le plan horizontal, considérés par les moyens de vérification prennent en compte les distances latérales nécessaires à l'aéronef pour parcourir un hippodrome d'attente Avantageusement, le volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale a, initialement, la même conformation que le volume de protection d'évolution. Avantageusement, le volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale est constitué d'un volume de protection d'évolution 20 progressivement basculé dans son ensemble vers le bas. Avantageusement, le volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale a son profil longitudinal inférieur basculé vers le bas, par étapes successives et d'une manière dichotomique, jusqu'à pénétration de la représentation topographique du terrain survolé. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : une figure 1 est un schéma de principe d'un système 30 anticollisision terrain embarqué à bord d'un aéronef, - des figures 2 et 3 sont des vues, essentiellement dans le plan vertical, montrant les deux principales phases d'un évitement de terrain : la phase d'alerte et la phase de résolution du conflit, une figure 4 est une vue, en coupe verticale, d'une trajectoire d'évitement ne respectant pas de façon pérenne des consignes d'altitude minimale de sécurité, - une figure 5 est une vue en coupe verticale illustrant la configuration d'un volume supplémentaire de protection dédié à la vérification d'une marge verticale de sécurité et mis en oeuvre par le système TAWS selon l'invention, une figure 6 illustre une façon d'estimer la largeur minimale de l'espace nécessaire à un aéronef pour une libre évolution latérale mise en oeuvre par le système TAWS selon l'invention, des figures 7a, 7b et 7c sont des coupes horizontales et verticale montrant une trajectoire d'évitement et la manière dont elle respecte une marge latérale de sécurité, et - une figure 8 est une vue en coupe verticale illustrant une façon de déterminer une marge inférieure de vitesse verticale mise en oeuvre par le système TAWS selon l'invention.

La figure 1 montre un système embarqué d'anticollision terrain 1 dans son environnement fonctionnel à bord d'un aéronef. Celui-ci se compose essentiellement d'un calculateur 2 associé à une base de données 3 renfermant, entre autres, des données cartographiques et des données de performances concernant l'aéronef. La partie cartographique de la base de données 3 stocke des ensembles de valeurs d'élévation de terrain et de consignes d'altitude de sécurité correspondant à des échantillonnages, par une ou plusieurs grilles de localisation géographique, des points d'une région d'évolution plus ou moins étendue. La partie performance base de données 3 contient les 30 informations nécessaires à l'établissement des performances du moment de l'aéronef et notamment, de sa capacité à monter. Le calculateur 2 peut être un calculateur spécifique à l'équipement anticollision terrain ou un calculateur partagé avec d'autres tâches comme la gestion du vol ou le pilote automatique. En ce qui concerne l'anticollision 35 terrain, Il reçoit des équipements de navigation 4 de l'aéronef les principaux paramètres de vol dont la position de l'aéronef en latitude, longitude et altitude, et la direction et le module de son vecteur vitesse. A partir de ces paramètres de vol, il assume la fonction FLTA de détection des risques de collision avec le terrain en réalisant les opérations suivantes : - délimitation dans la région d'évolution couverte par la partie cartographique de la base de données 3, d'une zone de survol à portée de l'aéronef sur un délai supérieur au délai d'alerte recherché, - élaboration, à partir de valeurs d'élévations des points de cette zone de survol stockées dans la partie cartographique de la base de données 3, d'une représentation topographique du relief et/ou des obstacles au sol présents de cette zone de survol ou plutôt d'une surface MTCD (acronyme anglo-saxon pour "Minimum Terrain Clearance Distance") recouvrant le relief et/ou les obstacles de la zone de survol et tenant compte d'une marge verticale minimale de sécurité provenant des imprécisions des données cartographiques de la base de données 3 et de la connaissance de la position géographique de l'aéronef, - détermination à chaque instant, à partir des informations provenant des instruments de vol et de la partie performance de la base de données 3, d'au moins deux volumes de protection d'évolution qui sont inclus l'un dans l'autre et dirigés vers l'avant et le dessous de l'aéronef, et qui ne doivent pas entrer en contact avec le terrain ou les obstacles au sol survolés, -comparaison des élévations respectives des points des enveloppes des volumes de protection d'évolution avec celles des points de la surface MTCD au niveau de leurs échantillonnages par la grille de localisation géographique utilisée dans la base de données 3 pour détecter toute intrusion de la surface MTCD dans les volumes de protection d'évolution, et - à chaque détection d'intrusion, émission par l'intermédiaire d'un générateur de messages 5, d'une alerte "Caution" dès que le plus grand des volumes de protection d'évolution est touché et d'une alarme "Pull-up" ou Avoid Terrain" si le plus petit volume de protection d'évolution est également touché. Par ailleurs, pour faciliter l'évaluation et la résolution des risques de collision avec le terrain, par l'équipage de l'aéronef, le calculateur 2 affiche sur un écran 6 une carte du terrain survolé faisant ressortir les zones de terrain menaçantes. Cette carte en deux dimensions est constituée d'une représentation par courbes de niveau 7, du terrain survolé avec des fausses couleurs matérialisant l'ampleur du risque de collision correspondant à chaque tranche de terrain.

Un volume de protection d'évolution lié à l'aéronef délimite une partie de l'espace dans laquelle l'aéronef doit pouvoir évoluer dans un futur plus ou moins proche sans risque de collision avec le terrain. Son importance et sa forme dépendent du délai recherché entre l'émission d'une alerte ou alarme et la réalisation du risque correspondant de collision avec le terrain, ainsi que de la manoeuvrabilité de l'aéronef à l'instant considéré, c'est-à-dire des capacités d'évolution de l'aéronef qui sont liées à ses performances du moment, au module et à la direction de sa vitesse air, et à son attitude de vol (vol en ligne droite ou en virage, etc..). Il est défini par une enveloppe virtuelle sans réalité physique, dont seules les parties inférieure et frontale sont considérées car elles sont les seules voies de pénétration possibles dans le volume de protection, pour le terrain ou des obstacles au sol. Les parties inférieure et frontale de l'enveloppe d'un volume de protection d'évolution sont habituellement assimilées à une bande, d'axe transversal horizontal, suivant, avec un certain décalage vertical, la trajectoire qui serait suivie par l'aéronef dans le cas où son équipage viendrait à être averti d'un risque de collision terrain et lui ferait adopter, au bout d'un temps normal de réaction agrémenté d'une marge de sécurité plus ou moins longue, une trajectoire d'évitement en montée, avec une pente voisine du maximum de ses possibilités du moment. Cette bande, d'axe transversal horizontal, part d'en dessous de l'aéronef, à une distance verticale correspondant à une marge de sécurité à respecter pour l'aéronef vis à vis du sol. Elle va en s'élargissant pour tenir compte de l'incertitude de plus en plus grande sur la position prévisible de l'aéronef au fur et à mesure de l'augmentation du délai de prévision. Elle commence par se diriger dans la direction du déplacement courant de l'aéronef, puis s'incurve vers le haut jusqu'à adopter une pente de montée correspondant au maximum des possibilités de montée de l'aéronef. Dans la pratique, cette bande d'axe transversal horizontal à un profil longitudinal correspondant à celui d'une trajectoire potentielle comportant en première partie une extrapolation de la trajectoire suivie par l'aéronef, prédite à partir des informations de vol, délivrées par les équipements de vol 4 de l'aéronef et des informations de la partie performance de la base de données 3, en deuxième partie une trajectoire de manoeuvre d'évitement en montée avec une pente voisine du maximum des possibilités du moment, engagée sur le délai de prévision, et, entre les deux parties, une trajectoire de transition correspondant à une annulation de l'angle de roulis à une vitesse au plus typiquement de 15 /s et à une prise d'un angle de tangage correspondant à un facteur de charge de 0,5 g par exemple, jusqu'à obtention d'une pente de montée correspondant aux possibilités de montée du moment de l'aéronef.

Cette bande d'axe transversal horizontal sert de palpeur car c'est son franchissement par la surface MTCD recouvrant le relief et/ou les obstacles au sol qui sert de critère pour décider de la pénétration du terrain ou des obstacles au sol dans le volume de protection d'évolution et admettre l'existence d'un risque de collision.

Sur la figure 2, un aéronef A se déplace, en descente, à un instant t1 et dans une direction D, au-dessus d'un terrain de profil vertical R. Cet aéronef A est pourvu d'un équipement anticollision terrain qui met en oeuvre deux volumes de protection d'évolution inclus l'un dans l'autre : un grand volume de protection qui est utilisé pour des alertes signifiant à l'équipage que la trajectoire suivie devra être modifiée à court terme pour éviter le terrain et qui correspond à un premier palpeur d'alerte C, et un petit volume de protection qui est utilisé pour des alarmes signifiant à l'équipage de l'aéronef qu'il doit engager effectivement, de toute urgence, une manoeuvre d'évitement et qui correspond à un deuxième palpeur d'alarme W. Les deux palpeurs C et W utilisés pour les alertes et les alarmes modélisent des évitements du relief par le haut, entamés à des instants tl+Tpa et t1+Ta et nécessitant un temps de mise en oeuvre Tm. La détection des risques à court terme, de collision avec le terrain pour une alerte implique de prévoir la manoeuvre d'évitement par le haut au bout d'un délai plus grand que la détection à très court terme, des risques de collision terrain pour une alarme, ce qui se traduit par un décalage du palpeur C par rapport au palpeur W selon l'axe du temps, en direction du futur. Comme elle repose sur une prévision à plus long terme de la position de l'aéronef, elle est moins fiable. Pour lui conserver néanmoins la même sûreté de détection son palpeur C est également décalé vers le bas par rapport au palpeur W.

La figure 3 montre situation de l'aéronef A à un instant ultérieur t2 alors qu'il entame une remontée dans la direction E pour éliminer un risque signalé de collision avec le terrain. Les palpeurs C et W ont pris la nouvelle direction en montée E de l'aéronef A et se sont redressés puisque l'aéronef A est proche du maximum de ses possibilités de montée. Ils ne rencontrent plus le terrain R et la surface MTCD qui le recouvre, de sorte que le système anticollision terrain de l'aéronef A n'émet plus ni alerte ni alarme. L'arrêt des alerte et alarme de risque de collision avec le terrain informe l'équipage de la bonne efficacité de la manoeuvre d'évitement par le haut en cours mais ne le ~o renseigne pas sur la possibilité ou non de reprendre la trajectoire de descente qu'il suivait avant l'avènement de l'alerte de collision avec le terrain qu'il vient de traiter. Pour pallier ce manque d'information, le calculateur 2 du système d'anticollision terrain est doté, en plus de la fonction FLTA de détection des 15 risques de collision avec le terrain, d'une fonction supplémentaire COT (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne :"Clear Of Terrain) d'annonce de fin de conflit avec le terrain. Cette fonction COT activée après chaque cessation d'une alerte ou alarme de risque de collision avec le terrain, provoque l'émission, par le générateur de message 5, d'un message de fin 20 de conflit "Clear of Terrain" accompagné d'une information de marge inférieure de vitesse verticale, dès que l'aéronef vérifie à nouveau des minima de distance de sécurité par rapport au terrain survolé. Les minima de distance de sécurité par rapport au terrain vérifiés par la fonction COT d'annonce de fin de conflit peuvent concerner : une 25 altitude minimale de sécurité lors qu'il est possible d'en déterminer une, une marge minimale de manoeuvre dans le plan vertical et une marge minimale de manoeuvre dans le plan horizontal. L'altitude minimale de sécurité prise en considération se réfère au point géographique survolé que ce soit dans l'instant ou dans un futur 30 proche. Elle est extraite : - des altitudes minimales réglementaires MSA (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne :"Minimum Safe Altitude) imposées par les administrations des états dans des secteurs géographiques proches des aéroports ou sur les segments des procédures de navigation en approche 35 d'un terrain d'atterrissage, - des altitudes minimales réglementaires MEA (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne :"Minimum Enroute Altitude") garantissant la possibilité d'un guidage radioélectrique le long d'une route aérienne aboutissant à une balise, et - des altitudes minimales de sécurité mentionnées sur les cartes aériennes telles que les altitudes MORA (acronyme tiré de l'expression anglosaxonne :"Minimum Off Route Altitude), qu'elles soient de type "route", c'est-à-dire valables dans le voisinage d'une route aérienne, dix miles nautiques de part et d'autre, ou de type "grid", c'est-à-dire associées à une grille de localisation géographique présentant un maillage en minutes d'angles en latitude et longitude qui sont stockées dans la partie cartographique de la base de données 3. Lorsqu'il n'existe pas de valeurs d'altitudes minimales MSA, MEA, route MORA et grid MORA disponibles dans la base de données 3 pour la zone géographique survolée, essentiellement dans les régions voisines des calottes polaires, la fonction COT d'annonce de fin de conflit passe la vérification du respect des altitudes minima de sécurité faute de pouvoir les déterminer. Dès qu'il existe des valeurs d'altitudes minimales MSA, MEA, route MORA ou grid MORA disponibles dans la partie cartographique de la base de données 3 pour la zone géographique survolée, la fonction COT d'annonce de fin de conflit procède aux choix des valeurs d'altitude minimale à considérer, choix qu'elle fait dépendre de la phase de vol apparente de l'aéronef, à savoir : - décollage ou approche à l'atterrissage si les équipements de navigation 4 du bord indiquent que la distance de l'aéroport le plus proche est inférieure à 21 Nm, le niveau de vol inférieur à 10.000 ft et la vitesse air inférieure à 250 kts, - montée à l'altitude de croisière ou descente pour une approche à l'atterrissage si les équipements de navigation 4 du bord indiquent soit que la distance à l'aéroport le plus proche est supérieure à 21 Nm, soit que la vitesse air est supérieure à 250 kts, soit encore que le niveau de vol est supérieur à 10.000 ft, et - croisière, si les équipements de navigation 4 du bord indiquent que la distance de l'aéroport le plus proche est supérieure à 50 Nm ou que le niveau de vol est supérieur à 19.500 ft. Pour une phase de vol de décollage ou d'approche à l'atterrissage, l'altitude minimale de sécurité prise en considération pour une position donnée par la fonction COT d'annonce de fin de conflit est la plus élevée parmi l'altitude minimale réglementaire MSA et l'altitude grid MORA applicables à cette position. Pour une phase de vol de montée ou de descente, l'altitude minimale de sécurité prise en considération pour une position donnée, par la fonction COT d'annonce de fin de conflit est la plus élevée parmi l'altitude minimale réglementaire MSA, l'altitude grid MORA et l'altitude route MORA applicables à cette position. Pour une phase de vol de croisière, l'altitude minimale de sécurité prise en considération pour une position donnée par la fonction COT d'annonce de fin de conflit est la plus élevée parmi l'altitude minimale réglementaire MEA, l'altitude route MORA et l'altitude grid MORA applicables à cette position. La fonction COT d'annonce de fin de conflit effectue une vérification du respect d'une altitude minimale de sécurité non seulement pour la position courante de l'aéronef mais également, les positions qu'il va occuper dans un future proche. Pour ce faire, la fonction COT d'annonce de fin de conflit extrapole la trajectoire suivie par l'aéronef sur un certain délai, par exemple 20 secondes, en supposant qu'il conserve le même rayon de virage (éventuellement nul), la même vitesse sol et la même vitesse verticale, détermine à la manière indiquée précédemment des valeurs d'altitude minimale applicables au point courant et aux points de la trajectoire extrapolée et vérifie que ces valeurs sont bien respectées, c'est-à-dire que les niveaux de vol atteints par l'aéronef à sa position courante et sur les points de sa trajectoire extrapolée sont supérieurs aux valeurs d'altitude minimale prises en compte. La figure 4 illustre un exemple de situation où l'aéronef A quitte, au cours d'une manoeuvre d'évitement du terrain, une zone avec une valeur d'altitude minimale prise en compte V1 aitmin pour entrer dans une autre zone avec une valeur d'altitude minimale prise en compte V2a,tm;n nettement plus élevée, en passant à la transition dans la plage d'altitudes intermédiaires entre les deux valeurs Vlaltmin et V2aitmin. La prise en considération des positions occupées par l'aéronef dans un futur proche permet à la fonction COT d'annonce de fin de conflit d'éviter de faire émettre par le générateur de message 5 un message de fin de conflit lors que le respect par l'aéronef de l'altitude minimum de sécurité n'est que transitoire. Les minima de distance de sécurité par rapport au terrain surveillés par la fonction COT d'annonce de fin de conflit peuvent concerner une marge verticale de sécurité. Pour ce faire, la fonction COT d'annonce de fin de conflit, reprend le principe de fonctionnement des systèmes TAWS qui consiste à s'assurer d'une absence d'intrusion, dans un volume de protection lié à l'aéronef d'éléments de la représentation topographique du relief de la zone survolée élaborée pour la mise en oeuvre de la fonction FLTA de détection des risques de collision avec le terrain. Comme dans le système TAWS avec aide au retour au vol normal décrit dans la demande de brevet français FR 2.848.661 déposé par la demanderesse, le volume de protection utilisé est un volume de protection supplémentaire lié à l'aéronef mais celui-ci est conformé dans l'unique but de vérifier l'existence d'une marge verticale minimale de sécurité en dessous de l'aéronef.

Comme montré à la figure 5, le profil longitudinal inférieur du volume supplémentaire de protection de marge verticale 10 correspond à une trajectoire potentielle de remise à plat que suivrait l'aéronef depuis sa position courante, sur une courte durée, par exemple 120 secondes, s'il était engagé, au niveau de sa position courante, dans une descente à forte pente, par exemple 6.000 ft/min, proche de la limite admise dans des conditions normales d'exploitation. L'aéronef A est montré dans deux positions successives a' et a" au cours d'une manoeuvre d'évitement vertical du terrain exécutée pour résoudre un risque de collision avec le terrain détecté par la fonction FTLA, une première position a' dans laquelle l'aéronef n'a pas encore pu reconstituer une marge verticale suffisante, le volume supplémentaire de protection de marge verticale 10 interceptant le relief MTCD et une deuxième position a" où l'aéronef a enfin pu reconstituer une marge verticale suffisante, le volumesupplémentaire de protection de marge verticale n'interceptant plus le relief MTCD.

Les minima de distance de sécurité par rapport au terrain surveillés par la fonction COT d'annonce de fin de conflit peuvent aussi concerner une marge latérale de sécurité qui sert à s'assurer qu'il n'existe plus de restriction à la liberté d'évolution latérale de l'aéronef. Pour ce faire, la fonction COT d'annonce de fin de conflit détermine une distance horizontale minimale de séparation par rapport aux reliefs ou obstacles terrestres atteignant ou dépassant le niveau de vol courant de l'aéronef et s'assure que cette valeur minimale de distance de séparation est respectée par l'aéronef. io Pour la détermination de la valeur de la distance horizontale minimale de séparation, la fonction COT d'annonce de fin de conflit procède à une estimation du rayon de la surface horizontale nécessaire à l'aéronef pour décrire un hippodrome d'attente, d'un côté ou de l'autre de sa trajectoire actuelle sans modifier sa vitesse actuelle ou être soumis en virage à des 15 contraintes mécaniques dépassant un certain seuil de tolérance exprimé par un angle limite de roulis. Comme montré à la figure 6, ce rayon est celui du cercle circonscrit aux deux trajectoires possibles 40, 41 pour l'hippodrome d'attente augmenté d'une marge de sécurité. Les deux trajectoires 40, 41 possibles pour l'hippodrome d'attente 20 forment deux lobes tangents à la route courante 42 de l'aéronef. Chacune d'elles comporte deux longueurs HLD_L réunies par deux demi-tours de rayon HLD_T. La valeur des longueurs HLD_L est une donnée de configuration définie en temps de vol ou en distance parcourue au sol. La valeur du rayon 25 HLD_T des demi-tours supposés effectués à plat, à vitesse sol GS et à angle de roulis HLD_B constant, répond à la relation : HLD T = GSZ g x tan(HLD _ B) la vitesse sol GS étant une donnée fournie par les équipements de l'aéronef, HLD_B une donnée de configuration calculée en fonction des performances 30 théoriques de l'aéronef et g l'accélération de la pesanteur. La valeur du rayon HLD_R du cercle 43 circonscrit aux deux trajectoires possibles 40, 41 pour l'hippodrome d'attente, répond à la relation : HLD R=HLD T+ (HLD_L 2 +HLD T2 \ 2 Sd ==HLD M + HLD T + ~HLD_L\2+HLD T2 2 - HLD_M étant une marge de sécurité supplémentaire par rapport au rayon HLD_R du cercle circonscrit aux deux trajectoires possibles 40, 41 de l'hippodrome d'attente. Pour s'assurer du respect de la valeur adoptée Sd pour la marge latérale minimale de sécurité vis à vis du relief et des obstacles au sol, la fonction COT d'annonce de fin de conflit élabore à partir de la partie cartographique de la base de données 3, la carte des reliefs et obstacles de la région survolées atteignant ou dépassant une altitude correspondant au niveau de vol courant de l'aéronef diminué d'une marge verticale de sécurité, par exemple 1000 pieds, et trace sur cette carte des lignes iso-distances par rapport aux reliefs et obstacles, par exemple, en utilisant une transformée de distance par propagation, comme décrit par la demanderesse dans la demande de brevet français FR 2.864.312. Les figures 7a, 7b et 7c illustrent un cas d'évitement vertical du terrain où la trajectoire initiale de l'aéronef ayant motivé une alarme de risque de collision avec le terrain ("Pull up") ne respecte pas la marge latérale minimale. Comme représenté sur la coupe verticale de la figure 7a, l'aéronef A exécute une manoeuvre d'évitement vertical du terrain pour résoudre un risque de collision avec le terrain détecté par la fonction FTLA, peu de temps après son passage à la position a1. La coupe horizontale de la figure 7b pratiquée au niveau de vol adopté par l'aéronef A à la position a1, montre que l'aéronef A lorsqu'il passe la position a1, ne respecte pas la marge latérale minimale de sécurité repérée par la ligne Mli entourant les reliefs R1 atteignant ou dépassant l'altitude courante de l'aéronef. L'aéronef A n'a donc plus une complète liberté de manoeuvre latérale dans cette position a1, ce qui, en soit, peut paraître normal à un équipage dont l'aéronef est en approche d'un terrain d'atterrissage en zone montagneuse. Le caractère anormal de la situation En final, la valeur Sd de la marge latérale minimale adoptée par la fonction d'annonce de fin de conflit répond à la relation : apparaît cependant à l'équipage en raison du message d'alarme de risque de collision avec le sol "Pull up" qui est immédiatement suivi de l'exécution d'une manoeuvre d'évitement vertical du terrain. Au cours de la remontée de l'aéronef consécutive à l'exécution de la manoeuvre d'évitement vertical, les reliefs atteignant ou dépassant le niveau de vol de l'aéronef se font de plus en plus rares et présentent une surface de coupe horizontale de plus en plus faible diminuant d'autant les risques de collision avec le terrain. Comme le montre la figure 7c, il faut attendre que la trajectoire d'évitement soit engagée au-delà de la position a2 pour que la prise d'altitude de l'aéronef lui permette enfin de respecter la marge latérale minimale repérée par la ligne MI2 entourant le relief R2 atteignant ou dépassant l'altitude courante de l'aéronef. La fonction COT d'annonce de fin de conflit, qui est activée à chaque fin d'alerte ou alarme de risque de collision avec le terrain émise à l'initiative de la fonction FLTA de détection des risques de collision avec le terrain, procède pour s'assurer du respect de minima de sécurité dont elle fait dépendre une requête d'émission d'un message "Clear of terrain", de préférence à : - une vérification du respect des altitudes minimales de sécurité par l'aéronef dans sa position courante et dans les positions qu'il va parcourir à court terme (sur 20 secondes) lorsque de telles altitudes minimales ont pu être déterminées par suite de l'existence dans la base de données 3, d'altitudes minimales de sécurité MSA, route MORA ou grid MORA valables pour les positions géographiques considérées, - une vérification de marge verticale, et/ou - une vérification de marge latérale. Lorsque la vérification du respect des altitudes minimales de sécurité n'a pu avoir lieu faute d'altitudes minimales déterminables, la fonction COT d'annonce de fin de conflit procède aux deux vérifications des marges verticale et latérale. Lorsque la vérification du respect des altitudes minimales de sécurité a pu avoir lieu, la fonction COT d'annonce de fin de conflit peut se satisfaire de la seule vérification de la marge latérale ou procéder aux deux vérifications des marges verticale et latérale. Une fois constaté le respect des minima de sécurité, la fonction COT d'annonce de fin de conflit engendre sa requête d'émission d'un message de fin de conflit ("Clear of terrain") à destination du générateur de message 5 et procède à la détermination de la marge inférieure de vitesse verticale. Pour déterminer la marge inférieure de vitesse verticale, la fonction COT d'annonce de fin de conflit, reprend le principe de fonctionnement des systèmes TAWS qui consiste à s'assurer d'une absence d'intrusion, dans un volume de protection lié à l'aéronef, d'éléments d'une représentation topographique du relief de la zone survolée. Elle se sert d'un volume supplémentaire de protection lié à l'aéronef initialement conformé comme celui utilisé par la fonction FTLA pour les alertes de risque de collision avec le terrain et déformé jusqu'à ce qu'il soit pénétré par la représentation topographique du relief de la zone survolée. Comme montré à la figure 8, la conformation du volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale est initialement la même que celle décrite dans le préambule de la description, pour le volume de protection d'évolution utilisé pour les alertes par la fonction FTLA avec un profil longitudinal inférieur 80 correspondant à celui d'une trajectoire potentielle comportant en première partie une extrapolation de la trajectoire suivie par l'aéronef, en deuxième partie une trajectoire de manoeuvre d'évitement en montée avec une pente voisine du maximum des possibilités du moment, engagée sur le délai de prévision, et, entre les deux parties, une trajectoire de transition. Au cours du processus de détermination de la marge inférieure de vitesse verticale, le profil longitudinal inférieur du volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale est déformé par l'adoption, en première partie, d'une trajectoire extrapolée prenant en considération une vitesse verticale de plus en plus prononcée vers le bas, le rendant de plus en plus ventru jusqu'à ce qu'il soit pénétré par la représentation topographique du relief de la zone survolée. La déformation peut s'effectuer pas à pas en prenant un écart unitaire supérieur à, par exemple, 100ft/min entre deux valeurs de vitesse verticale tout en ne considérant que les valeurs de vitesse verticale supérieures à 6.000 ft/min. Elle peut aussi s'effectuer par dichotomie en considérant au cours d'une première itération un profil longitudinal inférieur 81 correspondant à une vitesse verticale VZ, prise égale à la vitesse verticale courante de l'aéronef VZo diminuée de la moitié de sa différence avec une vitesse verticale de Vzm prise égale à -6.000ft/min : Uz,=Koùv,)/2 Puis, soit remplacer (profil 81) la vitesse verticale Vzm par la vitesse verticale VZ, si la représentation topologique du terrain pénètre le profil longitudinal inférieur obtenu, soit remplacer (profil 81) la vitesse verticale VZo par la vitesse verticale VZ, si la représentation topologique du terrain ne pénètre pas le profil longitudinal inférieur obtenu et recommencer jusqu'à ce que l'écart entre deux valeurs successives VZ1, VZ(;+,) n'excède pas 100ft/min. La différence entre la vitesse verticale courante et la vitesse verticale atteinte lors de la pénétration de la représentation topologique du relief dans le volume supplémentaire déformé de protection de marge inférieure de vitesse verticale donne la marge inférieure de vitesse verticale que l'aéronef ne peut franchir sans déclencher à nouveau une alerte ou une alarme de collision terrain de la part de la fonction FTLA. Cette marge est affichée sur l'écran de navigation du bord afin d'être prise en compte par l'équipage dans la manoeuvre de rejointe de la trajectoire initialement prévue au plan de vol. En variante, la déformation du volume supplémentaire de protection de marge inférieure de vitesse verticale peut n'être qu'un simple pivotement vertical vers le bas de son profil longitudinal inférieur, effectué autour d'une origine liée à l'aéronef.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Système embarqué pour la prévention des collisions d'un aéronef (A) avec le sol comportant : un détecteur de risque de collision du terrain par assimilation d'un risque de collision de l'aéronef (A) avec le terrain dans un délai prédéterminé de prévision, à la pénétration d'une représentation topographique (MTCD) du terrain survolé élaborée à partir de données cartographiques mémorisées dans une base de données (3) accessible de l'aéronef (A), dans au moins un volume de protection d'évolution (C, W) lié à l'aéronef (A), localisé par rapport au terrain survolé au moyen d'un équipement de localisation (4) embarqué et orienté dans la direction de progression de l'aéronef, et un générateur de messages (5) engendrant des alertes sur requête du détecteur de risque de collision ; ledit système embarqué étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - des moyens de vérification du respect par l'aéronef (A) de minima de distances de sécurité par rapport au terrain survolé, - des moyens de détermination d'une marge inférieure de vitesse verticale mettant en oeuvre un volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale, lié à l'aéronef (A), avec un profil longitudinal inférieur (80 à 84) débutant, côté aéronef, par une trajectoire extrapolée de la trajectoire courante de l'aéronef basculée vers le bas, jusqu'à pénétration de la représentation topographique (MTCD) du terrain survolé dans le volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale et assimilant l'amplitude angulaire de basculement trouvée à la marge inférieure de vitesse verticale, et -des moyens de déclenchement du générateur de message (5) requérant du générateur de message (5) l'émission d'un message de fin de conflit avec le sol, avec indication de marge inférieure de vitesse verticale, après une fin de déclenchement du détecteur de risque de collision sol et confirmation par les moyens de vérification, du respect par l'aéronef (A), des minima de sécurité.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les minima de distance de sécurité dans le plan vertical, considérés par les moyens de vérification dépendent de la phase de vol de l'aéronef (A), définieen fonction de son niveau de vol, de sa vitesse et de sa distance à un aéroport.

3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de vérification prennent en compte la position courante de l'aéronef (A) et ses positions dans un future proche déduites d'une extrapolation de trajectoire élaborée à partir des paramètres de vol.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 10 moyens de vérification prennent en compte la position courante de l'aéronef (A) et ses positions dans la vingtaine de secondes à venir.

5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de vérification comportent un détecteur de minimum de marge 15 verticale sensible à la pénétration de la représentation topographique (MTCD) du terrain survolé dans un volume supplémentaire (10) de protection de marge verticale lié à l'aéronef (A) présentant un profil de surface inférieure modélisant une trajectoire potentielle de remise à plat initiée à partir de la position courante de l'aéronef supposé être engagé dans une de 20 descente à forte pente proche de la limite admise dans des conditions normales d'exploitation.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume supplémentaire de protection de marge verticale a un profil de 25 surface inférieure modélisant sur une trajectoire de remise à plat sur un délai de l'ordre de deux minutes.

7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les minima de distance de sécurité dans le plan horizontal, considérés par les 30 moyens de vérification dans le plan horizontal, prennent en compte les distances latérales nécessaires à l'aéronef (A) pour parcourir un hippodrome d'attente

8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 35 volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale a,initialement, la même conformation qu'un volume de protection d'évolution (C, W)•

9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale est constitué d'un volume de protection d'évolution progressivement basculé dans son ensemble vers le bas.

10. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ~o volume supplémentaire de protection de marge de vitesse verticale a son profil longitudinal inférieur (80 à 84) basculé vers le bas, par étapes successives et d'une manière dichotomique, jusqu'à pénétration de la représentation topographique (MTCD) du terrain survolé.