FR2958032A1 - Systeme et procede de detection de turbulences de sillage d'un aeronef - Google Patents

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Abstract

Système de détection de turbulences de sillage (SDTS) d'un premier aéronef, apte à être embarqué à bord d'un deuxième aéronef, comprenant : - des premiers moyens de détermination (DET1) du roulis (Roll2) du deuxième aéronef ; - des deuxièmes moyens de détermination (DET2) d'une enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence représentative d'une turbulence de sillage créée par le premier aéronef ; - des moyens de comparaison (COMP), sur une fenêtre glissante, du roulis (Roll2) du deuxième aéronef et de l'enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence ; et - des moyens d'alarme (AL) pour prévenir le pilote du deuxième aéronef de la détection de turbulences de sillage du premier aéronef lorsque ladite comparaison est inférieure à un seuil de ressemblance (SS).

Description

Système et procédé de détection de turbulences de sillage d'un aéronef
L'invention porte sur un système et un procédé de détection de 5 turbulences de sillage d'un aéronef. Les turbulences de sillage sont des turbulences aérodynamiques qui se forment derrière un aéronef. Ces turbulences comprennent les phénomènes de jet de réacteurs ou "jetwash" en langue anglaise, et de tourbillon marginal. 10 Le jet de réacteurs est dû aux gaz expulsés par les réacteurs d'un aéronef, et est un phénomène extrêmement violent, mais de courte durée. A l'inverse, un tourbillon marginal correspond à des turbulences aux extrémités des ailes et sur leur surface supérieure. Elles sont moins violentes, mais peuvent perdurer jusqu'à plusieurs minutes après le passage d'un aéronef, et 15 sont ainsi une cause sournoise d'accidents d'aéronefs. La turbulence de sillage augmente la traînée d'un aéronef et est particulièrement dangereuse pour un autre aéronef qui se trouve derrière dans une phase de décollage ou dans une phase d'atterrissage pour plusieurs raisons : 20 dans ces phases, la vitesse de l'aéronef est réduite et son angle d'attaque élevé, ce qui favorise l'apparition de ces turbulences ; dans ces phases, l'aéronef est à vitesse réduite proche du décrochage et proche du sol, aussi Il dispose d'une faible marge de manoeuvre en cas d'incident ; et 25 les trajectoires d'aéronefs sont plus denses à proximité des aérodromes. Au décollage et à l'atterrissage, les turbulences de sillage s'étendent vers l'arrière de l'appareil, mais aussi autour de la piste quand l'atmosphère est calme, par exemple lorsqu'il y a peu de vent ou peu de 30 turbulences. Quand le vent souffle en travers des pistes, il déporte ces turbulences sur un côté de la piste, de sorte qu'elles peuvent atteindre une piste voisine ou parallèle et être dangereuses. Un e turbulence de sillage est donc également particulièrement inconfortable pour les passagers de l'aéronef.
Actuellement, seule l'expérience du pilote d'aéronef permet de sortir d'une emprise de turbulences de sillage et la prévention consiste en la mise en place de distances de séparation suffisantes entre deux aéronefs successifs pour que des turbulences de sillage crées par un aéronef ne posent plus de danger à un aéronef qui le suit. Avec l'apparition d'aéronefs de très grande taille ou gros porteurs, la densification du trafic et les demandes de réduction des distances de séparation, le risque pour un aéronef de subir des turbulences de sillage est de plus en plus élevé.
Un but de l'invention est de limiter le risque pour un pilote d'aéronef d'être surpris par des turbulences de sillage et d'avoir une réaction inappropriée. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de détection de turbulences de sillage d'un premier aéronef, apte à être embarqué à bord d'un deuxième aéronef. Le système comprend : des premiers moyens de détermination du roulis du deuxième aéronef ; des deuxièmes moyens de détermination d'une enveloppe de courbes de roulis de référence représentative d'une turbulence de sillage créée par le premier aéronef ; des moyens de comparaison, sur une fenêtre glissante, du roulis du deuxième aéronef et de l'enveloppe de courbes de roulis de référence ; et des moyens d'alarme pour prévenir le pilote du deuxième aéronef de la détection de turbulences de sillage du premier aéronef lorsque ladite 25 comparaison est inférieure à un seuil de ressemblance. Un tel système permet d'alerter un pilote avant qu'il ne s'en aperçoive lui-même, de la présence de turbulences de sillage, ce qui peut lui permettre d'immédiatement mettre en application des procédures appropriées pour éviter une aggravation de la situation. 30 Dans un mode réalisation, les deuxièmes moyens de détermination comprennent des premières entrées comprenant des paramètres de fonctionnement dudit premier aéronef. Par exemple, lesdites premières entrées comprennent la vitesse du premier aéronef, et/ou de la masse du premier aéronef, et/ou l'envergure 35 du premier aéronef, et/ou de la phase de vol du premier aéronef, et/ou le type dudit premier aéronef, pour déterminer ladite enveloppe de courbes de roulis de référence. Ces données sont déjà déterminées par un aéronef, et peuvent être transmis aux autres aéronefs, soit directement par l'aéronef, soit de 5 manière relayée par une station au sol. Selon un mode de réalisation, les premiers moyens de détermination du roulis du deuxième aéronef comprennent une centrale inertielle. Les aéronefs possèdent déjà une centrale inertielle, par obligation, 10 qui mesure les variations de roulis qui permettent de calculer le roulis ou angle de roulis. Il en existe plusieurs modèles de précision et fiabilité différentes, mais comme l'erreur d'une centrale inertielle est connue, la qualité de celle-ci ne change en rien les calculs mis en oeuvre dans le système. 15 Dans un mode de réalisation, les moyens de comparaison sont adaptés pour comparer, sur la fenêtre glissante, ledit roulis du deuxième aéronef et ladite enveloppe de courbes de roulis de référence, par comparaison d'une fonction appliquée audit roulis et de ladite fonction appliquée à ladite enveloppe de courbes de roulis de référence. 20 Il est en effet possible, d'appliquer une fonction à l'angle de roulis, de manière à améliorer la précision de la détection, et limiter les fausses détections ou les détections manquées. Ladite fonction appliquée peut comprendre des gaussiennes. Un tel traitement statistique permet de qualifier le taux de 25 détection et d'affiner les paramètres de la fonction pour atteindre le taux de fausses détection ou de détections manquées satisfaisant pour l'utilisateur. Par exemple, ladite enveloppe de courbes de roulis de référence comprend des courbes issues des modèles de turbulence de sillage de type P2P, APA ou WAKE4D. 30 Selon un mode de réalisation, les deuxièmes moyens de détermination comprennent, en outre, des deuxièmes entrées comprenant des paramètres externes du premier aéronef. Par exemple, lesdites deuxièmes entrées comprennent la position du premier aéronef, le vent dans l'espace séparant les premier et deuxième 35 aéronefs, et/ou la température dans l'espace séparant les premier et deuxième aéronefs, pour déterminer ladite enveloppe de courbes de roulis de référence. Ainsi, la précision de la détection est encore améliorée. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un aéronef équipé d'un système selon 'une des revendications précédentes. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de détection de turbulences de sillage d'un premier aéronef, subi par un deuxième aéronef, dans lequel : on détermine le roulis du deuxième aéronef ; io on détermine une enveloppe de courbes de roulis de référence représentative d'une turbulence de sillage créée par le premier aéronef ; on compare, sur une fenêtre glissante, le roulis du deuxième aéronef et l'enveloppe de courbes de roulis de référence ; et on alerte le pilote du deuxième aéronef de la détection de turbulences de 15 sillage du premier aéronef lorsque ladite comparaison est inférieure à un seuil de ressemblance.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les 20 dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un système de détection de turbulences de sillage, selon un aspect de l'invention ; la figure 2 illustre schématiquement un système de détection de turbulences de sillage, selon un autre aspect de l'invention ; et 25 la figure 3 représente schématiquement la comparaison entre le roulis du deuxième aéronef et l'enveloppe de courbes de roulis de référence, selon un aspect de l'invention.
Sur les différentes figures, les éléments ayant des références 30 identiques sont similaires. Sur la figure 1, est représenté un système se détection de turbulences de sillage SDTS d'un premier aéronef, apte à être embarqué à bord d'un deuxième aéronef. Le système SDTS comprend un premier module de détermination 35 DET1 de l'angle de roulis, également nommé simplement roulis Rolle, du deuxième aéronef, à bord duquel est embarqué le système de détection de turbulences de sillage SDTS. Le système comprend également un deuxième module de détermination DET2 d'une enveloppe CRollRef de courbes de roulis de référence représentative d'une turbulence de sillage créée par le premier aéronef, telle que représentée sur la figure 3 et un module de comparaison COMP, sur une fenêtre glissante, du roulis du deuxième aéronef et de l'enveloppe CRollRef de courbes de roulis de référence. Un module d'alarme AL permet de prévenir le pilote du deuxième aéronef de la détection de turbulences de sillage générées par le du premier aéronef lorsque ladite comparaison effectuée par le module de comparaison COMP est inférieure ou égale à un seuil de ressemblance SS. Le seuil de ressemblance peut, par exemple, être une valeur constante pour une comparaison dans la fenêtre glissante, ou de nature statistique telle une gaussienne extraite des valeurs pour le deuxième aéronef comparée à la gaussienne de référence par une fonction de corrélation de type x2. L'enveloppe CRollRef de courbes de roulis de référence peut être élaborée à partir de d'une banque de données de signatures obtenues à partir de campagnes de mesures (par exemple des campagnes de mesure dans des aéroports effectuées depuis les années 1990). Une signature s'entend par des valeurs prises par un ensemble de paramètres représentatifs, en l'espèce une courbe de roulis. Ces signatures sont associées à des aéronefs particuliers pour une certaine plage de vitesses et dans une configuration ou phase de vol particulière par exemple en approche. Le modèle de signature générique est extrait en considérant la variabilité de la plage de vitesse, l'impact de la configuration avion et la variation de poids, ce sont les principaux paramètres influençant les courbes de roulis de référence. Pour un nouveau porteur ou un porteur n'ayant pas été mesuré lors des campagnes ou ne pouvant se joindre à une campagne ou voler sur un aéroport équipé, la signature générique peut être obtenue en traitant les plages de variabilité (vitesse, poids, configuration) par un modèle de wake vortex approuvé (à ce jour il en existe 3 : P2P, APA et WAKE4D). Le deuxième module de détermination DET2 comprend des premières entrées comprenant des paramètres de fonctionnement du premier aéronef. Les premières entrées peuvent comprendre, par exemple, la vitesse v1 du premier aéronef, et/ou de la masse m1 du premier aéronef, et/ou l'envergure I1 du premier aéronef, et/ou de la phase de vol pv1 du premier aéronef, et/ou le type t1 dudit premier aéronef, pour déterminer ladite enveloppe CRollRef de courbes de roulis de référence. Le premier module de détermination MOD1 comprend, en l'espèce, une centrale inertielle. Les aéronefs sont déjà obligés de posséder une centrale inertielle, qui mesure les variations de l'angle de roulis de l'aéronef qui permettent de calculer le roulis ou angle de roulis, par intégration temporelle. Il en existe plusieurs modèles de précision et fiabilité différentes, mais comme l'erreur d'une centrale inertielle est connue, la qualité de celle-ci ne change en rien les calculs mis en oeuvre dans le système. Les moyens de comparaison COMP sont adaptés pour comparer, sur la fenêtre glissante, le roulis Rolle du deuxième aéronef et ladite enveloppe CRollRef de courbes de roulis de référence, par comparaison d'une fonction appliquée audit roulis et de cette même fonction appliquée à ladite enveloppe de courbes de roulis de référence. Cette fonction peut, par exemple, tenir compte de la variation d'intensité sur un intervalle représentatif, tenir compte du temps de renversement du roulis soit au passage à l'optimum soit au changement de signe. Aussi, cette fonction peut, par exemple être la dérivée temporelle de la fonction de roulis. L'enveloppe CRollRef de courbes de roulis de référence peut, par exemple être déterminée en utilisant des courbes issues des modèles de turbulence de sillage de type P2P, APA ou WAKE4D, auxquels des variations d'entrées sont appliquées pour établir un faisceau de courbes, duquel est extraite l'enveloppe. Sur la figure 2 est illustrée une variante du mode de réalisation du système de la figure 1, dans lequel le deuxième module de détermination DET2 comprennent, en outre, des deuxièmes entrées comprenant des paramètres externes du premier aéronef. En l'espèce, les deuxièmes entrées comprennent, par exemple, la position du premier aéronef, le vent dans l'espace séparant les premier et deuxième aéronefs, et/ou la température dans l'espace séparant les premier et deuxième aéronefs, pour déterminer ladite enveloppe de courbes de roulis de référence. Ces paramètres supplémentaires permettent d'ajouter une anticipation des alertes, en remplaçant des estimations par des mesures, et ainsi réduire la variabilité de l'enveloppe établie par la première variante de réalisation, ce qui réduit directement le taux de fausses alertes et d'alertes manquées. L'invention permet d'informer le pilote d'un aéronef afin qu'il puisse prendre des dispositions, par exemple en appliquant une procédure ~o prédéfinie, afin d'éviter d'aggraver la situation.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Système de détection de turbulences de sillage (SDTS) d'un premier aéronef, apte à être embarqué à bord d'un deuxième aéronef, comprenant : des premiers moyens de détermination (DET1) du roulis (Roll2) du deuxième aéronef ; des deuxièmes moyens de détermination (DET2) d'une enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence représentative d'une turbulence de sillage créée par le premier aéronef ; des moyens de comparaison (COMP), sur une fenêtre glissante, du roulis (Ro112) du deuxième aéronef et de l'enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence ; et des moyens d'alarme (AL) pour prévenir le pilote du deuxième aéronef de la détection de turbulences de sillage du premier aéronef lorsque ladite comparaison est inférieure à un seuil de ressemblance (SS).
  2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les deuxièmes moyens de détermination (DET2) comprennent des premières entrées comprenant des paramètres de fonctionnement dudit premier aéronef.
  3. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites premières entrées comprennent la vitesse (vi) du premier aéronef, et/ou de la masse (mi) du premier aéronef, et/ou l'envergure (Ii) du premier aéronef, et/ou de la phase de vol (pvi) du premier aéronef, et/ou le type (ti) dudit premier aéronef, pour déterminer ladite enveloppe de courbes de roulis de référence.
  4. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premiers moyens de détermination (DET1) du roulis du deuxième aéronef comprennent une centrale inertielle.
  5. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de comparaison (COMP) sont adaptés pour comparer, sur la fenêtre glissante, ledit roulis (Roll2) du deuxième aéronef et ladite enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence, par comparaison d'une fonction appliquée audit roulis (RoIl2) et de ladite fonction appliquée à ladite enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence.
  6. 6. Système selon la revendication 4, dans lequel ladite fonction appliquée comprend des gaussiennes.
  7. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence comprend des courbes de type P2P, APA ou WAKE4D.
  8. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes moyens de détermination (DET2) comprennent, en outre, des deuxièmes entrées comprenant des paramètres externes du premier aéronef.
  9. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites deuxièmes entrées comprennent la position (p1) du premier aéronef, le vent (w) dans l'espace séparant les premier et deuxième aéronefs, et/ou la température (temp) dans l'espace séparant les premier et deuxième aéronefs, pour déterminer ladite enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence.
  10. 10. Aéronef équipé d'un système selon l'une des revendications précédentes.
  11. 11. Procédé de détection de turbulences de sillage d'un premier aéronef, subi par un deuxième aéronef, dans lequel : on détermine le roulis (Roll2) du deuxième aéronef ; on détermine une enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence représentative d'une turbulence de sillage créée par le premier aéronef ; on compare, sur une fenêtre glissante, le roulis (RoIl2) du deuxième aéronef et l'enveloppe (CRollRef) de courbes de roulis de référence ; et on alerte le pilote du deuxième aéronef de la détection de turbulences de sillage du premier aéronef lorsque ladite comparaison est inférieure à un seuil de ressemblance.15
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