FR3041121A1 - Procede de controle d'un aeronef suiveur par rapport a des tourbillons generes par un aeronef meneur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de contrôle de la trajectoire d'un aéronef suiveur (20) par rapport à la trajectoire d'un aéronef meneur (10) générant des tourbillons, le procédé comportant les étapes consistant : - à recueillir des données relatives à l'aéronef meneur (10), à l'aéronef suiveur (20) et à l'environnement atmosphérique, - à calculer un écart entre une position actuelle de l'aéronef suiveur et une position à atteindre pour l'aéronef suiveur, la position à atteindre correspondant à une position où l'aéronef suiveur (20) utilise au mieux l'effet des tourbillons (14a-b), - à déterminer des commandes à appliquer à des gouvernes de l'aéronef suiveur (20) pour annuler l'écart ainsi calculé, - à commander les gouvernes de l'aéronef suiveur (20) selon les commandes ainsi déterminées, et - à boucler sur l'étape consistant à calculer. Un tel procédé permet d'optimiser la position de l'aéronef suiveur par rapport aux tourbillons de l'aéronef meneur.
Description
PROCEDE DE CONTROLE D’UN AERONEF SUIVEUR PAR RAPPORT A DES TOURBILLONS GENERES PAR UN AERONEF MENEUR
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de contrôle d’un aéronef suiveur permettant d’évaluer les positions des centres de tourbillons générés par un aéronef meneur pour permettre de commander le positionnement de l’aéronef suiveur par rapport à ces centres de tourbillons, ainsi qu'un aéronef pour lequel un tel procédé de contrôle est mis en œuvre.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Un aéronef en vol génère dans son sillage deux tourbillons, avec un tourbillon partant de chacune de ses ailes du fait de la différence de pression entre l’intrados et l’extrados de l’aile, et de la défi exion de l’écoulement d’air vers le bas qui en résulte.
Ces tourbillons sont des tourbillons contrarotatifs et sont caractérisés par un champ de vent globalement ascendant à l’extérieur des tourbillons et globalement descendant entre les tourbillons. A partir des ailes, les tourbillons tendent d’abord à se rapprocher l’un de l’autre, puis à maintenir une distance plus ou moins constante entre eux tout en perdant de l’altitude par rapport à l’altitude à laquelle ils ont été générés.
Du fait de cette configuration des tourbillons, il est intéressant, pour un aéronef suiveur qui suit l’aéronef meneur générant les tourbillons, de pouvoir profiter des vents ascendants afin de réduire sa consommation de carburant.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de contrôle qui permet d’estimer la position des tourbillons générés par un aéronef meneur afin de contrôler la trajectoire d’un aéronef suiveur dans lequel est implanté un tel procédé de contrôle afin de pouvoir bénéficier des vents ascendants des tourbillons générés par l’aéronef meneur. A cet effet, est proposé un procédé de contrôle de la trajectoire d’un aéronef, dit aéronef suiveur présentant un processeur et un système de navigation, par rapport à la trajectoire d’un aéronef, dit aéronef meneur situé devant l’aéronef suiveur et générant des tourbillons, le procédé de contrôle comportant : - une étape de recueil au cours de laquelle le processeur recueille des données relatives à l’aéronef meneur et à l’aéronef suiveur, ces données comprenant des données relatives à l’environnement atmosphérique, - une étape de calcul au cours de laquelle le processeur calcule, à partir des données ainsi recueillies, un écart entre une position actuelle de l’aéronef suiveur et une position à atteindre pour l’aéronef suiveur, la position à atteindre correspondant à une position prédéterminée où l’aéronef suiveur utilise au mieux l’effet des tourbillons, - une étape de détermination au cours de laquelle le système de navigation détermine des commandes à appliquer à des gouvernes de l’aéronef suiveur pour annuler l’écart ainsi calculé, - une étape de commande au cours de laquelle le système de navigation commande les gouvernes de l’aéronef suiveur selon les commandes ainsi déterminées, et - un bouclage sur l’étape de calcul.
Un tel procédé permet ainsi à l’aéronef suiveur de maintenir sa position en fonction des tourbillons générés par l’aéronef meneur afin de pouvoir bénéficier des vents ascendants.
Avantageusement, l’étape de calcul consiste en : - une première étape au cours de laquelle le processeur détermine des paramètres des tourbillons générés par l’aéronef meneur, - une deuxième étape au cours de laquelle le processeur détermine, à partir au moins des paramètres ainsi calculés, les positions des centres des tourbillons depuis leur génération par l’aéronef meneur, - une troisième étape au cours de laquelle le processeur détermine la position du centre de tourbillon le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur, - une quatrième étape au cours de laquelle le processeur détermine une position cible d’un centre du tourbillon le plus proche, ainsi qu’un décalage cible par rapport à cette position cible, la position cible correspondant à une position d'un centre du tourbillon proche en amont de l’aéronef suiveur pour un âge de tourbillon cible prédéterminé et le décalage cible étant un décalage entre l’aéronef suiveur et le centre du tourbillon proche et en amont, - une cinquième étape au cours de laquelle le processeur détermine la position à atteindre pour l’aéronef suiveur par sommation vectorielle de la position cible du point à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche, et le décalage cible, - une sixième étape au cours de laquelle le processeur calcule l’écart correspondant à la différence entre la position à atteindre ainsi calculée et la position actuelle de l’aéronef suiveur. L’invention propose également un aéronef, dit aéronef suiveur comportant un système de navigation et un processeur, le processeur est configuré pour : - recueillir des données relatives à un aéronef, dit aéronef meneur situé devant l’aéronef suiveur et générant des tourbillons, ainsi que des données relatives à l’aéronef suiveur, ces données comprenant des données relatives à l’environnement atmosphérique, - calculer, à partir des données ainsi recueillies, un écart entre une position actuelle de l’aéronef suiveur et une position à atteindre pour l’aéronef suiveur, la position à atteindre correspondant à une position où l’aéronef suiveur utilise au mieux l’effet des tourbillons, - transmettre l’écart au système de navigation, et le système de navigation est configuré pour : - recevoir l’écart ainsi transmis, - déterminer des commandes à appliquer à des gouvernes de l’aéronef suiveur pour annuler l’écart, - commander les gouvernes de l’aéronef suiveur selon les commandes ainsi déterminées.
Avantageusement, le processeur est configuré pour : - déterminer des paramètres des tourbillons générés par l’aéronef meneur, - déterminer, à partir au moins des paramètres ainsi calculés, les positions des centres des tourbillons depuis leur génération par l’aéronef meneur, - déterminer la position du centre de tourbillon le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur, - déterminer une position cible d’un centre du tourbillon le plus proche, ainsi qu’un décalage cible par rapport à cette position cible, la position cible correspondant à une position d'un centre du tourbillon proche en amont de l’aéronef suiveur pour un âge de tourbillon cible prédéterminé et le décalage cible étant un décalage entre l’aéronef suiveur et le centre du tourbillon proche et en amont, - déterminer la position à atteindre pour l’aéronef suiveur par sommation vectorielle de la position cible du point à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche, et le décalage cible, - calculer l’écart correspondant à la différence entre la position à atteindre ainsi calculée et la position actuelle de l’aéronef suiveur.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre une vue de dessus d’un exemple de navigation entre un aéronef meneur et un aéronef suiveur selon l’invention, la Fig. 2 montre l’impact du roulis d’un aéronef meneur sur la position initiale du centre de chaque tourbillon, la Fig. 3 montre l’impact du roulis d’un aéronef meneur sur la direction de la vitesse de descente du centre de chaque tourbillon à cause de l’interaction mutuelle entre les deux tourbillons, la Fig. 4 représente l’architecture d’un système de contrôle d’un aéronef mettant en œuvre un procédé de contrôle selon l’invention, la Fig. 5 est un organigramme d’un procédé de contrôle selon l’invention, et la Fig. 6 est un organigramme d’une étape de calcul de l’organigramme de contrôle de la Fig. 5.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
La Fig. 1 montre en vue de dessus un aéronef meneur 10 avec deux ailes 12a-b qui est en vol et qui génère au niveau de chacune des ailes 12a-b, un tourbillon 14a-b (respectivement bâbord - tribord) représenté par son centre.
La Fig. 1 montre également un aéronef suiveur 20 selon l’invention qui suit l’aéronef meneur 10 et qui comporte un système de contrôle 50 permettant la mise en œuvre d’un procédé de contrôle qui est décrit ci-après et qui permet entre autres de calculer, en fonction du temps depuis lequel il a été généré, la position du centre de chaque tourbillon 14a-b généré par l’aéronef meneur 10 afin de pouvoir contrôler la position de l’aéronef suiveur 20 en fonction de la position ainsi calculée du centre de chaque tourbillon 14a-b et ainsi de profiter des vents ascendants des tourbillons 14a-b.
Les positions de l’aéronef meneur 10 et de l’aéronef suiveur 20 sont, de préférence, déterminées dans un repère géographique (latitude, longitude, altitude) et relevées par le système de navigation de l’aéronef correspondant, mais un autre repère peut également être utilisé et il faut alors mettre en œuvre des changements de repère.
Localement et par convention, on appelle X l'axe longitudinal du fuselage de l’aéronef 10, 20 orienté positivement dans le sens d'avancement de l'aéronef et passant par le centre de gravité de l’aéronef 10, 20, on appelle Y l'axe horizontal qui passe par le centre de gravité de l’aéronef 10, 20 et qui est horizontal, et Z l'axe vertical qui passe par le centre de gravité de l’aéronef 10, 20 et qui est vertical, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles et formant un repère orthonormé ayant pour origine le centre de gravité O.
La Fig. 1 montre également la trajectoire géographique 30 de l’aéronef meneur 10. Cette trajectoire est définie par un nombre fini de positions de l’aéronef M0-M4, ces positions étant par exemple transmises par l’aéronef meneur 10 vers l’aéronef suiveur 20 et stockées dans le système de contrôle 50 afin d’obtenir un historique des positions. La position avec l’indice le plus petit est la position la plus récente.
La Fig. 1 montre également le vecteur 40 représentatif du vent, qui est variable, en ce sens que la direction et la vitesse du vent ne sont pas nécessairement constantes mais peuvent, par exemple, varier selon la position M0-M4 de l’aéronef meneur 10.
La Fig. 1 montre également l’aéronef suiveur 20 dans une « position désirée » référencée 25 et qui est la position à atteindre pour l’aéronef suiveur 20 pour qu’il bénéficie au maximum des effets des tourbillons 14a-b.
La Fig. 2 et la Fig. 3 montrent l’aéronef meneur 10 vu depuis son arrière et dans un repère fixé sur le centre de gravité de l’aéronef meneur 10. Les Figs. 2 et 3 montrent les positions initiales simplifiées des deux centres des tourbillons 14a-b avec l’aéronef meneur 10 en roulis avec un angle de roulis égal à <E>m. La Fig. 2 montre les positions initiales Ζβο,μ, Υβο,μ, Ζτο,μ et Υτο,μ des deux centres des tourbillons 14a-b dans ce repère. La Fig. 3 montre, par l’exemple du centre du tourbillon bâbord 14a, la décomposition de la vitesse de descente Wv en fonction de l’angle de roulis <E>m de l’aéronef meneur 10 de ce centre de tourbillon bâbord 14a à cause de l’interaction mutuelle des tourbillons 14a-b.
En référence avec la Fig. 4, le système de contrôle 50 comprend, reliés par un bus de communication 51 : un processeur 52 ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais), une mémoire vive RAM 53 (« Random Access Memory » en anglais), une mémoire morte ROM 54 (« Read Only Memory » en anglais), une unité de stockage 55 telle qu’un disque dur ou un lecteur de support de stockage, au moins une interface de communication 56, permettant au système de contrôle 50 de communiquer avec des modules extérieurs, tels que des modules de commande des gouvernes de l’aéronef suiveur 20, des caméras, des modules de relevés d’informations comme par exemple l’altitude, la vitesse, la température extérieure, les angles d’orientation de l’aéronef...
Le processeur 52 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM 53 à partir de la ROM 54, de l’unité de stockage 55, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque l’équipement est mis sous tension, le processeur 52 est capable de lire de la RAM 53 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant la mise en œuvre, par le processeur 52, de tout ou partie des algorithmes et étapes du procédé de contrôle décrits ci-après.
Tout ou partie des algorithmes et étapes du procédé de contrôle décrits ci-après peuvent être implémentés sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gâte Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais).
La Fig. 5 montre les étapes d’un procédé de contrôle 500 du vol de l’aéronef suiveur 20 par rapport au centre de l’un des tourbillons 14a-b générés par l’avion meneur 10 et qui comporte : - une étape de recueil 502 au cours de laquelle le processeur 52 recueille des données relatives à l’aéronef meneur 10 et à l’aéronef suiveur 20, ces données comprenant des données relatives à l’environnement atmosphérique, - une étape de calcul 504 au cours de laquelle le processeur 52 calcule, à partir des données ainsi recueillies, un écart entre une position actuelle de l’aéronef suiveur 20 et une position à atteindre pour l’aéronef suiveur 20, la position à atteindre correspondant à une position prédéterminée que l’aéronef suiveur 20 doit occuper pour utiliser au mieux l’effet des tourbillons 14a-b, cette position à atteindre est également appelée position désirée 25, - une étape de détermination 506 au cours de laquelle un système de navigation de l’aéronef suiveur 20 détermine les commandes à appliquer aux gouvernes de l’aéronef suiveur 20 pour annuler l’écart ainsi calculé et ainsi approcher l’aéronef suiveur 20 de la position désirée 25, et - une étape de commande 508 au cours de laquelle le système de navigation commande les gouvernes de l’aéronef suiveur 20 selon les commandes ainsi déterminées.
Le but est d’utiliser au mieux le tourbillon 14a-b, ce qui correspond globalement à une conciliation entre une réduction de la consommation de carburant visée et les impacts non-désirés de la turbulence de sillage sur l’aéronef suiveur 20 et pouvant créer un inconfort des passagers.
Après l’étape de commande 508, le procédé de contrôle 500 boucle (510) sur l’étape de calcul 504 pour garantir que l’aéronef suiveur 20 suive toujours une trajectoire optimisée.
De base, l’échantillonnage du procédé de contrôle 500 est adapté au taux de réception des données communiquées par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20. Lorsque ce taux est trop faible et/ou irrégulier et/ou que les données sont reçues avec un retard trop élevé et/ou que les données sont reçues avec trop de bruit, toutes ou une partie des données réceptionnées par l’aéronef suiveur 20 peuvent être soumises, par le processeur 52, à un échantillonnage à un taux constant et prédéfini, une correction, une stabilisation et une extrapolation, qui sont des traitements de données connues de l’homme du métier. L’aéronef suiveur 20 comporte ainsi un processeur 52 configuré pour mettre en œuvre l’étape de recueil 502 et l’étape de calcul 504 ainsi qu’à transmettre l’écart au système de navigation qui est configuré pour recevoir l’écart ainsi transmis, et mettre en œuvre l’étape de détermination 506 et l’étape de commande 508.
Le système de navigation et le processeur peuvent être deux éléments distincts ou être combinés en un seul composant.
Les étapes qui consistent à déterminer 506 les commandes et à commander 508 les gouvernes sont des étapes qui sont classiquement mises en œuvre dans un aéronef. Par exemple, lorsqu’une destination à atteindre est entrée dans son système de navigation, le système de navigation calcule la différence entre la destination à atteindre et la position actuelle et la trajectoire à suivre pour atteindre cette destination et donc annuler la différence, ainsi que les commandes à appliquer aux gouvernes pour diriger l’aéronef.
Les données utilisées dans le procédé de contrôle 500 concernent des données relatives à l’aéronef suiveur 20 comme sa position et son orientation : altitude, latitude, longitude, cap, angle de roulis, son envergure. Les données concernant l’aéronef suiveur 20 sont déjà présentes sur le système de navigation de l’aéronef suiveur 20 et sont relevées par des capteurs déjà présents dans l’aéronef suiveur 20 ou sont présentes dans son système de navigation.
Les données utilisées dans le procédé de contrôle 500 concernent également des données relatives à l’aéronef meneur 10 comme par exemple sa position (altitude, latitude, longitude), son orientation (cap, angle de roulis) ainsi que sa masse, la vitesse air, le facteur de charge vertical, son envergure.
Les données utilisées dans le procédé de contrôle 500 concernent également des données relatives à l’environnement atmosphérique comme par exemple la température statique, l’altitude-pression (pour calculer la densité de l’air au point de vol), et la vitesse du vent. Ces données sont mesurées par l’aéronef meneur 10 et/ou par l’aéronef suiveur 20. Concernant la vitesse du vent et en particulier les composantes horizontales du vent suivant les axes Nord-Sud et Est-Ouest sont à recueillir, ce qui est facilité par l’utilisation de coordonnées géographiques relevées par le système de navigation.
Les données utilisées dans le procédé de contrôle 500 concernent également des temps de réception par l’aéronef suiveur 20 et le temps d’échantillonnage du modèle. Les données sont datées afin d’avoir une référence commune aux deux aéronefs 10 et 20.
Les différentes données concernant l’aéronef meneur 10 peuvent être : - estimées et/ou mesurées à bord de l’aéronef suiveur 20 par exemple à l’aide de moyens optiques tels que des caméras disposées à bord de l’aéronef suiveur 20 et orientées vers l’aéronef meneur 10 pour capturer des images de l’aéronef meneur 10, et d’une unité de calcul calculant l’envergure par exemple par mesure directe de l’écart entre deux points distinctifs de la géométrie de l’appareil sur l’image (par exemple, l’écart entre deux moteurs) et l’angle de roulis φ de l’aéronef meneur 10 à partir de l’analyse d’images capturées par les moyens optiques, et/ou - estimées et/ou mesurées à bord de l’aéronef suiveur 20 par exemple à l’aide d’estimateurs de masse fonction de la classe de l’aéronef meneur 10 et d’une consommation estimée, et/ou - acquises par un système de communication du type ADS-B (position, temps de réception...) depuis des données transmises par l’aéronef meneur 10, ou tout autre type de communication, comme par exemple : radio, data link dédié etc, et/ou - mesurées à bord de l’aéronef suiveur 20 en faisant l’hypothèse que les écarts entre l’aéronef meneur 10 et l’aéronef suiveur 20 sont négligeables, et qu’ils ont donc le même point de vol (par exemple la température statique, l’altitude-pression pour la densité de l’air, les caractéristiques du vent...), et/ou - acquises auprès d’une base de données fonction du type d’avion qui peut être communiqué par l’aéronef meneur 10. L’angle de roulis <E>m de l’aéronef meneur 10 peut être envoyé par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20 par tout type de communication ou être estimé avec d’autres paramètres comme le rayon R de la trajectoire horizontale de l’aéronef meneur 10, lui-même dérivé des positions historiques et actuelles de l’aéronef meneur 10, l’accélération de la pesanteur g et la vitesse air V de l’aéronef meneur 10 avec une formule comme
Le facteur de charge vertical nz de l’aéronef meneur 10 peut être estimé de plusieurs manières : - soit mesuré et envoyé par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20 par tout type de communication, - soit estimé avec d’autres paramètres comme l’angle de roulis en virage stabilisé <E>m par exemple par la formule
- soit égal de manière forfaitaire à une constante (par exemple 1).
La densité de l’air au point de vol de l’aéronef meneur 10 peut être estimée de plusieurs manières : - soit mesurée et envoyée par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20 par tout type de communication, - soit mesurée directement par le suiveur en faisant l’hypothèse que la différence entre la densité de l’air au point de vol de l’aéronef suiveur 20 et la densité de l’air au point de vol de l’aéronef meneur 10 est négligeable. Dans ce cas, l’aéronef suiveur 20 calcule directement cette donnée à partir de mesures de température statique et de pression statique.
Les vents horizontaux (deux composantes) et verticaux rencontrés par l’aéronef meneur 10 peuvent être estimés de plusieurs manières : - soit mesurés et envoyés par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20 par tout type de communication, - soit calculés sur l’aéronef suiveur 20 en utilisant des données envoyées par l’aéronef meneur 10, par exemple les vecteurs des vitesses sol et air, par tout type de communication, - soit mesurés directement au niveau de l’aéronef suiveur 20 par l’aéronef suiveur 20 lui-même en faisant l’hypothèse que la différence entre les vents rencontrés par l’aéronef suiveur 20 et les vents rencontrés par l’aéronef meneur 10 est négligeable. Dans ce cas, l’aéronef suiveur 20 calcule directement les vents rencontrés à partir de sa vitesse sol et sa vitesse air : - soit mesurées par d’autres aéronefs passés au même endroit ou ses alentours, stockées dans une base de données au sol et envoyées par une station au sol vers l’aéronef suiveur 20, - soit par une combinaison de plusieurs des manières listées ci-dessus.
La vitesse air de l’aéronef meneur 10 peut être estimée de plusieurs manières : - soit mesurée et envoyée par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20 par tout type de communication, - soit reconstruite à partir de la vitesse sol et des vents rencontrés par l’aéronef meneur 10, la vitesse sol étant envoyée par tout type de communication et les vents établis comme décrit ci-dessus.
La Fig. 6 détaille les calculs effectués au cours de l’étape de calcul 504.
Les calculs sont effectués par rapport à un échantillonnage qui doit être suffisant pour pouvoir calculer un nombre suffisant de positions des centres des tourbillons 14a-b pour pouvoir évaluer ensuite une trajectoire à suivre pour l’aéronef suiveur 20. En effet, si le nombre est trop faible, les positions des centres des tourbillons 14a-b calculées, c'est-à-dire les points Pbo-Pb4, Pto-Pt4, seront très distantes les unes des autres et il sera difficile d’extrapoler une trajectoire à suivre pour l’aéronef suiveur 20. Un temps d’échantillonnage particulier est 0,2 secondes, l’échantillonnage correspond au bouclage 510. A partir des données d’entrées recueillies au cours de l’étape de recueil 502, le principe du calcul consiste donc, à chaque instant de l’échantillonnage, à établir et à maintenir un historique des positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10 avec, en plus, un nombre des données - parmi elles le temps - associées à ces positions qui sont requises ensuite pour le calcul des positions actuelles des centres des tourbillons 14a-b. Au minimum, à chaque instant de l’échantillonnage, les positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10 établies et stockées pendant la boucle précédente sont décalées pour que l’ancien Mo devienne le nouveau Mi, l’ancien Mi devient le nouveau M2 et ainsi de suite. Aussi, dans tous les cas, une nouvelle position Mo de l’aéronef meneur 10, dite actuelle, avec les données associées doit être établie. Les données associées aux positions décalées sont soit décalées de la même façon soit recalculées. De nouveaux calculs peuvent-être privilégiés dans les cas où des améliorations de la qualité de ces données sont possibles et souhaitées, par exemple si le vent n’est pas transmis par l’aéronef meneur 10 mais établi avec des mesures faites sur l’aéronef suiveur 20. Afin de ne pas excéder la mémoire disponible, les plus anciennes positions et les données associées peuvent être effacées après ce décalage des positions et données associées.
Au cours d’une première étape 602, le processeur 52 détermine des paramètres des tourbillons 14a-b générés par l’aéronef meneur 10 que sont l’espacement bv entre les centres des deux tourbillons 14a-b et la vitesse de descente Wv des centres des tourbillons 14a-b, associés avec la position actuelle Mo et l’état de l’aéronef meneur 10.
Pour ce faire, le processeur 52 détermine à partir de données 605 relatives à la position de l’aéronef meneur 10, la position Mo, dite position actuelle de l’aéronef meneur 10. Le cas échéant, le processeur 52 calcule aussi un rétablissement des positions M1-M4 de l’aéronef meneur 10, dites positions anciennes, par exemple par une mise à jour d’une interpolation parmi plusieurs positions réceptionnées.
Le processeur 52 détermine ensuite, à partir de données 601 relatives à l’aéronef meneur 10 et de données 603 relatives à l’environnement atmosphérique, les paramètres des tourbillons 14a-b. L’espacement bv (en mètres) entre les centres des deux tourbillons 14a-b qui sont générés par l’aéronef meneur 10 dépend de son envergure bm et peut être calculé par exemple par la relation :
où : bm est l’envergure de l’aéronef meneur 10 (en mètres). bm est issu des données transmises par l’aéronef meneur 10, ou calculé par un des autres moyens préalablement décrits.
Pour calculer bv, d’autres solutions sont envisageables. Par exemple bv peut être envoyé par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20, ou sur l’aéronef meneur 10, bv peut être stocké comme une constante en fonction du type de l’aéronef meneur 10, ou être calculé par une fonction plus élaborée prenant en compte la position des volets et/ou la position du centre de gravité et/ou la portance, normalisée ou absolue. bv peut également être stocké dans une base des données sur l’aéronef suiveur 20 comme fonction du type d’aéronef meneur 10, où ce type d’aéronef est envoyé par l’aéronef meneur 10 à l’aéronef suiveur 20.
Dans les cas précédents, les différentes valeurs de bv sont soit connues par construction, soit identifiées à l’aide de valeurs expérimentales (par exemple : souffleries, méthodes de mécanique des fluides numérique, mesures effectuées en vol).
La vitesse de descente Wv des centres des tourbillons 14a-b dépend des données de l’aéronef meneur 10 et elle peut être calculée par la relation :
où : m est la masse de l’aéronef meneur 10 (en kg), g est l’accélération de la pesanteur à l’altitude considérée (en m/s2), p est la densité de l’air au point de vol de l’aéronef meneur 10 (en kg.m"3), V est la vitesse air vraie de l’aéronef meneur 10 (en m.s"1), bv est l’espacement entre les centres des deux tourbillons 14a-b (en m), et nz est le facteur de charge vertical subi par l’aéronef meneur 10 (en g).
Le cas échéant, le processeur 52 calcule également un rétablissement des espacements bv entre les centres des deux tourbillons 14a-b et des vitesses de descente Wv des centres des tourbillons 14a-b associés avec les positions anciennes M1-M4 de l’aéronef meneur 10. Un tel rétablissement peut être pertinent si la vitesse air vraie et/ou le facteur de charge et/ou autres données de l’aéronef meneur 10 sont établis par une interpolation. Dans tous les cas, le processeur 52 stocke ces paramètres des tourbillons 14a-b qui sont liés aux positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10 associées.
Dans le cadre d’une deuxième étape 604, le processeur 52 détermine ensuite, à partir de données 601 relatives à l’aéronef meneur 10 et de données 603 relatives à l’environnement atmosphérique, d’autres paramètres comme l’angle de roulis <E>m et l’angle de cap Ψηι de l’aéronef meneur 10, le temps T, et les composants de la vitesse du vent (Wx, Wy et Wz). Ces données sont établies au moins pour la position actuelle Mo de l’aéronef meneur 10. Le cas échéant, un ou plusieurs de ces paramètres qui sont associés avec des positions anciennes M1-M4 de l’aéronef meneur 10 sont rétablis et stockés en association avec les positions anciennes correspondantes.
Au cours de la deuxième étape 604, le processeur 52 détermine alors, à partir des paramètres calculés et stockés ci-dessus, les positions initiales verticales et latérales des centres des tourbillons 14a-b pour chaque position M0-M4 de l’aéronef meneur 10 préalablement établie, au moins celles associées avec la position Mo la plus récente. Ces positions initiales sont établies à partir des positions, des orientations, des vitesses et autres paramètres de l’aéronef meneur 10 associées avec ces positions Mo-M4.
Par exemple, sur la Fig. 1, les positions initiales associées avec la position actuelle Mo de l’aéronef meneur 10 sont les points Pbo et Pto. Sur la Fig. 2, la position Pbo est indiquée par ses deux composantes de position Ζβο,μ et Υβο,μ dans un repère orthogonal, signalé Ym, Zm et associé à l’aéronef meneur 10, et la position du point Pto est indiquée par ses deux composantes de position Ζτο,μ et Υτο,μ dans le même repère.
Les positions initiales verticales et latérales (horizontales) dans le repère géodésique dépendent alors de la position du centre de gravité de l’aéronef meneur 10 dans ce repère, de son angle de roulis <Dm, de son cap Ψηι et de l’espacement bv entre les deux centres de tourbillons 14a-b.
En utilisant un repère géodésique avec des coordonnées en latitude, longitude et altitude, les positions initiales verticales et latérales peuvent être calculées par les équations :
où: - i est l’indice associé avec une des positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10, par exemple i = 1 est associé avec la position Mi, i = 2 avec M2 et ainsi de suite, - Xbo est la latitude initiale du centre du tourbillon 14a situé à bâbord (en degré), - Xcgm est la latitude du centre de gravité de l’aéronef meneur 10 (en degré), - bv est l’espacement entre les centres des deux tourbillons 14a-b (en m), - Φηι est l’angle de roulis de l’aéronef meneur 10 qui est compté positif aile droite en bas par convention (en radian), - Ψηι est le cap de l’aéronef meneur 10 qui est compté positif vers l’est par convention (en radian), - M2D est la conversion entre mètre et degré, égale à 1/60/1852 = 8.9-10"6, - Ybo est la longitude initiale du centre du tourbillon 14a situé à bâbord (en degré), - Ycgm est la longitude du centre de gravité de l’aéronef meneur 10 (en degré), - Zbo est la position verticale initiale du centre du tourbillon 14a situé à bâbord (en m), - ZCgm est la position verticale du centre de gravité de l’aéronef meneur 10 (en m), - Xto est la latitude initiale du centre du tourbillon 14b situé à tribord (en m) - Yto est la longitude initiale du centre du tourbillon 14b situé à tribord (en m), et - Zto la position verticale initiale du centre du tourbillon 14b situé à tribord (en m).
Les formules (3) et (4) incluent une transformation entre un repère orthogonal centré sur l’aéronef meneur 10 et le repère géodésique. Dans les formules (3) et (4), cette transformation est de forme simplifiée et pourrait être remplacée par une autre transformation. Aussi, les positions peuvent être formulées dans d’autres types des repères en utilisant d’autres transformations sans que la fonctionnalité et le principe de l’invention ne soient altérés.
Les formules (3) et (4) s’appliquent également à tout rétablissement des positions initiales associées avec les positions anciennes M1-M4 de l’aéronef meneur 10, comme indiqué par l’utilisation d’un indice i. Dans ce cas, les données d’entrée sont celles liées à ces points et comme préalablement établi dans la première étape 602.
Toujours au cours de la deuxième étape 604, le processeur 52 calcule les positions actuelles des centres des tourbillons 14a-b à partir des paramètres calculés et stockés pendant la première étape 602 et/ou les boucles précédentes et les positions initiales des centres des tourbillons 14a-b pour toutes les positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10 calculées comme décrit ci-dessus. D’une manière générale, au cours de la deuxième étape 604, le processeur 52 détermine les positions des centres des tourbillons 14a-b depuis leur génération par l’aéronef meneur 10. C'est-à-dire la position de chaque tourbillon 14a-b selon son âge.
Les positions actuelles de tous les centres des tourbillons 14a-b sont déterminées à partir de leurs positions initiales préalablement calculées en prenant en compte leurs déplacements en vertu de l’influence du vent et de l’interaction aérodynamique mutuelle entre les deux tourbillons 14a-b. Les distances de ces déplacements dépendent des âges des centres des tourbillons 14a-b, où l’âge d’un centre d’un tourbillon 14a-b est le temps qui s’est écoulé depuis la génération du centre sur l’aéronef meneur 10. Ainsi sur la Fig. 1, le point Pb4 représente le centre du tourbillon bâbord 14b qui est le plus ancien et le point Pbo représente le centre du tourbillon bâbord 14b qui est le plus récent. La même représentation est faite avec les points Pt4 et Pto pour le tourbillon tribord 14a. C’est pendant ces âges que les vents et l’interaction mutuelle agissent sur les positions des centres des tourbillons 14a-b. Ces âges correspondent alors au temps qui est passé au moment du calcul depuis que l’aéronef meneur 10 était aux positions correspondantes. Ce calcul se fait pour toutes les positions M1-M4, et donne lieu à un nombre de positions des centres des tourbillons 14a-b actuels Pbi à Pb4 et Pti à Pt4, où, par exemple, les centres associés avec les positions Pb3 et Pt3 ont été créés sur l’aéronef meneur 10 quand cet aéronef était à la position M3.
Sur la Fig. 1, les positions des centres Pbo-Pb4 et Pto-Pt4 des tourbillons 14a-b sont toutes des positions actuelles établies par ce processus et ensemble elles définissent les positions actuelles des deux centres des tourbillons 14a-b comme cela est montré sur la Fig. 1. Toutes les paires des centres individuels à l’instant actuel, comme par exemple Pbi et Pti ou Pb2 et Pt2 ou encore Pb3 et Pt3, sont associées avec des âges différents. Ces âges augmentent avec la distance entre les centres et la position actuelle Mo de l’aéronef meneur 10. Par exemple l’âge de Pb3 est supérieur de celui de Pb2 et la différence est égale au temps passé entre les moments où l’aéronef meneur 10 était aux positions M3 et M2.
Les positions des centres de chaque tourbillon 14a-b à l’instant actuel ainsi établies au cours de la deuxième étape de calcul 604 par le processeur 52 prennent en compte les variations dynamiques des données pertinentes, c’est-à-dire les variations influençant les déplacements et les positions des centres Pbi-Pb4 et Pti-Pt4 de chaque tourbillon 14a-b, comme, par exemple, les variations d’état de vol de l’aéronef meneur 10 et les variations des conditions de l’atmosphère, rencontrés par l’aéronef meneur 10.
Les positions actuelles des centres Pbo-Pb4 et Pto-Pt4 de chaque tourbillon 14a-b peuvent être décrites dans le repère géodésique avec trois composantes comme défini en suivant :
où - i est l’indice associé avec une des positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10, par exemple i = 1 est associé avec la position Mi, i = 2 avec M2 et ainsi de suite, - Xb et Xt sont les positions en latitude géodésique (en degré) d’un centre de tourbillon 14a-b, - Yb et Yt sont les positions en longitude géodésique (en degré) d’un centre de tourbillon 14a-b et - Zb et Zt sont les positions en altitude géodésique (en m) d’un centre de tourbillon 14a-b.
Les positions actuelles des centres Pbo-Pb4 et Pto-Pt4 de chaque tourbillon 14a-b peuvent être calculées par les formules suivantes :
où : - i est l’indice associé avec une des positions M0-M4 de l’aéronef meneur 10, par exemple i = 1 est associé avec la position Mi, i = 2 avec M2 et ainsi de suite, - Xbo est la latitude initiale du centre du tourbillon 14a situé à bâbord (en degré), - Wx est la vitesse du vent vers le nord géodésique subie par les tourbillons 14a-b (en m.s"1), - Wv est la vitesse de descente des centres des tourbillons 14a-b à cause de leur interaction mutuelle (en m.s"1), - <E>m est l’angle de roulis de l’aéronef meneur 10 au moment de la génération du centre du tourbillon 14a-b (en degré), - Ψηι est le cap de l’aéronef meneur 10 qui est compté positif vers l’est par convention au moment de la génération du centre du tourbillon 14a-b (en radian), - M2D est la conversion entre mètre et degré, égale à 1/60/1852 = 8.9-10"6, - T est le temps associé avec une position de l’aéronef meneur 10 (en s), par exemple To est le temps actuel et Ti est le temps associé avec le moment où l’aéronef meneur 10 était à la position Mi, - Ybo est la longitude initiale du centre du tourbillon 14a situé à bâbord (en degré), - Wy est la vitesse du vent vers l’est géodésique subie par les tourbillons (en m.s"1), - Xcgm est la latitude du centre de gravité de l’aéronef meneur 10 (en degré), - Zbo est la position verticale initiale du centre du tourbillon 14a situé à bâbord (en m), - Wz est la vitesse du vent vertical subie par les tourbillons 14a-b (en m.s" - Xto est la latitude initiale du centre du tourbillon 14b situé à tribord (en m) - Yto est la longitude initiale du centre du tourbillon 14b situé à tribord (en m), et - Zto la position verticale initiale du centre du tourbillon 14b situé à tribord (en m).
Les formules (7) et (8) prennent en compte le fait que la direction de la vitesse de descente Wv des centres des tourbillons 14a-b à cause de leur interaction mutuelle est inclinée vis-à-vis de la verticale géodésique dans le cas où l’aéronef meneur 10 vole en virage avec un angle de roulis <E>m. La décomposition de cette vitesse dans une composante horizontale et une composante verticale est montrée sur la Fig. 3.
Les formules (7) et (8) sont basées sur l’hypothèse que la vitesse et la direction du vent restent constantes pendant le déplacement de chaque centre Pbo-Pb4, Pto-Pt4 du tourbillon 14a-b et que la vitesse de descente à cause d’interactions mutuelles des tourbillons 14a-b reste également constante pendant le déplacement de chaque centre PB0-PB4, Pto-Pt4 du tourbillon 14a-b. Il est également possible de prendre en compte des données variables, par exemple en fonction de l’âge du tourbillon 14a-b.
La transformation entre un repère orthogonal centré sur l’aéronef meneur 10 et le repère mondial géodésique incluse dans les formules (7) et (8) est de forme simplifiée et pourrait être remplacée par une autre transformation. Aussi, les distances de déplacement peuvent être formulées dans d’autres types de repères, en utilisant d’autres transformations sans que la fonctionnalité et le principe de l’invention ne soient altérés.
Les positions des centres de chaque tourbillon 14a-b à l’instant actuel ainsi établies lors de la deuxième étape de calcul 604 peuvent être utilisées sur l’aéronef suiveur 20 dans une étape de calcul spécifique, par exemple pour des besoins de surveillance en aide au pilotage.
Le cas échéant et à la fin de la deuxième étape de calcul 604, le processeur 52 efface l’historique enregistré, c'est à dire les données qui sont associées à des positions de l’aéronef meneur 10 trop vieilles. Pour-cela, les dates des données historiques sont comparées avec un âge limite. Cet âge limite est défini soit comme constant, soit comme variable dynamique, par exemple en fonction de la distance actuelle entre l’aéronef meneur 10 et l’aéronef suiveur 20 ou en fonction de l’âge actuel du vortex le plus proche à l’aéronef suiveur 20 préalablement calculé par le processeur 52 dans une troisième étape de calcul 606 d’une boucle précédente.
Au cours d’une troisième étape 606, le processeur 52 calcule, à partir des positions des centres des tourbillons 14a-b en état actuel calculées ci-dessus et à partir de données 607 relatives à la position de l’aéronef suiveur 20, la position du centre de tourbillon 14a-b le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur 20. A partir des coordonnées établies au cours de la deuxième étape de calcul 604 et enregistrées dans la base de données, le processeur 52 détermine d’abord quel centre de tourbillon actuel, bâbord 14a ou tribord 14b est le plus proche de la position de l’aéronef suiveur 20. Pour ce faire, il calcule pour chaque tourbillon 14a-b et pour chaque position stockée des centres dudit tourbillon 14a-b, la distance entre cette position et la position de l’aéronef suiveur 20 et il détermine ainsi la distance minimale de l’aéronef suiveur 20 à chaque tourbillon 14a-b. De la plus petite distance de ces deux distances minimales, le processeur 52 détermine quel tourbillon bâbord 14a ou tribord 14b est le plus proche (ici 14b sur la Fig. 1).
Le processeur 52 détermine alors la distance la plus courte entre le centre du tourbillon le plus proche (ici 14b sur la Fig. 1) et la position de l’aéronef suiveur 20. Pour ce faire, à partir des calculs précédents, il détermine les deux positions des centres du tourbillon 14b, parmi Pto-Pt4, qui sont les plus proches de la position de l’aéronef suiveur 20.
Pour l’exemple, on considère que l’on obtient les deux positions Pt2 et Pt3 de la Fig. 1. Le processeur 52 calcule ensuite la distance OHt où Ht est la projection orthogonale du point O sur le segment reliant Pt2 et Pt3. En appelant C le centre du tourbillon 14b qui est le plus proche, l’hypothèse OC=OHt est valide si la distance CHt est suffisamment petite par rapport à OHt, ce qui est généralement vérifié si le rayon de courbure entre Pt2 et Pt3 est suffisamment grand ou de manière équivalente, si l’historique de position des centres des tourbillons 14a est suffisamment discrétisé pour que les points Pt2 et Pt3 soient suffisamment proches. La distance OHt est alors identifiée comme la distance minimale actuelle entre l’aéronef suiveur 20 et le centre du tourbillon le plus proche 14b. Le point Ht est assimilé au centre C du tourbillon 14b le plus proche.
Le processeur 52 détermine ensuite l’âge exact du centre du tourbillon le plus proche. Suivant l’exemple ici, l’âge du tourbillon 14b à ce point Ht est calculé à partir des données associées aux deux points Pt2 et Pt3 qui sont les deux points les plus proches du tourbillon 14b le plus proche. On appelle l’âge associé avec ce point Ht « l’âge du tourbillon le plus proche », ici abrévié en îht.
Par exemple l’âge du tourbillon le plus proche îht peut être calculé par l’équation suivante qui établit une simple règle de trois et est basé sur la même hypothèse déjà appliquée pour le calcul de la position Ht:
où : - To est le temps actuel associé avec la position actuelle Mo de l’aéronef meneur 10 (en s), - T2 est le temps associé avec le moment où l’aéronef meneur 10 était à la position M2 (en s), - T3 est le temps associé avec le moment où l’aéronef meneur 10 était à la position M3 (en s), - CPT2 est la distance entre C et Pt2 (en m), et - Pt2Pt3 est la distance entre Pt2 et Pt3 (en m).
Le processeur 52 détermine alors un repère dit « repère du tourbillon le plus proche». L’origine de ce repère est le point Ht préalablement calculé. Selon un exemple, l’orientation géodésique de ce repère est définie par rapport à un repère orthogonal, avec une première coordonnée Xv visant globalement l’aéronef meneur 10 et passant par le point Pt2 suivant l’exemple de la Fig. 1, une deuxième coordonnée Yv passant par le point Hb qui est la position du centre du tourbillon bâbord 14a à l’âge du tourbillon le plus proche et visant globalement l’aéronef suiveur 20, et une troisième coordonnée Zv complétant un repère orthogonal.
Le processeur 52 détermine ensuite la position du centre de gravité O de l’aéronef suiveur 20 dans les coordonnées du repère du tourbillon le plus proche par un changement de repère classique. On appelle la position de O en coordonnée Yv la « distance latérale relative au tourbillon le plus proche » et celle en coordonnée Zv la « distance verticale relative au tourbillon le plus proche ». La distance latérale relative et la distance verticale relative définissent l’écart relatif entre la position actuelle de l’aéronef suiveur 20 et la position actuelle du centre du tourbillon 14b le plus proche.
Les distances latérales et verticales relatives au tourbillon le plus proche, ainsi que l’âge du tourbillon le plus proche et le côté, bâbord ou tribord, des centres de tourbillons 14a-b le plus proche établis par le calcul peuvent être utilisés sur l’aéronef suiveur 20 dans une étape spécifique, par exemple pour des besoins de surveillance en aide au pilotage ou de contrôle. A partir des coordonnées des centres des tourbillons 14a-b à l’instant actuel, il est alors nécessaire d’évaluer la position que l’aéronef suiveur 20 doit avoir pour bénéficier au maximum des vents ascendants générés par les tourbillons 14a-b lorsqu’il survolera successivement ces centres.
Comme déjà mentionné, on appelle «position désirée», la position que doit atteindre l’aéronef suiveur 20 pour bénéficier au maximum des effets des tourbillons 14a-b. Sur la Fig. 1 l’aéronef suiveur 20 se trouve à la position désirée 25.
On appelle « position de l’aéronef suiveur », la position de l’aéronef suiveur 20 au moment des calculs.
Au cours d’une quatrième étape 608, le processeur 52 détermine, à partir de données 607 relatives à la position de l’aéronef suiveur 20, des données 601 relatives à l’aéronef meneur 10, des données 603 relatives à l’environnement atmosphérique (conditions atmosphériques), une position cible d’un centre du tourbillon le plus proche qui correspond à une position pour laquelle l’aéronef suiveur 20 utilise au mieux les effets des tourbillons 14a-b générés par l’aéronef meneur 10, en particulier, il calcule la position du centre du tourbillon pour laquelle l’aéronef suiveur 20 bénéficie au maximum des effets des tourbillons 14a-b. Cette position cible correspond à une position d’un centre du tourbillon le plus proche en amont de l’aéronef suiveur 20 pour un âge de tourbillon cible prédéterminé. Sur l’exemple donné par la Fig. 1 cette position cible correspond au point Gt.
Comme expliqué ci-après, la position cible de l’aéronef suiveur 20 est décalée par rapport à la position cible du centre du tourbillon proche. Ce décalage est appelé « décalage cible ».
La position cible du centre d’un tourbillon proche peut être définie dans le même repère que les positions des aéronefs, par exemple un repère géodésique. L’âge de tourbillon cible correspond temporellement à une distance de l’aéronef suiveur 20 derrière l’aéronef meneur 10, distance qui est considérée comme optimale en prenant en compte d’une part le bénéfice de performance, et d’autre part les besoins de distance de sécurité. L’âge cible peut être une constante, par exemple 5 s. Il est également possible de prendre un âge cible variable qui est une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques d’un tourbillon et/ou une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques de l’aéronef meneur 10 et/ou une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques de l’aéronef suiveur 20 et/ou une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques de l’état de l’atmosphère. Le processeur 52 choisit donc un âge cible constant ou variable. A partir de l’âge cible et en utilisant les positions des centres de chaque tourbillon 14a-b à l’instant actuel avec leurs âges associés, le processeur 52 détermine, pour chaque tourbillon 14a-b, un point, centre dudit tourbillon 14a-b à l’âge cible. Sur la Fig. 1, ces points sont Gb et Gt. Ces points ne font pas nécessairement partie des positions des centres déjà établies. Parmi ces deux points Gb et Gt, seul le point correspondant au centre du tourbillon 14b le plus proche est considéré comme la position cible du centre, ici alors Gt.
Les deux points Gb et Gt à l’âge cible peuvent être identifiés par règle de trois à partir des données discrètes concernant les centres des tourbillons 14a-b amont et aval, ici Pbi et Pb2 sur le tourbillon bâbord 14a et Pti et Pt2 sur le tourbillon tribord 14b, et les âges associés avec ces quatre points.
Les deux points Gb et Gt définissent un repère tourbillon à l’endroit et à l’âge du tourbillon cible. Ce repère peut, selon un exemple, être défini de la même façon que le repère du tourbillon le plus proche, c’est-à-dire avec l’origine à Gt, une première coordonnée Xv visant principalement vers l’aéronef meneur 10 et passant par le point Pti suivant l’exemple de la Fig. 1, une deuxième coordonnée Yv passant par le point Gb et visant l’aéronef suiveur 20, et une troisième coordonnée Zv complétant un repère orthogonal. Ce repère est appelé « repère du tourbillon cible ».
Le décalage cible est défini dans ce repère. Vu que l’aéronef suiveur 20 est censé voler globalement en parallèle du tourbillon 14a-b il est suffisant de définir deux distances dans les axes perpendiculaires à l’axe principal du tourbillon 14a-b, alors dans les directions Yv et Zv. Le décalage cible prend en compte d’un côté le bénéfice de performance et de l’autre côté les influences non-désirées sur l’aéronef suiveur 20. Le décalage cible peut être constant, par exemple 50 m en Yv et 10 m en Zv. Il est également possible de prendre un décalage cible variable qui est une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques d’un tourbillon et/ou une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques de l’aéronef meneur 10 et/ou une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques de l’aéronef suiveur 20 et/ou une fonction d’une ou plusieurs caractéristiques de l’état de l’atmosphère. Par exemple le décalage cible en Yv peut être égal à la moitié de l’envergure de l’aéronef suiveur 20 plus 15% de l’envergure de l’aéronef meneur 10. Le processeur 52 choisit donc un décalage cible prédéterminé constant ou variable.
Au cours d’une cinquième étape 609, le processeur 52 calcule alors la position désirée que l’aéronef suiveur 20 doit prendre par rapport à la position cible ainsi déterminée, par sommation vectorielle de la position cible, ici le point Gt à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche 14b, et le décalage cible, en prenant en compte l’orientation et définition du repère. Cette position désirée est indiquée sur la Fig. 1 par la position désirée 25.
Au cours d’une sixième étape 610, le processeur 52 calcule l’écart, qui est la différence entre la position désirée et la position actuelle de l’aéronef suiveur 20. Les lois de pilotage et les mouvements de l’aéronef suiveur 20 ainsi commandés tendent à faire converger cet écart vers 0 avec le temps, afin que la position de l’aéronef suiveur 20 coïncide avec la position désirée. L’écart répond à l’équation :
L’écart est l’information qui est fournie en entrée de l’étape 506 et qui va servir d’entrée aux lois de pilotage qui vont asservir l’aéronef suiveur 20 afin d’annuler cet écart. L’étape de calcul 504 consiste ainsi en : - une première étape 602 au cours de laquelle le processeur 52 détermine les paramètres des tourbillons 14a-b générés par l’aéronef meneur 10, - une deuxième étape 604 au cours de laquelle le processeur 52 détermine, à partir au moins des paramètres ainsi calculés, les positions des centres des tourbillons 14a-b depuis leur génération par l’aéronef meneur 10, - une troisième étape 606 au cours de laquelle le processeur 52 détermine la position du centre de tourbillon le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur 20, - une quatrième étape 608 au cours de laquelle le processeur 52 détermine une position cible d’un centre du tourbillon le plus proche, ainsi qu’un décalage cible par rapport à cette position cible, la position cible correspondant à une position d'un centre du tourbillon proche en amont de l’aéronef suiveur 20 pour un âge de tourbillon cible prédéterminé et le décalage cible étant un décalage entre l’aéronef suiveur 20 et le centre du tourbillon proche et en amont, - une cinquième étape 609 au cours de laquelle le processeur 52 détermine la position à atteindre pour l’aéronef suiveur 20 par sommation vectorielle de la position cible du point Gt ainsi déterminée à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche 14b, et le décalage cible, - une sixième étape 610 au cours de laquelle le processeur 52 calcule l’écart correspondant à la différence entre la position à atteindre ainsi calculée et la position actuelle de l’aéronef suiveur 20.
Le processeur 52 est ainsi configuré pour : - déterminer les paramètres des tourbillons 14a-b générés par l’aéronef meneur 10, - déterminer, à partir au moins des paramètres ainsi calculés, les positions des centres des tourbillons 14a-b depuis leur génération par l’aéronef meneur 10, - déterminer la position du centre de tourbillon le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur 20, - déterminer une position cible d’un centre d’un tourbillon proche, ainsi qu’un décalage cible par rapport à cette position cible, la position cible correspondant à une position d'un centre du tourbillon proche en amont de l’aéronef suiveur 20 pour un âge de tourbillon cible prédéterminé et le décalage cible étant un décalage entre l’aéronef suiveur 20 et le centre du tourbillon proche et en amont, - déterminer la position à atteindre pour l’aéronef suiveur 20 par sommation vectorielle de la position cible du point Gt à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche 14b, et le décalage cible, - calculer l’écart correspondant à la différence entre la position à atteindre ainsi calculée et la position actuelle de l’aéronef suiveur 20.
Le système de navigation et les lois de pilotage transforment l’écart en déflections gouvernes commandées (étape 506) afin de maintenir l’aéronef suiveur à proximité des tourbillons 14a-b et avec pour objectif d’annuler l’écart. Le système de navigation met (étape 508) les gouvernes aux positions correspondant aux déflections commandées par les lois de pilotage, ce qui fait bouger l’aéronef suiveur 20 autour de son centre de gravité. L’étape de bouclage 510 permet de mettre à jour régulièrement les différents calculs, en particulier d’emmagasiner des données relatives aux positions des centres des tourbillons en fonction du temps, afin que le système de navigation maintienne l’aéronef suiveur 20 en position pendant que l’aéronef meneur 10 et l’aéronef suiveur 20 se déplacent dans des conditions atmosphériques variables. L’aéronef suiveur 20 peut être équipé dans son cockpit, d’un écran de visualisation, sur lequel sont affichés par exemple les positions des centres des tourbillons 14a-b actuels, la position relative entre les centres des tourbillons et l’aéronef suiveur 20, l’âge actuel du tourbillon le plus proche de l’aéronef suiveur 20, la position désirée, la position de l’aéronef suiveur 20, la position de l’aéronef meneur 10, les écarts entre les différentes positions.
Claims (4)
- REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle (500) de la trajectoire d’un aéronef, dit aéronef suiveur (20) présentant un processeur (52) et un système de navigation, par rapport à la trajectoire d’un aéronef, dit aéronef meneur (10) situé devant l’aéronef suiveur et générant des tourbillons, le procédé de contrôle (500) comportant : - une étape de recueil (502) au cours de laquelle le processeur (52) recueille des données relatives à l’aéronef meneur (10) et à l’aéronef suiveur (20), ces données comprenant des données relatives à l’environnement atmosphérique, - une étape de calcul (504) au cours de laquelle le processeur (52) calcule, à partir des données ainsi recueillies, un écart entre une position actuelle de l’aéronef suiveur (20) et une position à atteindre pour l’aéronef suiveur (20), la position à atteindre correspondant à une position prédéterminée où l’aéronef suiveur (20) utilise au mieux l’effet de tourbillons (14a-b), - une étape de détermination (506) au cours de laquelle le système de navigation détermine des commandes à appliquer à des gouvernes de l’aéronef suiveur (20) pour annuler l’écart ainsi calculé, - une étape de commande (508) au cours de laquelle le système de navigation commande les gouvernes de l’aéronef suiveur (20) selon les commandes ainsi déterminées, et - un bouclage (510) sur l’étape de calcul (504).
- 2) Procédé de contrôle (500) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de calcul (504) consiste en : - une première étape (602) au cours de laquelle le processeur (52) détermine des paramètres des tourbillons (14a-b) générés par l’aéronef meneur (10), - une deuxième étape (604) au cours de laquelle le processeur (52) détermine, à partir au moins des paramètres ainsi calculés, les positions des centres des tourbillons (14a-b) depuis leur génération par l’aéronef meneur (10), - une troisième étape (606) au cours de laquelle le processeur (52) détermine la position du centre de tourbillon le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur (20), - une quatrième étape (608) au cours de laquelle le processeur (52) détermine une position cible d’un centre du tourbillon le plus proche, ainsi qu’un décalage cible par rapport à cette position cible, la position cible correspondant à une position d'un centre du tourbillon proche en amont de l’aéronef suiveur (20) pour un âge de tourbillon cible prédéterminé et le décalage cible étant un décalage entre l’aéronef suiveur (20) et le centre du tourbillon proche et en amont, - une cinquième étape (609) au cours de laquelle le processeur (52) détermine la position à atteindre pour l’aéronef suiveur (20) par sommation vectorielle de la position cible du point (Gt) à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche (14b), et le décalage cible, - une sixième étape (610) au cours de laquelle le processeur (52) calcule l’écart correspondant à la différence entre la position à atteindre ainsi calculée et la position actuelle de l’aéronef suiveur (20).
- 3) Aéronef, dit aéronef suiveur (20), comportant un système de navigation et un processeur (52), le processeur (52) est configuré pour : - recueillir des données relatives à un aéronef, dit aéronef meneur (10), situé devant l’aéronef suiveur (20) et générant des tourbillons (14a-b), ainsi que des données relatives à l’aéronef suiveur (20), ces données comprenant des données relatives à l’environnement atmosphérique, - calculer, à partir des données ainsi recueillies, un écart entre une position actuelle de l’aéronef suiveur (20) et une position à atteindre pour l’aéronef suiveur (20), la position à atteindre correspondant à une position où l’aéronef suiveur (20) utilise au mieux l’effet des tourbillons (14a-b), - transmettre l’écart au système de navigation, et le système de navigation est configuré pour : - recevoir l’écart ainsi transmis, - déterminer des commandes à appliquer à des gouvernes de l’aéronef suiveur (20) pour annuler l’écart, - commander les gouvernes de l’aéronef suiveur (20) selon les commandes ainsi déterminées.
- 4) Aéronef suiveur (20) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le processeur (52) est configuré pour : - déterminer des paramètres des tourbillons (14a-b) générés par l’aéronef meneur (10), - déterminer, à partir au moins des paramètres ainsi calculés, les positions des centres des tourbillons (14a-b) depuis leur génération par l’aéronef meneur (10), - déterminer la position du centre de tourbillon le plus proche de la position actuelle de l’aéronef suiveur (20), - déterminer une position cible d’un centre du tourbillon le plus proche, ainsi qu’un décalage cible par rapport à cette position cible, la position cible correspondant à une position d'un centre du tourbillon proche en amont de l’aéronef suiveur (20) pour un âge de tourbillon cible prédéterminé et le décalage cible étant un décalage entre l’aéronef suiveur (20) et le centre du tourbillon proche et en amont, - déterminer la position à atteindre pour l’aéronef suiveur (20) par sommation vectorielle de la position cible du point (Gt) à l’âge cible sur les centres du tourbillon proche (14b), et le décalage cible, - calculer l’écart correspondant à la différence entre la position à atteindre ainsi calculée et la position actuelle de l’aéronef suiveur (20).
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