Fonctions de guidage de vol

La fonction de guidage de vol indique au pilote le chemin qu‘il doit emprunter pour suivre avec précision son plan de vol. On distingue deux familles de fonctions de guidage. Les commandes de correction affichent l‘écart entre la position actuelle de l‘avion et la trajectoire qu‘il doit

emprunter. En ce sens, cette famille de commandes agit comme un système en boucle fermée de minimisation de l‘erreur offrant peu d‘information pour anticiper la réaction de l‘appareil aux commandes. Les systèmes de directeur de vol (Flight director – FD) et de vol aux instruments (Glideslope – Localizer) appartiennent à cette famille. Les commandes d‘anticipation affichent le parcours que doit suivre l‘avion dans l‘espace. Cette famille de commandes offre une meilleure conscience de la situation au pilote en lui permettant de se représenter spatialement son environnement et d‘anticiper les prochaines commandes de vol. Le système de tunnel (Tunnel-in-

the-sky) appartient à cette famille.

Cette section présente les affichages des commandes de guidage de vol pour le système d‘atterrissage aux instruments (Glideslope – Localizer), le vecteur de trajectoire et le directeur de vol (Flight path vector – Flight director), et le système de tunnel. Elle est importante pour le reste du travail pour deux raisons: afin de bien comprendre les limites des études précédentes sur l‘encombrement visuel du PFD, et parce que dans l‘expérience présentée au Chapitre 5 les pilotes utiliseront un système d‘atterrissage aux instruments.

1.2.3.1 Système d’atterrissage aux instruments

Le système d‘atterrissage aux instruments (Instrument landing system – ILS) est utilisé en phase d‘approche afin que l‘avion soit en ligne avec la piste d‘atterrissage. Il consiste en deux systèmes, le premier offrant un guidage latéral de la piste (Localizer) et le second offrant un guidage vertical (Glideslope). Le guidage vertical permet une approche en douceur de l‘avion avec un angle de descente de 3°.

L‘utilisation de ce système requiert que la piste soit équipée d‘antennes d‘émission de guidage latéral et vertical qui émettent chacune un faisceau de guidage précis (voir Figure 1.3). L‘intersection de ces deux faisceaux est la trajectoire que doit suivre l‘avion pour se poser de manière sécuritaire sur la piste.

Figure 1.3 Faisceaux de guidage latéral (localizer, en haut) et vertical (glideslope, en bas) émis par les antennes de la piste équipée du système ILS. L‘intersection des deux faisceaux est la trajectoire précise que doit suivre l‘avion pour se poser de manière sécuritaire sur la piste. Image libre de droit.

L‘information de guidage latéral et vertical est affichée sur deux échelles, l‘une horizontale et l‘autre verticale, respectivement situées de part et d‘autre de l‘horizon artificiel (voir Figure 1.4). Ces échelles sont composées d‘un pointeur en losange qui glisse le long de l‘échelle. Le pointeur est au centre de l‘échelle lorsque l‘appareil suit le faisceau de guidage. L‘échelle affiche une déviation maximale de deux points au-dessus et deux points au-dessous du faisceau de guidage. Selon les standards de tests de la FAA, un avion ne devrait pas excéder une déviation d‘un point pour le guidage latéral ou vertical en phase d‘approche (Flight Standards Service, 2008)

Figure 1.4 L‘affichage de guidage latéral et vertical est indiqué par un pointeur en losange qui glisse le long de l‘échelle, jusqu‘à une déviation maximale de deux points autour du chemin prescrit.

1.2.3.2 Vecteur de trajectoire et directeur de vol

Le vecteur de trajectoire (Flight path vector – FPV) indique la trajectoire latérale et verticale de l‘avion résultant de la somme de toutes les forces s‘exerçant sur l‘avion. Sa valeur est calculée par les ordinateurs de vol à bord de l‘appareil. Le FPV est présenté sur le PFD sous la forme d‘un petit symbole représentant l‘avion vu de dos (voir Figure 1.5). Par exemple, un avion avec une altitude stable a son symbole FPV sur la ligne d‘horizon du PFD, même s‘il a un angle de tangage positif.

Le FPV est souvent utilisé avec le directeur de vol (Flight director – FD). Ce dernier donne les indications de guidage latéral et vertical obtenu par le gestionnaire de plan de vol et le pilote automatique. Le pilote doit réaliser les commandes de tangage et de roulis nécessaires afin que le symbole de FPV se superpose au symbole de FD à l‘écran. En tel cas, l‘avion suit le parcours prescrit du plan de vol avec précision. Le symbole conventionnel du FD est semblable à celui du FPV mais avec des ailes allongées, de telle façon que lorsque les deux indicateurs se superposent, il ne forme plus qu‘un symbole à l‘écran (voir Figure 1.6).

Figure 1.6 Le FPV suit la trajectoire prescrite par le directeur de vol.

Les deux systèmes de guidage présentés précédemment ont pour avantage de donner une indication précise de l‘écart entre la position actuelle de l‘avion par rapport à son trajet prescrit; dans le premier cas cet écart est donné par la déviation du losange de la ligne centrale et dans le second par l‘écart du FPV du FD. Toutefois, ces systèmes offrent peu d‘information pour anticiper les prochaines commandes, par exemple durant un virage courbe, ou pour projeter l‘état futur de l‘appareil suivant une commande. C‘est à cette lacune que s‘adresse la seconde famille de commandes de guidage, et plus particulièrement le système de tunnel.

1.2.3.3 Tunnel (Tunnel-in-the-sky)

L‘affichage de tunnel (tunnel-in-the-sky) superposé à l‘écran primaire de vol présente une vue spatiale de la trajectoire à suivre par une série de rectangles délimitant le corridor de vol (voir Figure 1.7). Le pilote contrôle l‘avion afin que le symbole de vecteur de trajectoire soit toujours à

l‘intérieur de ce corridor. Contrairement aux affichages de correction présentés précédemment, l‘affichage de tunnel présente le déplacement de l‘avion dans son environnement avec une vue 3D. Il permet aussi au pilote d’anticiper la séquence d‘actions à venir en projetant dans l‘espace le parcours prédit de l‘avion, une information absente des affichages de correction (Mulder, van Paassen, & Mulder, 2004). De tels affichages améliorent la conscience de la situation (Dorighi, Ellis, & Grunwald, 1991; Parrish, Busquets, Williams, & Nold, 1994) et permettent de suivre la trajectoire de vol en contrôle manuel avec une grande précision (Grunwald, Robertson, & Hatfield, 1980; Grunwald, 1984). Plusieurs études ont montré que l‘affichage de tunnel est un facteur majeur dans le gain de performance du pilote, particulièrement dans la précision du contrôle du vol (Bailey, Kramer, & Prinzel III, 2006; Prinzel III, Arthur III, Kramer, & Bailey, 2004; Prinzel, Kramer, Arthur, Bailey, & Comstock, 2004).

Figure 1.7 Affichage tunnel superposé à l‘écran primaire de vol (détails). Le vecteur de trajectoire suit le parcours prescrit par le corridor. Image libre de droit.