Pr´ esentation des diff´ erentes boucles externes et du pilote automatique

pilotage automatique (ou du FMS) en une commande pour l’une des deux boucles internes pr´esent´ees dans la section 4.3. Par exemple, supposons que le pilote souhaite monter de 10,000 pi avec une vitesse verticale de 1,800 pi/min tout en effectuant un changement de cap de 60◦. L’id´ee est de pouvoir interpr´eter tous ces mouvements en termes de changement d’angle de tangage et d’angle de roulis que les deux boucles internes devront assurer.

Le but de ce chapitre est donc de trouver les relations de passage entre les diff´erents param`etres physiques de l’avion qui permettent d’asservir un mouvement quelconque. Or, il est bien connu dans la litt´erature que pour contrˆoler un syst`eme avec de bonnes performances, il faut en g´en´eral que la commande comprenne :

- Un terme proportionnel pour am´eliorer la rapidit´e du syst`eme. - Un terme d´eriv´e pour am´eliorer l’amortissement du syst`eme. - Un terme int´egral pour r´eduire l’erreur en r´egime permanent.

- Un terme d’action directe (ou pr´edictif) pour am´eliorer la r´eponse transitoire. - Des saturateurs pour limiter les sorties et l’´energie sur la commande.

Ainsi, `a partir des ´equations de la m´ecanique du vol, nous ´elaborerons dans un premier temps les diff´erentes relations qui permettront d’interpr´eter les mouvements de l’avion en terme de changement d’angle de tangage et d’angle de roulis. Puis, dans un second temps, nous d´evelopperons les commandes de vol du pilote automatique en int´egrant des termes proportionnel, d´eriv´e, int´egral ou pr´edictif en fonction des modes que le pilote automatique poss`ede. `A cet effet, nous donnons, ici, une liste des diff´erents modes qu’il est possible de retrouver dans la plupart des avions d’affaires :

 Modes de l’auto-pilote en vol de croisi`ere pour le mouvement vertical : 1. Mode de vitesse verticale (Vertical Speed ) : ce mode permet de contrˆoler la

vitesse verticale de l’avion lors d’un changement d’altitude. Il peut ˆetre aussi utilis´e dans certains cas pour maintenir un niveau de vol constant.

2. Mode de maintien de l’altitude (Altitude Hold ) : ce mode permet de maintenir l’avion `a l’altitude d´esir´ee en pr´esence de perturbations ext´erieures qui pourraient le faire d´evier de sa trajectoire.

3. Mode de capture d’altitude (Altitude Capture) : ce mode permet de rejoindre l’altitude de r´ef´erence s´electionn´ee par le pilote (ou par le FMS). Il fait la liaison entre le mode Vertical Speed et le mode Altitude Hold.

4. Mode de changement de niveau de vol (Flight Level Change) : ce mode permet de maintenir la vitesse en ajustant l’assiette de l’avion au moyen des ´el´evateurs. Il est g´en´eralement utilis´e lorsque l’avion est d´epourvu du mode Autothrottle. 5. Mode de commande automatique des gaz (Autothrottle) : ce mode permet

de contrˆoler la vitesse (ou le nombre de Mach) de l’avion. Dans certains cas, il peut ˆetre utilis´e pour commander la pouss´ee des moteurs comme dans les phases de mont´ee ou descente lorsque le mode Flight Level Change est activ´e.

 Modes de l’auto-pilote en vol de croisi`ere pour le mouvement lat´eral : 1. Mode de capture et de maintien d’un cap (Heading Capture and Hold ) : ce

mode permet de contrˆoler le cap de l’avion. Il est important de pr´eciser que ce dernier ne garantit pas le maintien d’une trajectoire dans le plan horizontal (deux trajectoires parall`eles ont le mˆeme cap).

2. Mode de capture de VOR1_/DME2_{(VOR/DME Capture) : ce mode permet de}

faire de la navigation par points de passage (waypoints) pour suivre une trajectoire bien pr´ecise.

1. VHF Omnidirectional Range

 Modes de l’auto-pilote pour l’approche et l’atterrissage :

1. Mode de radioalignement de descente et d’arrondi (Glideslope et Flare) : ce mode permet l’alignement de l’avion sur une trajectoire de descente optimale d´efinie par un angle de descente (flight path angle). De plus, si la piste d’atterrissage est certifi´ee, ce mode peut effectuer la rotation pour que les roues du train d’atterrissage touchent la piste en premier.

2. Mode de capture du radioalignement de piste (Localizer ) : ce mode permet d’aligner et de maintenir l’avion sur le cap de la piste.

Bien entendu, certaines manœuvres n´ecessiteront l’activation de plusieurs modes `a diff´erents instants. Par exemple, un changement d’altitude peut ˆetre effectu´e de deux fa¸cons. - Dans le cas d’un grand changement d’altitude (ex. 10,000 pi `a 1,800 pi/min) le mode Vertical Speed s’activera en premier pour assurer le taux de mont´ee de l’avion. Puis, une fois proche de l’altitude de r´ef´erence, le mode Altitude Capture prendra le relais pour raccorder la trajectoire de mont´ee `a la trajectoire horizontale de l’altitude cible, o`u le mode Altitude Hold s’enclenchera `a son tour pour maintenir le niveau requis. - Dans le cas d’un faible changement d’altitude (ex. 500 pi `a 1,800 pi/min) le mode

Altitude Capture pourra s’activer directement, car la diff´erence d’altitude est trop faible pour activer le mode Vertical Speed. Puis, le mode Altitude Hold s’activera pour maintenir le niveau requis.

Nous verrons par la suite comment cr´eer une logique de passage entre les diff´erents modes qui peuvent ˆetre activ´es `a partir du panneau de contrˆole ci-dessous :

Figure 5.1 Panneau du pilote automatique

Cette interface, d´evelopp´ee sp´ecialement pour la plateforme de simulation, permet de communiquer avec le module du pilote automatique afin de pouvoir s´electionner les modes durant la simulation.