PILOTE AUTOMATIQUE NUMERIQUE EN TRAJECTOIRE,
UMP SFENA SUR, NORD 262 N°55.
MODES DE BASE, TENUE D'ALTITUDE, APPROCHES
Date: 12 mal 1980
SOMMAIRE
1 INTRODUCTION. BUT DES ESSAIS.
2 CONDITIONS DES ESSAIS.
2.1 Essais réalisés.
2.2 Matériel en essais.
2.3 Moyens de mesure.
2.4 Moyens d'essais.
3 DESCRIPTION DU SYSTEME.
3.1 Logiques - Modes disponibles.
3.2 Visualisations Alarmes.
3.3 Lois de guidage.
4. MODES DE BASE ET TENUE D'ALTITUDE.
4.1 Tenue de pente sol.
4.2 Tenue d'altitude.
4.3 Tenue de route.
4.4 Synthèse.
5. COUPLAGE ILS.
5.1 Captures.
5.2 Qualité des approches.
5.3 Résultats statistiques.
5.4 Conclusions sur le couplage
6 CONCLUSION.
Annexe 1 :
Historique des essais.
Annexe 2 : Installation
de mesure. Annexe 2bis, Annexe
2ter, Annexe 2quater
Annexe 3 : Lois de guidage.
Synoptiques. Annexe 3bis,
Annexe 3ter
Annexe 4 : Résultats
des approches. Annexe 4bis
LISTE DES PLANCHES
Planche 1 :
Poste de pilotage
Planche 2 : Clavier de
commande UMP
Planche 3 : Synoptique
du pilote automatique
Planche 4 : Effet du filtrage Glide
Planche 5 : Résultats
statistiques de approches
1 - INTRODUCTION - BUT DES ESSAIS
Ce rapport présente les résultats des essais effectués par le CEV. en vue d’évaluer le PA UMP SFENA monté sur le Nord 262 n° 55.
L’objet principal de l’évaluation était le couplage ILS automatique réalisé par l’ensemble UMP 6800 SFENA - PA TAPIR, utilisant des informations de trajectoire provenant de la centrale à inertie UNI 41 (SAGEM).
Les lois de ce couplage, définies par SFENA avaient auparavant fait l'objet de réglages suggérés par STTE/ERA, dans le but d’utiliser au mieux les informations de trajectoire. L'évaluation du CEV devait tenir compte de cet aspect " trajectoire " et ne pas se limiter aux critères de performances vis-à-vis du faisceau ILS.
Les sécurités du PA-UMP qui sont celles du Tapir, ne font pas partie de l’étude, qui se limite donc à l'aspect performances.
Les essais à réaliser avaient été définis par les programmes d'essais n° 9893 - CEV/SE/EQ/P du 13.09.79 et n° 11 571 CEV /SE/EQ du 25. 10. 79.
2. - CONDITIONS DES ESSAIS
2.1 - ESSAIS REALISES
17 vols ont été effectués, en 35 heures, du 05 octobre 1979 au 04 janvier 1980. 2 vols ont été consacrés à la tenue de pente, 1 vol à la tenue de route; la tenue d’altitude a été vue au cours des 14 vols consacrés aux approches; 83 approches ILS ont été réalisées dont 78 en mode UMP (et 5 en Tapir). Des perturbations (écarts radioélectriques constants superposés aux écarts mesurés par le récepteur), ont été étudiées sur 17 approches. 44 approches ILS ont été effectuées sur des faisceaux ILS de catégorie 2 de performances en vol, dont 8 approches décélérées, avec sortie du dernier cran de volet à des altitudes inférieures à 300 pieds, Les vitesses des vents limites rencontrées ont été 18 nœuds arrière, 15 nœuds travers et 15 à 18 nœuds debout.
Le détail des essais se trouve en annexes 1 et 4.
2.2 - MATERIEL EN ESSAIS
L’avion utilisé était le NORD 262 n° 55. A l'exception du vol 143 (tenue de pente) effectué à un centrage moyen, l'avion est resté centré avant pour la totalité des essais, en raison de la présence de diverses installations embarquées.
Les matériels principalement utilisés étaient (cf. planche 1)
- le pilote automatique Tapir du Nord 262 n° 55, qui ni est pas strictement de série. (introduction de termes d'accélération verticale dans la boucle de suivi de glide notamment) ,
- une UMP 6800 SFENA, dans laquelle sont implantés les logiciels des lois de commande, et son pupitre de commande,
- une Télétype ASR 33, en cabine, permettant de dialoguer avec l'UMP.
qui comporte :
2.3 - MOYENS DE MESURE
L’avion était équipé d’un enregistreur magnétique A 4022 (14 voies) et d’un enregistreur " Brush " à lecture directe (6 voies). Le détail des paramètres enregistrés se trouve en annexe 2.
Pour les approches effectuées à Brétigny, le moyen de trajectographie STRADA a été utilisé. La synchronisation était faite par des tops VHF.
2.4 - MOYENS D’ESSAIS
La partie droite du boîtier de commande des modes UMP (planche 2) permet :
La valeur de ces échelons peut être choisie sur la roue codeuse entre - 999 mA et + 999 mA. Les instants de début et de fin d’échelon sont commandés par le bouton poussoir "Validation des gains".
3. DESCRIPTION DU SYSTEME
Un synoptique du système est présenté en planche 3.
3.1 - LOGIQUES - MODES DISPONIBLES
Lorsque l’on a lancé par l’intermédiaire de la Télétype - ou du pupitre UMP - le programme PA, l’UMP élabore des ordres dmc et qc à destination de la chaîne de profondeur et de la boucle d’assiette latérale du Tapir.
Avant de sélecter un mode UMP, il faut donc embrayer le PA Tapir; les modes UMP peuvent alors être activés par une pression sur les poussoirs " UMP PROF " ou " UMP LAT " du boîtier de commande UMP.
" UMP PROF " désactive le dmc Tapir, et lui substitue dmc UMP. L’UMP délivre des ordres de tenue de pente sol actuelle. La valeur de la référence peut être modifiée par action sur les poussoirs d’incréments (1/3°). (" DY UP ", " DY DOWN " - cf. planche 2). Les poussoirs de commande permettent ensuite de sélectionner les modes tenue d’altitude actuelle, ou suivi de glide.
Nota : Si avant action sur UMP PROF, le PA Tapir est en mode VOR APP, la logique glide du Tapir est conservée afin de garder les gains et le limiteur de vitesse du PA latéral.
"UMP LAT" remet le Tapir en mode de base latéral (tenue d’assiette de roulis) et lui fournit une information d’assiette commandée, assurant le maintien de la route suivie à l’engagement. La référence de route peut être modifiée par action sur les poussoirs d'incréments (0,5°) " DX RIGHT ", " DX LEFT " - cf. planche 2). Les poussoirs de commande permettent ensuite de sélectionner le mode " suivi de faisceau loc ".
En UMP comme en Tapir, les modes Loc et Glide comportent une phase d'armement et une phase active. L'attente avant capture se fait en tenue d'altitude et en tenue de route.
3. 2 - VISUALISATIONS - ALARMES
La disponibilité de l’UMP pour les calculs PA et le lancement du programme PA sont indiqués par l’inscription " Couplage INS " en haut à droite de l'écran de visualisation.
A l’engagement UMP - Tapir les boutons poussoirs " UMP PROF " - " UMP LAT " sont éclairés. Les inscriptions UMP PROF - UMP LAT sont portées sur l'écran de visualisation.
En mode de base, les valeurs de la pente de référence et de la route de référence sont indiquées sur l'écran.
En mode supérieur, les boutons poussoirs de sélection des modes s’allument lorsque le mode correspondant est sélectionné, les références de pente et/ou de route disparaissent de l’écran.
Les captures du Loc et du Glide sont indiquées sur l'écran par des flèches vertes apparaissant devant les inscriptions UMP PROF - UMP LAT. Des flèches rouges peuvent également s'allumer en face de ces inscriptions pour indiquer un dépassement des écarts excessifs (15 mA en Loc, 65 mA en Glide). Ces flèches rouges s’ allument en début de capture et s’éteignent lorsque l'avion rejoint le faisceau.
3.3 - LOIS DE GUIDAGE
3.3.1. - Les lois de guidage s’écrivent, en longitudinal :
Tenue de pente : dmc = Kq.qcomp
+ Kz".h + Kh((h - hc)/Vs)
Tenue d’altitude : dmc = Kq.qcomp
+ Kz".h + Kh(h/Vs) + Kz(h - hc)
Tenue de glide : dmc = Kq.qcomp
+ Kz".h + Kh.h + Ke(e
+e/Ts)f(z)
q est une vitesse de tangage, compensée en virage.
h, h., h.. sont des termes d’accélération, de vitesse verticales
et d’altitude, fournies par un filtre baro-inertiel.
e est un écart glide estimé à partir des écart glide réels , de la pente de référence du glide et de la pente suivie par l’avion. f(z) convertit les micro-ampères en mètres, en fonction de l’altitude radiosonde.
3.3.2. - En latéral.
Tenue de route : Fc = Kc(C
- Cc)
Suivi du Loc : Fc = Kc(C
- Csel)(Ts/(1+Ts)) + Khf'(z)h(1
+ 1/Ths)
C est la route fournie par la centrale inertielle.
f(z)convertit les écarts en mA en écarts
métriques.
Ces diverses lois sont détaillées en annexe 3.
3.3.3 - Commentaires.
Les lois de tenue de pente, de route ou d’altitude sont très simples. Par rapport à un PA d’assiette, la loi de tenue d’altitude est notablement simplifiée, au prix de capteurs plus complexes.
En tenue de Loc, l’erreur sur la route inertielle est prise en compte par un effaceur sur le X – Fsel on se retrouve donc dans le cas d’un PA en cap qui prend en compte la dérive. L’erreur sur la route ne peut cependant être assimilée à une dérive : cette erreur reste constante pendant l'approche, et n’est pas susceptible de varier comme la dérive dans le cas d’un gradient de vent. Par ailleurs, cette erreur reste en général inférieure à, 2°. D’autre part, le terme de route contient une information de vitesse transversale, qui dans un. PA classique est parfois retrouvée en dérivant l’écart Loc. Il aurait peut être été possible d’exploiter plus directement cette vitesse transversale. En ne le faisant pas, on reste en fait dans le cadre d’un PA classique utilisant des informations de nature différente.
Note: L’erreur sur l’information de route inertielle provient notamment d'un mauvais calcul de l'accélération de Coriolis due à la vitesse verticale de l’avion. Ce problème est détaillé en annexe 3 du rapport CEV consacré au pilotage par incréments sur Nord 262-55. Cette erreur est particulière au type d’installation réalisée sur Nord 262-55. Pour un autre type d'installation, il subsiste néanmoins toujours une erreur liée à la précision de la centrale inertielle utilisée.
La loi Glide utilise d'avantage les propriétés spécifiques des informations inertielles, suite notamment aux essais effectués en pilotage par incréments de pente (cf. rapport CEV) qui ont montré que l'utilisation d'une tenue de pente corrigée seulement par un écart Glide est possible en approche.
Le terme d’écart Glide estimé e , est le résultat d’un filtre complémentaire entre l’écart Glide et l’écart entre la pente de référence et la pente suivie:
TGC varie avec l’altitude et permet ainsi d'avoir une influence essentielle de la pente en début d'approche et un guidage plus serré sur le signal Glide
4. MODES DE BASE ET TENUE D’ALTITUDE
4.1 - TENUE DE PENTE SOL
4.1.1 - La tenue de pente a été évaluée en tenue de pente nulle avec diverses sollicitations (rentrée-sortie d’éléments, variations de vitesse), en utilisant le moyen de trajectographie STRADA.
Les essais ont également porté sur les tenues de pente en montée et en descente et sur les variations de pente commandée.
4.1.2 - Résultats.
4.1.2.1 - Tenue de pente nulle gc = 0, en conditions calmes,
- Hors sollicitations, à 120 nœuds, la pente sol suivie fluctue entre + 0,3° et - 0,3°, avec des variations très lentes (T = 1 minute). L'amplitude des variations diminue lorsque la vitesse sol augmente (0,4° à 100 nœuds, 0,3° à 120 nœuds, 0,2° à 140 nœuds). En croisière, on remarque que l’altitude augmente régulièrement d’une dizaine de pieds par minute (pente inférieure à 0,1°). Le centrage n’a pas d’influence.
- Les rentrées de volets provoquent des prises de pentes négatives prolongées : - volets atterrissage vers volets approche : perte de 75 pieds en 10 s, et de 150 pieds en 30 s, avec prise de pente de -1,5 à -2°. L’effet est plus marqué en centrage arrière.
Les rentrées des deux autres crans de volets ont des effets beaucoup moins sensibles, les fluctuations, restent du même ordre que celles observées hors sollicitations.
Les sorties de volets provoquent à l’inverse des prises de pente positive, cependant moins marquées (+ 40 pieds en 10 secondes et + 65 pieds en 30 secondes pour la sortie des volets décollage vers les volets atterrissage).
- Les rentrées et sorties de train provoquent des variations d’altitude nettes (+30 pieds pour la rentrée, - 40 pieds pour la sortie), mais avec des variations de pente qui restent inférieures au degré. Ceci peut s’expliquer par l’utilisation d’une statique non compensée.
- Les virages (F = 30°, Z = 5000 pieds, VI = 120 à 170 nœuds) provoquent des pertes d’altitude de -50 pieds sur la mise en virage, avec une variation de pente inférieure à 1°, puis une stabilisation en pente nulle et un retour à l’altitude initiale à la sortie du virage.
- Les variations d’altitude sont de + 40 pieds sur des sollicitations aux gaz (accélération de 140 nœuds à 200 nœuds, puis décélération à Z = 5000 pieds).
- En 30 minutes de virage et de sollicitations de gaz effectuées au FL 50, l’altitude est toujours restée comprise entre 4980 et 5100 pieds sans aucun recalage.
4.1.2.2 - Tenue de pente en montée et en descente
Les résultats sont analogues à ceux observés en tenue de pente sol nulle pour ce qui est des phases stationnaires; il est par exemple possible de remonter le Glide avec un ordre constant de pente en montée, sans sortir de plus ou moins 1 point.
Les prises de pente sont caractérisées comme suit:
Réponse en moins de cinq secondes pour des variations de plus ou moins 5° ( i.e. stabilisation obtenue après 5 secondes, à la bonne valeur), les dépassements restant inférieurs au degré.
Les ordres d'incréments de 0,3° sont exécutés avec des temps de réponse compris entre 0, 5 et 1 seconde.
4.2 - TENUE D’ALTITUDE
4.2.1. - La loi de tenue d'altitude est en fait une tenue de pente nulle augmentée d’un terme de rappel en altitude. Hors sollicitations, il est donc logique de retrouver les résultats de la tenue de pente nulle et d’avoir, en phase stationnaire, un suivi d'altitude très précis ( DZ < 10 ft).
4.2.2. - Effets de sollicitations sur la tenue d’altitude en conditions calmes
Les virages provoquent des variations d’altitude barométrique de plus ou moins 30 pieds, pour des vitesses variant de 120 à 170 nœuds et des inclinaisons jusqu'à 30°, pour des altitudes de 5000 à 10 000 pieds.
La préparation machine en vent arrière amène des variations d’altitude de plus ou moins 15 pieds, avec apparition fréquente d’une oscillation de période 15 secondes très faiblement amortie.
Des variations de vitesse de 120 à 180 nœuds, provoquent des écarts de 20 pieds bien résorbés.
4.2.3. - En conditions légèrement turbulentes, on note parfois l’apparition de 2 types d'oscillations :
DZ = +- 30 ft - T = 5 secondes
DT = +- 1°
Dq = +- l°s - T = 1,25 seconde
Dz = +- 5,5 m – T = 40 secondes
Dh = +-0, 9 ms
DT = +- 2, 5°
VI = 170 nœuds
4.3 - TENUE DE ROUTE
4.3.1. - Il existe un décalage constant de 0,5° environ entre la route commandée et la route suivie indiquée par l’UNI 41. Cet écart est la différence entre le calcul C = Arc tg (VE/VN) effectué dans la centrale et le même calcul effectué dans l’UMP
4.3.2 - Ce décalage reste constant dans toutes les directions et à toutes vitesses (de 90 à 180 nœuds), ce qui indique un suivi précis de la route commandée.
Des variations de commande jusqu'à, 30°, ne provoquent pas de dépassements supérieurs à 0,2°. Les commandes d’incréments sont suivies rapidement et fidèlement.
Les sorties d’éléments se traduisent par des écarts de 2° résorbés en moins de 10 secondes.
Les dissymétries moteurs sont très bien absorbées (en moins de cinq secondes) tant que l’autorité du PA est suffisante, en configuration lisse, comme en configuration approche. Une panne moteur ne perturbe pas de façon significative cette tenue de route (essai réalisé par la mise d'un moteur au régime de transparence)
4.4 - SYNTHESE
Les modes de base et le mode d'altitude présentent des résultats très satisfaisants, avec des lois qui restent très simples. Le mode de tenue de pente est notamment favorable comme " support " d’une tenue d’altitude qui peut être réalisée de façon précise sans intégrateur. Ces intégrateurs se retrouvent néanmoins au niveau des capteurs (filtre baro-inertiel délivrant les informations h, h., h..)
Cependant, ils n'interviennent pas comme dans le cas d’un PA classique pour décaler la référence du paramètre piloté (l’assiette dans le cas d’une tenue d’altitude), référence susceptible de varier en fonction des conditions de vol (variations de vitesse, par exemple). Au niveau des capteurs, les intégrateurs corrigent des biais permanents, et peuvent travailler à long terme, sans devoir corriger des variations rapides.
L’amortissement en tenue de pente et d'altitude est parfois insuffisant (oscillations). Une optimisation des gains retenus reste sans doute possible.
En tenue de route, le suivi de la référence est très
précis. Le calcul de cette référence semble l’être
moins (écart entre le calcul UNI 41 et le calcul UMP).
5. COUPLAGE ILS
5.1- CAPTURES
Les captures n’ont pas été particulièrement travaillées et le domaine est assez restreint.
En Loc, les captures se font sous des angles inférieurs à 30°, pour des vitesses comprises entre 110 et 160 nœuds, à des distances supérieures à 8 NM. Les captures sont bonnes, avec un seul dépassement, toujours inférieur à 25 mA. L’apport de l’information de route apparaît nettement en présence de vent de travers : dans des conditions où le Tapir initialise l’approche avec un cap erroné et doit calculer la dérive avant de retrouver un cap correct et d'assurer un suivi convenable, l’UMP prend immédiatement une route constante et ni est absolument pas gênée par le vent de travers,
En Glide, la constante de temps TGL, qui augmente avec l'altitude (cf. § 3.3), privilégie, en altitude, le rappel sur la pente de référence, au détriment du rappel sur le faisceau. On prend ainsi rapidement une pente voisine de la pente de référence, avant de se trouver sur le faisceau, et on ne rejoint celui-ci que doucement: des interceptions débutées à 120 nœuds et à 1500 pieds ne sont achevées ( i.e. e = 0 ) que vers 1200 pieds, sans aucun dépassement ni oscillation. Lorsque la capture a lieu plus bas, TGL diminue et le temps d’interception également. néanmoins pour des captures effectuées entre 700 et 800 pieds, la stabilisation sur le Glide n’est pas possible; on se stabilise sur un Glide décalé de 2 à 3 m vers le bas, et les approches sont convenables sans oscillations.
5.2 - QUALITE DES APPROCHES
L’ensemble des approches est confortable; les variations de facteur de charge ne dépassent pas 0,2 g ; sur des ILS catégorie 2, l’allure des approches ne se différencie guère de celle des approches effectuées avec un bon PA d'assiette. On note par contre une nette amélioration sur des ILS de moins bonne qualité en longitudinal notamment.
5. 2. 1. - Le signal estimé e' qui remplace e dans la loi de guidage est beaucoup moins perturbé: le bruit glide à haute fréquence est moins sensible, et les distorsions locales sont nettement atténuées (la planche 4 donne un exemple particulier de ces améliorations sur un ILS de faible qualité). Ces observations sont confirmées par l’étude de perturbations (décalages constants du faisceau à diverses altitudes et pendant des durées variables). injectées en approche : les réponses à ces échelons se font sans mouvement avion excessif; sur des déformations de 30 mA en Glide, injectées à 200 pieds, les variations maximales de pente sont de l’ordre de 0,5°, la variation maximale étant observée 3 secondes après l’injection. Des déformations de 40 mA entre 700 et 400 pieds provoquent des variations de 0,7° en 5 secondes. Au niveau des ordres de gouverne, ces filtrages se traduisent par une diminution de l’activité "haute fréquence" liée aux bruits glide et par la disparition d’évolutions importantes du trim liées à un suivi serré des distorsions du faisceau.
Les pentes tenues varient de plus ou moins 0,5° autour de la référence avec des excursions éventuelles à plus ou moins 1°. Comme dans le cas des modes de base, l’assiette est souvent oscillante (plus ou moins 1°, période voisine de 5 secondes ).
Ce manque d'amortissement est particulièrement sensible en cas de perturbations extérieures : turbulence ou sortie d'éléments, ce dernier cas pouvant également conduire à des oscillations en pente et à une dégradation de la fin de l’approche. Ceci peut rendre délicates les approches décélérées avec sortie d'éléments, qui seraient sinon favorisées par le principe de la tenue de pente.
Il faut par contre noter que les caractéristiques citées au niveau de la tenue de pente restent vraies pour des vents variant de 20 nœuds arrière, à 20 nœuds avant; en vent arrière, on reste néanmoins gêné par les pentes air maximales que peut suivre un Nord 262 sans réduction excessive du régime moteur - ce qui a pour effet de déventer la gouverne de profondeur.
5.2.2. - En latéral, les routes suivies varient de plus ou moins 0,5° autour d’une valeur moyenne avec des excursions à plus ou moins 1°. La réponse aux diverses conditions météorologiques est satisfaisante; l’utilisation de la route diminue l’influence de la composante transversale du vent et permet de s’accommoder de ses variations; des approches effectuées avec une variation de dérive de 6° dans les mille derniers pieds ne donnent lieu à aucune évolution particulière en Loc (écarts toujours inférieurs à 8 mA) ou en route (variations de moins de 0,5°a autour de la référence, aucune excursion).
5.2.3. – L’apport des termes en pente et en route a été mis en évidence ci-dessus. Tels qu'ils sont utilisés dans le PA/UMP, ils présentent néanmoins un inconvénient, à rapprocher de la lenteur des captures (cf. § 5.1) : en route, comme en pente, les lois de commande mélangent le signal radioélectrique à un terme de trajectoire effacé à long terme et recalé par l’intégrale du signal radioélectrique. A court ou moyen terme (temps compris entre une et deux minutes), on se trouve ainsi dans des états d’équilibre hors du zéro radioélectrique : trajectoire convergente et écart dans le bon sens. Ceci conduit aux captures lentes, ce qui n’est pas mauvais en soi ; par contre, le système considère alors comme route (ou pente) de référence, la moyenne de la route (ou pente) de convergence, et garde cette référence un certain temps après être revenu au zéro radioélectrique, avant que la référence ne soit " réajustée " par l’intégrale du signal radioélectrique.
Ceci conduit d’une part à la stabilisation sur de " faux axes " glide, en cas de capture tardive (0,3° d’erreur de pente équilibrent à 600 pieds 3 mètres d’écart Glide), et au suivi prolongé de routes décalées; le problème est plus aigu en latéral où l’écart de route est le seul terme pouvant fournir de l’avance de phase contrairement au longitudinal où l’on trouve notamment un terme d’accélération verticale. Lorsque la route de référence a été mal calculée (ce calcul de la référence est nécessaire en raison des erreurs de la centrale à inertie), on peut assister à des divergences rapides en finale: un écart de 1° provoque à 100 pieds, 13 mA d’écart en 10 secondes...
2 approches sur 80 environ (dont une dizaine " hors statistiques ") ont mis en évidence de tels phénomènes; l’analyse ne permet cependant pas d'exclure d'autres causes de dérive (une erreur au niveau du calcul de la vitesse sol est toujours possible).
Ces remarques ne doivent pas remettre en question l’utilisation de la pente et de la route, et les avantages qui elle amène.
Les retours lents sur le faisceau sont évidemment liés au confort sur les faisceaux de faible qualité. Cependant, il importe de tenir compte au niveau des lois de pilotage du fait que la route moyenne ou la pente moyenne suivie, ne sont les références que si l’on est sur le faisceau. Vu sous cet aspect, les lois devraient présenter trois phases :
1/ capture, arrivée à la moyenne du zéro radioélectrique,
(prépondérance des termes radioélectriques),
2/ détermination des références (filtrage entre
l’écart radioélectrique et la trajectoire suivie) ,
3/ fin de l'approche en utilisant des références sûres.
Ceci demanderait l’élaboration de lois spécifiques à l’utilisation des termes de trajectoire, les lois proposées sur le Nord 262 n° 55 étant à cet égard sans doute trop classiques et ressemblant trop à des lois en assiette et en cap utilisant de nouvelles sources d’information.
5.3 - RESULTATS STATISTIQUES
Le détail des performances réalisées et des conditions rencontrées se trouve en annexe 4.
5.3.1.- Écarts à la trajectoire radioélectrique.
Les résultats statistiques obtenus sont présentés en planche 5. Les valeurs de l permettent de calculer, sur chacun des axes, les intervalles dans lesquels se trouvent avec un taux de confiance de 95%, les valeurs que l’on dépasse dans moins de 5% des cas. On obtient les résultats suivants :
- de 200 à 100 pieds:
Intervalle Glide |
Intervalle Loc
|
|
Faisceaux de catégorie 2
|
47,7 mA - 64,7 mA |
8,1 mA - 10,8 mA |
Faisceaux de catégorie l et 2
|
50,2 mA - 64,8 mA |
8,1 mA – 9,9 mA |
De 100 à 50 pieds, intervalle Loc (compte tenu de la nature des faisceaux glide, on ne cherche pas à s’y asservir au dessous de l00 pieds).
Faisceaux de Catégorie 2 |
8,15 mA – 10,8 mA |
Faisceaux de Catégorie 1 & 2 |
8,15 mA – 9,9 mA |
Dans tous les cas les normes exigibles en catégorie 3 pour la borne supérieure de l’intervalle (65 mA en glide, 15 mA en loc sont donc respectées).
L’ensemble des résultats présentés et les conditions dans lesquelles ils ont été acquis montrent que le PA réalisé serait apte à une certification en catégorie 2 ou 3A, du point de vue des performances de guidage. On peut noter également que les performances sont indépendantes de la qualité du faisceau et, en ce qui concerne le guidage en latéral, ne se dégradent pas en s'approchant de la piste. Les problèmes d'estimation de référence signalés au § 5.3 n'apparaissent pas au niveau statistique (2 cas sur 80 approches).
5.3.2. - Écarts à la trajectoire de référence.
Le moyen de trajectographie STRADA permet de connaître, pour les approches effectuées à Brétigny, la position de l’avion par rapport à l'axe géographique de la piste et par rapport à un plan de descente de 2,9° passant par le pied de l’antenne Glide.
Trajectoire longitudinale
Les tableaux ci-dessous résument les passages observés à diverses distances de l’antenne Glide, et donnent en fonction des hauteurs de passage les points d’arrivée sur la piste suivant la
pente suivie (il ne s’agit pas de points d’impact prévus puisqu’on ne tient pas compte de l'arrondi, mais de points de visée). Ces résultats portent sur 24 approches effectuées sans perturbations.
Passage à 1200 m
Pente |
D visée |
Écart |
|
Point théorique : 60,8 m (200 ft) |
2,9° |
300 m |
0 m |
Point moyen : 61,2 m |
2,9° |
308 m |
+ 8 m |
2,4° |
560 m |
+ 260 m |
|
3,4° |
130 m |
- 170 m |
|
Point bas : m-2s = 57,5 m (s = 1,85 m) |
2,9° |
235 m |
-65 m |
3,4° |
68 m |
-232 m |
|
Point haut : m+ 2s = 64,9 m |
2,9° |
381 m |
+81 m |
2,4° |
648 m |
+348 m |
Les points les plus bas et les plus hauts observés au cours des 24 approches sont dans la fourchette (m-2s, m+ 2s)
Pente |
D visée |
Écart |
|
Point théorique : 30,4 m (100 ft) |
2,9° |
300 m |
0 m |
Point moyen : 30,4 m |
2,9° |
300 m |
0 m |
2,4° |
425 m |
+ 125 m |
|
3,4° |
211 m |
- 99 m |
|
Point bas : m-2s = 27,4 m |
2,9° |
241 m |
-59 m |
3,4° |
161 m |
-59 m |
|
Point haut : m+ 2s = 33,4 m |
2,9° |
359 m |
+59 m |
2,4° |
497 m |
+197 m |
Les points les plus bas et les plus hauts observés au cours des 24 approches sont dans la fourchette (m-2g, m+ 2g)
Passage à 300 m (seuil de piste)
Pente |
D visée |
Écart |
|
Point théorique : 15,2 m (50 ft) |
2,9° |
300 m |
0 m |
Point moyen : 15,2 m |
2,9° |
300 m |
0 m |
2,4° |
363 m |
+ 63 m |
|
3,4° |
256 m |
- 44 m |
|
Point bas : m-2s = 12,4 m |
2,9° |
245 m |
-55 m |
3,4° |
209 m |
-91 m |
|
3,9° |
182 m |
-118 m |
|
Point le plus bas observé : 11,7 m |
2,9° |
231 m |
-69 m |
3,4° |
197 m |
-103 m |
|
3,9° |
172 m |
-128 m |
|
Point haut : m+ 2s = 18 m |
2,9° |
355 m |
+ 55 m |
2,4° |
429 m |
+129 m |
Le point le plus haut observé est dans la fourchette (m, m+ 2g)
5.3.2.2 – Trajectoire latérale
L’ensemble des trajectoire apparaît décalé de 4 m vers la droite. Ceci peut être attribué à la position du réflecteur STRADA, décalé par rapport à l’antenne réceptrice du Loc, à des erreurs de centrage, au niveau de l’émetteur ou du récepteur Loc, et aux erreurs de guidage sur le faisceau Loc (1 à 2 mA en moyenne, soit environ 1m)
Sur 34 approches effectuées sans perturbations en latéral, les résultats sont les suivants, après correction de l’erreur permanente de 4m.
Passage à 60,8 m (200 ft)
Route |
Écart à l’impact |
|
Point moyen : 0 m |
0,5° |
10 m |
Point à 2s : 6,6 m |
0,5° |
16,6 m |
-0,5° |
-3,4 m |
|
Point extrême observé : 7,5 m |
0,5° |
17,5 m |
-0,5° |
-2,5 m |
Passage à 30,4 m (100 ft)
Route |
Écart à l’impact |
|
Point moyen : 0 m |
0,5° |
5 m |
Point à 2s : 6,2 m |
0,5° |
11,2 m |
-0,5° |
1,2 m |
Passage à 15,2 m (50 ft – seuil de piste)
Route |
Écart à l’impact |
|
Point moyen : 0 m |
0,5° |
3 m |
Point à 2s : 5,6 m |
0,5° |
8,6 m |
-0,5° |
2,6 m |
Commentaires
La précision obtenue en longitudinal est très satisfaisante. Les passages dans les fenêtres à 2g observés associés aux variations maximales de pente enregistrées (plus ou moins 0,5°, cf. 5.2.1) garantissent une plage de visée acceptable, qui de plus, se rétrécit lors qu’on approche de la piste : l’avion évolue effectivement dans un entonnoir et la trajectoire est tenue de façon de plus en plus précise. Les résultats permettent de penser qu’il est possible dans le filtrage complémentaire réalisé de diminuer encore l’importance du terme d’écart radioélectrique vis-à-vis du terme de pente, ce qui permettrait de gagner en stabilité.
Les résultats sont moins satisfaisants en latéral. Les écarts observés jusqu’à 50 pieds montrent que jusqu’à cette hauteur il faut faire des corrections en route, la trajectoire de référence n'étant pas assez bien suivie. On observe que les variations de route enregistrées de plus ou moins 0,5° (cf. 5.2.2.), associées aux fenêtres de passage peuvent d’une part provoquer des décalages significatifs de l’avion et d’autre part ne sont, à partir de 100 pieds, plus suffisantes pour ramener l’avion sur l’axe. Ceci confirme les remarques faites en 5.2.3 : avec le type de loi choisi et la qualité des informations de route disponibles, il faut garder un asservissement serré sur le signal radioélectrique; la solution présentée ne se prête pas à un véritable guidage en trajectoire.
5.4 - CONCLUSIONS SUR LE COUPLAGE ILS
Les résultats statistiques obtenus sont satisfaisants et permettent de penser qu’une campagne de certification catégorie II ou III A (hors aspect atterrissage automatique), menée sur le PA présenté conduirait à une conclusion favorable en ce qui concerne les performances.
L’analyse des lois et des résultats obtenus montre que les informations de trajectoire auraient pu être davantage privilégiées. En longitudinal, il serait ainsi possible d’expérimenter d’autres réglages du filtre complémentaire entre l’écart radioélectrique et l’écart à la pente de référence. En latéral par contre, il semblerait nécessaire pour atteindre cet objectif de transformer la loi elle-même. La précision obtenue sur la route et le recalage de cette route, ne sont pas suffisants pour garantir même en fin d’approche une bonne référence inertielle. La solution présentée reste finalement voisine d’un bon guidage en cap, sauf au niveau des captures qui sont indiscutablement facilitées.
CONCLUSION
D’octobre 1979 à janvier 1980, le CEV a évalué en 17 vols et 35 heures, un pilote automatique numérique programmé sur calculateur UMP 6800 (SFENA) installé sur le Nord 262 n°55, le STAé/ERA ayant participé à l’élaboration des lois.
Les modes de base - tenue de pente et de route n’étaient conçus que comme des supports du mode supérieur de couplage à un faisceau ILS. Essayés dans un domaine de vol restreint, ils ont paru très satisfaisants et ont mis en évidence la possibilité d’utiliser dans le PA les informations numériques de route et de pente délivrées par la centrale UNI 41. Il est également apparu que l’optimisation de ces modes n’avait pas été poussée à fond et que des améliorations, notamment sur l’amortissement des mouvements d’assiette pouvaient être apportées.
Le mode tenue d’altitude appelle les mêmes remarques : le fonctionnement d’ensemble est bon mais probablement pas encore optimal; il se situerait néanmoins en bonne position pour une comparaison avec des PA connus.
Le couplage à l’ILS a donné également des résultats satisfaisants. Là encore, il a été démontré que les informations de route et de pente pouvaient remplacer sans inconvénients majeurs et pour un certain nombre d’aspects avantageusement, les informations de cap et d’assiette, Il faut cependant remarquer que, par volonté de respecter les critères classiques appliqués aux PA d’assiette, des solutions de guidage allant plus loin dans l’étude d’une utilisation
privilégiée des informations inertielles n’ont pas été retenues, au profit de solutions plus classiques dans leur conception. Les résultats obtenus plaident en faveur de la poursuite de l’étude de solutions nouvelles, particulièrement intéressantes sur des faisceaux de piètre qualité.
Les essais effectués montrent qu’il est possible d'atteindre un bon niveau de performances en utilisant des informations et une technologie numériques.
Les études devraient être poursuivies pour dégager les lois tirant le meilleur profit de la qualité des informations de trajectoire fournies par une centrale à inertie.
L’IAC COFFIN
Chargé de l’Essai
L’Ingénieur Principal TERT
Chef de la Section Essais-Equipements
L’Ingénieur en Chef MONFORT
Chef du Service ESSAIS