Système de gestion de vol

Tous les systèmes de gestion de vol (FMS) intègrent une base de données de navigation. Cette base de données contient les éléments nécessaires à l'élaboration du plan de vol, définis par la norme ARINC 424. La base de données de navigation (NDB) est généralement mise à jour tous les 28 jours afin de garantir l'actualité de son contenu. Chaque FMS ne contient qu'un sous-ensemble des données ARINC/ AIRAC , adapté à ses propres capacités.

Le NDB contient toutes les informations nécessaires à l'élaboration d'un plan de vol, à savoir :

• Points de passage/Intersection
• Les compagnies aériennes
• Les aides à la radionavigation comprennent les équipements de mesure de distance (DME), les radiogoniomètres omnidirectionnels VHF (VOR), les balises non directionnelles (NDB) et les systèmes d'atterrissage aux instruments (ILS).
• Aéroports
• Pistes
• Départ aux instruments standard (SID)
• Arrivée standard au terminal (STAR)
• Circuits d'attente (uniquement dans le cadre des procédures d'approche aux points d'entrée - bien qu'ils puissent être effectués sur ordre du contrôle aérien ou à la discrétion du pilote)
• Procédure d'approche instrumentale (IAP)

Les points de passage peuvent également être définis par le(s) pilote(s) le long de la route ou par référence à d'autres points de passage avec la saisie d'un lieu sous la forme d'un point de passage (par exemple un VOR, un NDB, un ILS, un aéroport ou un point de passage/intersection).

Le plan de vol est généralement établi au sol, avant le départ, soit par le pilote pour les petits avions, soit par un régulateur de vol pour les avions de ligne. Il est ensuite saisi dans le FMS, soit manuellement, soit en le sélectionnant dans une bibliothèque de routes courantes (routes de la compagnie), soit via une liaison de données ACARS avec le centre de contrôle aérien de la compagnie.

Lors de la préparation du vol, d'autres informations nécessaires à la gestion du plan de vol sont saisies. Il peut s'agir de données de performance telles que la masse maximale au décollage, la masse de carburant et le centre de gravité. Les altitudes, notamment l'altitude de croisière initiale, sont également saisies. Pour les aéronefs non équipés d'un GPS , la position initiale est également requise.

Le pilote utilise le FMS pour modifier le plan de vol en vol pour diverses raisons. Une conception technique poussée minimise le nombre de frappes au clavier afin de réduire la charge de travail du pilote et d'éliminer toute information trompeuse. Le FMS transmet également les informations du plan de vol pour affichage sur l'écran de navigation (ND) du système d'instruments de vol électroniques ( EFIS ). Le plan de vol apparaît généralement sous la forme d'une ligne magenta, avec les autres aéroports, les aides radio et les points de cheminement affichés.

Certains FMS peuvent calculer des plans de vol spéciaux, souvent pour des exigences tactiques, comme des schémas de recherche, des rendez-vous, des orbites de ravitaillement en vol et des points de largage aérien calculés (CARP) pour des sauts en parachute précis.

Une fois en vol, l'une des principales tâches du FMS est d'obtenir un point de position , c'est-à-dire de déterminer la position de l'aéronef et la précision de cette position. Les FMS simples utilisent un seul capteur, généralement un GPS, pour déterminer la position. En revanche, les FMS modernes utilisent autant de capteurs que possible, tels que des VOR, afin de déterminer et de valider leur position exacte. Certains FMS utilisent un filtre de Kalman pour intégrer les positions provenant des différents capteurs en une seule position. Les capteurs courants comprennent :

• Les récepteurs GPS de qualité aéronautique servent de capteur principal car ils offrent la plus grande précision et la plus grande intégrité.
• Les systèmes radio conçus pour la navigation aérienne constituent le deuxième type de capteurs le plus précis. Il s'agit notamment des suivants :
  • DME ( équipement de mesure de distance ) qui vérifie simultanément les distances de cinq stations DME différentes afin de déterminer une position toutes les 10 secondes.
  • Les VOR ( radiophares omnidirectionnels VHF ) fournissent un relèvement. Avec deux stations VOR, la position de l'aéronef peut être déterminée, mais la précision est limitée.
• Les systèmes de référence inertielle (SRI) utilisent des gyroscopes laser annulaires et des accéléromètres pour calculer la position de l'aéronef. Ils sont très précis et indépendants des sources extérieures. Les avions de ligne utilisent la moyenne pondérée de trois SRI indépendants pour déterminer la position « triple SRI mixte ».

Le système de gestion de vol (FMS) vérifie en permanence les données des différents capteurs et détermine la position et la précision de l'aéronef. Cette précision est exprimée en performance de navigation réelle (ANP), soit le cercle dans lequel l'aéronef peut se trouver, mesuré en diamètre en milles nautiques. L'espace aérien moderne est soumis à une performance de navigation requise (RNP). Pour évoluer dans certains espaces aériens de haute altitude, l'aéronef doit avoir une ANP inférieure à sa RNP.

En fonction du plan de vol et de la position de l'appareil, le FMS calcule la trajectoire à suivre. Le pilote peut la suivre manuellement (comme pour suivre un radial VOR) ou laisser le pilote automatique s'en charger.

Le mode FMS est généralement appelé LNAV (Navigation latérale) pour le plan de vol latéral et VNAV (Navigation verticale) pour le plan de vol vertical. Le VNAV fournit les objectifs de vitesse et de tangage ou d'altitude, tandis que le LNAV fournit les instructions de roulis au pilote automatique.

Les avions sophistiqués, généralement les avions de ligne comme l' Airbus A320 ou le Boeing 737 et autres appareils à turboréacteurs, sont équipés d'un système de navigation verticale ( VNAV ) performant . Le VNAV a pour but de prédire et d'optimiser la trajectoire verticale. Le guidage comprend le contrôle de l'axe de tangage et celui des gaz.

Le système de gestion de vol (FMS) doit disposer d'un modèle de vol et de moteur complet pour obtenir les données nécessaires. Cette fonction permet de générer une prévision de trajectoire verticale le long du plan de vol latéral à partir de ces informations. Le constructeur aéronautique est généralement la seule source de ce modèle de vol complet.

Le profil vertical est établi par le FMS lors de la préparation du vol. Associé au plan de vol latéral, il prend en compte la masse à vide initiale de l'appareil, sa masse de carburant, son centre de gravité et son altitude de croisière. La première étape d'une montée verticale consiste à atteindre l'altitude de croisière. Des limitations verticales, telles que « À 8 000 pieds ou plus », sont présentes à certains points de cheminement des SID. Une réduction de la poussée, ou montée « FLEX », peut être utilisée tout au long de la montée afin de préserver les moteurs. Il est nécessaire de tenir compte de ces éléments lors de l'établissement des projections de profil vertical.

La mise en œuvre d'un système de navigation au point de vol (VNAV) précis est complexe et coûteuse, mais elle permet de réaliser des économies de carburant, principalement en croisière et en descente. En croisière, phase durant laquelle la consommation de carburant est la plus importante, plusieurs méthodes permettent d'économiser du carburant.

Lorsqu'un avion consomme du carburant, il s'allège et peut voler à une altitude plus élevée, où la résistance de l'air est moindre. Les montées par paliers ou les montées de croisière facilitent cela. Le VNAV peut déterminer les zones de montée optimales pour minimiser la consommation de carburant.

• ARINC 702A, Système informatique de gestion de vol avancé
• Avionique, éléments, logiciels et fonctions, chapitre 20, Cary R. Spitzer, ISBN0-8493-8438-9
• Guide de l'utilisateur FMC B737, Chapitre 1, Bill Bulfer, Bibliothèques de pointe
• Casner, SM. Guide du pilote pour le cockpit d'avion moderne . Newcastle, WA, Aviation Supplies and Academics, 2007. ISBN1-56027-683-5.
• Chappell, AR et al. « Le tuteur VNAV : remédier à une difficulté de conscience du mode pour les pilotes d'avions à cockpit en verre. » IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Part A, Systems and Humans , vol. 27, no.3, mai 1997, pp. 372–385.