Le système d’évitement des NFZ

Le système d’évitement des NFZ

ÉTUDE DES TRAJECTOIRES DE VOL EN TROIS DIMENSIONS

Dans ce chapitre, deux cas seront traités. Le premier cas sera détaillé dans son fonctionnement, le second cas sera donné à titre de démonstration. Avant de montrer ces deux cas, les hypothèses de travail de cette partie seront établies.

Hypothèses

Nous allons considérer plusieurs hypothèses. Certaines seront maintenues dans les chapitres suivants et d’autres sont propres à cette partie du travail. Les hypothèses considérées sont les suivantes. Les hypothèses déjà expliquées dans les chapitres précédents ne sont pas redéveloppées ici :
– Tous les waypoints sont de type Fly-Over.
– Aucun waypoint ne se trouve dans une NFZ.
– Les NFZ sont considérées comme fixes.
– La vitesse de l’avion est constante.
– Les routes d’évitement sont libres de toutes autres NFZ.
– Les changements d’altitude sont faibles. Ce travail traite du vol de croisière. Dans cette configuration de vol, les changements d’altitude sont faibles. Par exemple, le passage du niveau de vol 340 (FL340 : 34,000 pieds d’altitude) au niveau de vol 350 (FL350 : 35,000 pieds d’altitude) ne demande qu’une variation de 1000 pieds, soit 300 mètres.

Préambules

Préambule relatif à l’évitement des NFZ

Afin d’appréhender ce chapitre correctement, il est important de dire que les évitements de NFZ doivent se faire en palier. Cette recommandation, faite par les constructeurs et appliquée par les compagnies aériennes, s’explique simplement. Pour commencer, l’avion est plus maniable en palier. En effet, éviter une zone en montée reviendrait à utiliser le mouvement de lacet de l’avion plutôt que son virage en roulis ce qui serait moins efficace. Par ailleurs, l’utilisation du mouvement de lacet en évitement de zone rendrait le vol non symétrique, ce qui engendrerait une augmentation du coût d’exploitation. Enfin, les efforts sur la structure sont moindres lors d’un mouvement de roulis que lors d’un mouvement de lacet. C’est pour ces raisons que, dans ce chapitre et dans les suivants, l’appareil repassera en palier avant d’éviter les zones de vol et reprendra ensuite son changement d’altitude.

Préambule relatif au choix du plus court chemin

Ici encore, le choix du plus court chemin utilise l’algorithme de méta-heuristique décrit dans le chapitre 2.2. Ce programme est en fait utilisé deux fois. En effet, pour diminuer le temps de compilation et faciliter la maintenance du programme, il a été décidé de travailler deux fois en deux dimensions (latitude versus longitude et latitude versus altitude), tel qu’expliqué dans les paragraphes suivants. Lors de sa première utilisation, le programme réagit exactement comme dans le chapitre précédent. La latitude est discrétisée, puis une interpolation permet d’obtenir l’espace des longitudes. Ainsi, à chaque échantillon de latitude correspond un échantillon de longitude. Lors de sa seconde utilisation, le programme utilise la discrétisation des latitudes dans le but, toujours par interpolation, d’obtenir l’espace des altitudes. Ainsi, à chaque échantillon de latitude correspond un échantillon d’altitude. Les deux interpolations sont optimisées indépendamment l’une de l’autre. Ensuite, la trajectoire est dessinée en prenant en compte la succession de triplets de données. Ces triplets sont composés d’une latitude, d’une longitude et d’une altitude qui définissent la position du point dans l’espace en 3D.

Fonctionnement de l’algorithme de résolution

La première étape dans la résolution du problème est d’entrer les données au programme ce qui se fait directement par l’interface Matlab. Les données sont les coordonnées tridimensionnelles des waypoints, du centre des NFZ et le rayon des NFZ. Encore une fois, dans sa version d’exploitation, le logiciel ne demandera pas d’entrer manuellement les NFZ. Les informations du radar météorologique et du radar de trafic fourniront automatiquement les coordonnées des NFZ au logiciel. Une fois que les données sont entrées, l’algorithme travaille à nouveau en trois parties. La première partie consiste à détecter si la trajectoire pénètre des NFZ et, si oui, à quels endroits. Dans ce but, chaque portion trajectoire (trajectoire entre deux waypoints consécutifs) est étudiée. Dans notre cas, il y a une violation de NFZ entre les points C et D (cette violation est constatable sur la figure 4-1). L’algorithme nous alerte par le message : No_flying_zone = 1, comme dans le chapitre précédent.
Ensuite, les waypoints d’évitement sont calculés afin de déterminer la trajectoire d’évitement. La méthode est toujours la même que celle décrite dans le chapitre 2. En effet, l’avion évite les NFZ en palier. C’est pourquoi la NFZ est encore considérée comme un cercle et que l’évitement s’effectue en deux dimensions. A la fin de cette phase, le programme a donc à sa disposition une chaine de waypoints exprimée en trois dimensions d’espace.
La dernière phase de la résolution est le choix de la trajectoire la plus courte. Comme ceci a été expliqué, la détermination du trajet le plus court est effectuée en deux étapes. D’abord, les longitudes sont déterminées en fonction des latitudes. Ensuite les altitudes sont déterminées en fonction des latitudes.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE BIBLIOGRAPHIE
1.1 Génération et suivi de trajectoire en 4 dimensions
1.2 L’évitement
1.3 La méta-heuristique
CHAPITRE 2 LES ALGORITHMES PRINCIPAUX
2.1 Le système d’évitement des NFZ
2.1.1 Le principe de travail
2.1.2 L’évitement de zone
2.1.3 L’optimisation de l’évitement de zone
2.2 Détermination du chemin le plus court
2.2.1 La méthode de la descente
2.2.2 La méthode de recherche par tabou
2.2.3 Principe retenu
2.2.4 Les limites de la méthode
CHAPITRE 3 ÉTUDE EN DEUX DIMENSIONS
3.1 Hypothèses
3.2 Premier cas
3.2.1 Mise en place
3.2.2 Fonctionnement de l’algorithme de résolution
3.3 Second cas
3.3.1 Mise en Place
3.3.2 Résolution
CHAPITRE 4 ÉTUDE EN TROIS DIMENSIONS
4.1 Hypothèses
4.2 Préambules
4.2.1 Préambule relatif à l’évitement des NFZ
4.2.2 Préambule relatif au choix du plus court chemin
4.3 Premier cas
4.3.1 Mise en place
4.3.2 Fonctionnement de l’algorithme de résolution
4.4 Second cas
4.4.1 Mise en place
4.4.2 Résolution
CHAPITRE 5 ÉTUDE EN QUATRE DIMENSIONS
5.1 Hypothèses
5.2 Prise en compte de la vitesse.
5.2.1 Préambule
5.2.2 Méthode de fonctionnement
5.2.3 Méthode de calcul
5.3 Premier cas
5.3.1 Mise en place
5.3.2 Méthode de résolution
5.4 Second cas
5.4.1 Mise en place
5.4.2 Résolution
CHAPITRE 6 LES AIDES AU PILOTAGE ET LES FONCTIONS SUPPLÉMENTAIRES.
6.1 Préambule
6.2 Les fonctions supplémentaires
6.2.1 Le calcul de la distance parcourue
6.2.2 Le calcul du temps de vol en tous points
6.2.3 Estimation de l’heure d’arrivée
6.2.4 La consommation du carburant
6.2.5 Estimation de la variation de masse
6.2.6 Calcul de la poussée nécessaire
6.3 Validation des fonctions créées
CHAPITRE 7 VALIDATION DES TRAVAUX
7.1 Méthode de validation
7.2 Résultats et validation
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES