FMS1 : les bases

Le FMS : qu’est-ce que c’est ?

 

Le Flight Management System FMS est un ensemble de composants permettant à l’équipage d’optimiser la conduite du vol. Il est important de bien comprendre l’architecture du FMS ainsi que le nom des différents éléments pour pouvoir bien l’utiliser.

 

A la base du système on trouve au moins un mais plus souvent deux Flight Management Computers FMC, que l’on peut comparer à l’unité centrale d’un ordinateur de bureau. Comme tous les ordinateurs, ils sont équipés de processeurs, de mémoire vive et de mémoire morte, et d’un système d’exploitation (qui n’est pas Windows… rassurez-vous !!!). Ils sont donc, eux aussi, susceptibles de plantages mais, fort heureusement, c’est extrêmement rare !

Pour la petite histoire, le premier avion civil commercial équipé d’un tel système fut le DC10 de Mc Donnell Douglas, un avion tri réacteur long courrier mis en service à partir de 1971. Le système s’appelait AERANAV, il disposait d’une mémoire vive de 48 ko, et sa base de données était enregistrée sur une cassette à bande magnétique un peu similaire aux vieilles cassettes VHS !!!

Tous les DC10 n’en étaient pas équipés, mais le groupe KSSU (KLM, SWISSAIR, SAS et UTA) avait choisi l’option. Le fonctionnement était très similaire à ce qui existe aujourd’hui, pour la navigation horizontale seulement. Mais la faible puissance du système rendait son utilisation un peu curieuse : par exemple, au décollage de Charles de Gaulle pour un vol vers l’Afrique, on disposait de toutes les SID, mais la route n’était chargée que jusqu’à la hauteur de Nevers, faute de mémoire suffisante. Au cours de la montée, il fallait manuellement lancer le chargement de la suite de la route une fois la mémoire libérée des SID, ce qui prenait plusieurs minutes… !!!

Par contre, en approche, il était déjà capable de faire décrire au pilote automatique les circuits d’attente, comme ceux d’aujourd’hui. Pour l’époque, c’était un grand confort, ce qui valut à cet avion d’être surnommé « la Rolls de l’aviation ! »

Le système, trop novateur peut-être et surtout pas assez puissant, n’eut pas le succès escompté et son constructeur fit faillite…

Fermons la parenthèse et revenons à celui qui équipe les Boeings d’aujourd’hui…

 

On trouve ensuite un certain nombre de périphériques :

  • Deux ou trois (Multipurpose) Control Display Units CDU ou MCDU qui regroupent à la fois un clavier et un écran. Multipurpose signifie qu’ils servent à plusieurs systèmes (FMS bien sûr mais aussi ACARS, SATCOM ou MAINTENANCE par exemple)
  • Des écrans de navigation (Navigation Display ND) qui permettent d’afficher graphiquement le résultat des calculs des FMC. Même si cela n’apparaît pas ici, les FMC envoient également certaines informations sur les écrans primaires de pilotage, Primary Flight Display PFD
  • Un Mode Control Panel MCP qui permet d’envoyer des ordres et des données aux FMC.

 

Les deux FMC sont mis en réseau grâce à une liaison appelée CROSSTALK : toutes les données insérées dans l’un des FMC sont retransmises à l’autre. Mais en cas de défaut sur un des FMC, il est toujours possible de l’éliminer en sélectionnant le FMC valide grâce au sélecteur présenté au bas de l’image.

 

Les FMC reçoivent également des informations venant de nombreux autres systèmes parmi lesquels on trouve :

  • Les ADIRU qui fournissent les informations de vitesse et d’altitude (Air Data) et de références inertielles (Inertial Reference Unit)
  • Les GPS (Global Positionning System), aujourd’hui tout le monde connait…
  • Les récepteurs VOR/DME pour le recalage du système.

 

En plus des écrans, les FMC délivrent le résultat de leurs calculs aux calculateurs des directeurs de vol (Flight Director F/D) pour aider le pilote en pilotage manuel et aux pilotes automatiques (Auto Pilot A/P).

C’est aussi les FMC qui commandent le système de gestion automatique des manettes de poussée (Auto Throttle A/T).

On imagine facilement que ce système FMS va donc, pour pouvoir assurer correctement toutes ces tâches, être assez complexe dans sa conception et dans son utilisation. Nous allons essayer de l’expliquer le plus clairement possible.

Mais, comme c’est indiqué plus haut, il est fait pour aider l’équipage et pas pour lui compliquer la vie : il ne faudra donc jamais hésiter à s’en passer, en revenant à un usage basique toujours possible, à chaque fois qu’il sera défaillant ou inadapté, ou que l’on ne comprendra plus son mode de fonctionnement.

 

Conduite du vol des jets

 

La conduite du vol, les anglophones parlent de management (le M du FMS), c’est un peu l’art et la manière de bien gérer un vol. Le premier impératif c’est, bien sûr, d’assurer le meilleur niveau de sécurité possible. Mais, sur les jets modernes, qui consomment beaucoup de carburant et qui sont exploités dans le cadre de compagnies commerciales qui ont pour objectif de gagner de l’argent, l’aspect économique de la conduite du vol est un impératif, lui aussi, très important. Les deux ne sont pas contradictoires !!!

Le FMS va aider l’équipage à optimiser la conduite du vol dans deux dimensions :

  • La Navigation Horizontale (ou Latérale pour les anglo-saxons) LNAV en permettant de déterminer et suivre avec précision la route la plus économique,
  • La Navigation Verticale VNAV en déterminant l’altitude de vol et la vitesse donnant le meilleur résultat économique suivant l’objectif fixé par l’exploitant.

Le tout, bien sûr, en respectant toutes les contraintes de sécurité et réglementaires.

 

 

Navigation Horizontale (Lateral Nav LNAV)

 

Le FMS va permettre de suivre une route insérée par l’équipage, stockée en mémoire ou téléchargée par ACARS. Cette route est constituée d’une succession de points tournants (Waypoints), le FMS calculant la route vraie à suivre et la longueur de chaque segment ainsi défini. Il s’agit toujours du segment d’orthodromie, donc le parcours le plus court entre deux points de la route. Il est à noter que le FMS ne sait pas suivre de loxodromie (voir l’article Navigation 1 pour les définitions https://www.flightsim-corner.com/aller-plus-loin/navigation/fondamentaux-de-navigation/).

Les calculs sont toujours faits avec pour référence le Nord Vrai, mais les résultats sont, le plus souvent, affichés en référence magnétique par adjonction de la déclinaison magnétique du lieu.

La base de données du FMS contient, suivant le fournisseur et la demande des utilisateurs, les caractéristiques d’un très grand nombre de Waypoints, d’Airways, ainsi que les SID, les STAR et les procédures d’approche de très nombreux aérodromes.

La construction d’une route se fait, de façon très simple, en faisant appel à cette base de données. Mais il reste toujours possible de définir de nouveaux points qui seraient absents de la Database, ou qui seraient erronés ou modifiés par NOTAM.

L’insertion de la route dans le FMS se fait au cours de la préparation du cockpit, avant le vol, en se référant au plan de vol déposé. Mais il est toujours possible de la modifier à tout moment, au cours du vol, pour s’adapter aux contraintes imposées par le contrôle aérien, la météo, ou en cas de déroutement ou de dégagement vers une autre destination par exemple…

 

Le FMS calculera le temps de parcours de chaque segment de route, et pourra donc, également, estimer la durée totale du vol, en se référant au choix opérationnel d’un régime de vol qui sera expliqué un peu plus loin.

Pour avoir une approche la plus fine possible des conditions réelles du vol, il est aussi possible d’insérer dans le FMS des prévisions de vent et de température à différents niveaux de vol. Cette insertion sera manuelle ou automatique si le téléchargement ACARS est disponible.

Pour la navigation horizontale, le FMS du B737 NG utilise ses deux systèmes de navigation par inertie IRS (Intertial Reference System). Ces systèmes, entièrement autonomes, fournissent au FMS la position géographique de l’avion, son cap vrai Cv, sa route vraie Rv et sa vitesse par rapport au sol GS (Ground Speed).

Pour optimiser la navigation, le système fait appel aux récepteurs GPS et VOR/DME disponibles à bord, qui permettront de recaler la position géographique pour avoir la plus grande précision possible.

Sur l’écran de navigation ND (Navigation Display), en position MAP, l’avion est symbolisé par un triangle isocèle dont la pointe supérieure représente la position géographique de l’avion sur la carte, telle qu’elle est calculée par le FMS. La route active du plan de vol est représentée par un trait magenta (violet) joignant les différents Waypoints composant notre route.

 

 

On peut trouver des informations supplémentaires sur la précision de notre navigation sur la page POS REF 2/4 du FMS :

 

 

Sur la première ligne, on trouve la position géographique instantanée calculée par le FMC ainsi que la vitesse sol GS.

Les deux lignes suivantes indiquent les positions calculées par chaque IRS et les vitesses sol mesurées. On constate de petits écarts avec la position FMC, ce qui est tout à fait normal. Plus le vol sera long et plus les écarts pourront augmenter…

Les quatrième et cinquième lignes donnent la position géographique mesurée par chaque GPS. Tout naturellement, l’écart est très faible avec celle du FMC car c’est le moyen de recalage le plus précis.

Enfin la dernière ligne indique la position géographique calculée à partir des moyens radio disponibles.

Voici ce que cela donne en représentation graphique sur le ND. Pour obtenir cette image, il faut appuyer sur la touche POS du panneau EFIS.

 

 

 

On voit que la pointe du triangle symbolisant notre avion se trouve bien sur le trait magenta représentant la route active du plan de vol. Le trait blanc, en superposition, représente la route magnétique instantanée, ici 164°. On ne devrait donc pas s’éloigner de notre route dans l’immédiat…

Si l’option est activée comme c’est le cas ici, on voit, sous le triangle, une indication, en blanc, d’écart avec la route : 0.0 Nm, nous sommes exactement sur la route.

Au-dessous, en vert, on trouve deux indications :

  • RNP: Requested Navigation Performance : 2 Nm. C’est l’exigence de précision de navigation dans l’espace aérien que l’on traverse, réglementaire, fixée par l’équipage ou insérée par défaut par le système.
  • ANP : Actual Navigation Performance : 0.07 Nm. C’est l’erreur maximale instantanée sur la position de l’avion estimée par le système.

En fait, le système surveille la précision de sa navigation et produit une alarme si ANP devient supérieur à RNP.

 

On voit également que le récepteur VOR/DME gauche, réglé sur MOU, indique que l’avion se trouve sur le radial 282°, pour une distance de 21.9 Nm. Le système a dessiné un segment, en vert, partant du sommet du triangle, orienté au 282° et mesurant 21.9 Nm. Et on voit que l’extrémité de ce segment abouti bien sur la représentation du VOR de Moulins, ce qui confirme que notre position est validée par l’information issue de ce VOR/DME. Cette représentation permet de comparer ce qui est calculé par le FMC (position de l’avion et position relative du VOR) avec ce qui est mesuré par le récepteur VOR/DME (le segment vert). Avant l’arrivée du GPS, c’est ainsi que l’on pouvait vérifier la précision de la navigation…

 

En passant l’échelle du ND sur 5 Nm pour grossir l’image, et en sélectant la page POS SHIFT 3/4 du FMC, voici ce que l’on obtient :

 

 

On voit que nous sommes en fait très légèrement à gauche de la route, à 0.02 Nm pour être précis, ce qui est inscrit en blanc sous le triangle.

Près du sommet du triangle, on voit un petit cercle avec une sorte d’antenne de chaque côté : c’est ce qui symbolise la position mesurée par les GPS. Il devrait y en avoir deux, un par récepteur GPS.

Sur l’écran POS SHIFT, à droite, on lit, en première ligne, que l’écart de position entre les deux FMC est nul (0.0 Nm) par rapport à celle qui est prise en compte pour le guidage, en général celle du FMC L.

On voit, sur la deuxième ligne que l’écart de position des deux GPS est également nul. Leurs représentations sur le ND sont donc superposées.

Sur la troisième ligne, par contre, on voit que la position de chaque IRS présente un petit écart de quelques dixièmes de Nm par rapport à la position FMS. La position relative de chaque IRS est indiquée en relèvement et distance, et indiquée sur l’écran ND par une étoile. Il devrait y en avoir deux sur cette image, une pour chaque IRS… petit défaut de notre simulateur préféré ?

La quatrième ligne nous rappelle les valeurs des RNP et ANP : c’est ici que l’on peut modifier le RNP. Et à droite, est indiquée la position relative mesurée par les moyens radio.

On constate donc que la précision de notre navigation est très étroitement surveillée, par plusieurs moyens différents, ce qui nous permettra d’utiliser ce système dans les approches où la plus grande précision est requise.

 

 

Navigation Verticale (Vertical Nav VNAV)

 

Dans ce domaine, il est peut-être un peu abusif de parler de navigation. C’est plutôt de gestion ou d’optimisation de l’altitude et de la vitesse qu’il conviendrait mieux de qualifier l’aide apportée par le FMS dans le plan vertical.

Car c’est avant tout un problème d’économie du vol qui va guider les choix qui devront être faits.

 

Le Niveau de Vol Optimum

 

Sans revenir sur toute l’étude théorique développée dans l’article, sur ce site, consacré au calcul du carburant Navigation 4 ( https://www.flightsim-corner.com/aller-plus-loin/navigation/navigation-calcul-carburant/ ), rappelons simplement que plus on volera haut et moins les réacteurs consommeront. Le problème est que, pour une masse donnée, plus on volera haut et plus il faudra, la masse volumique de l’air diminuant, augmenter l’incidence pour pouvoir « porter » l’avion. La vitesse de l’air sur l’extrados de l’aile va augmenter pour atteindre, par endroit, la vitesse du son. C’est ce qu’on appelle le domaine transsonique et dans ce cas, le Cx et donc la traînée de l’aile augmentent très rapidement…

On voit, sur ce graphique, qu’il existe une altitude optimale pour chaque masse avion, qui donnera le meilleur rayon spécifique Rs (nombre de Miles Nautiques parcourus pour une tonne de carburant consommé). Ce sera donc le meilleur compromis entre consommation des réacteurs et traînée. Il se situe un peu au-delà de l’apparition des premiers écoulements transsoniques sur l’extrados de l’aile.  C’est le niveau de vol optimum, qui variera selon les régimes de vol. Il faudra donc chercher à voler au plus près du niveau de vol optimum, en changeant de niveau chaque fois que ce sera possible.

Les Régimes de Vol

Le FMS va, naturellement, se charger de nous calculer ce niveau de vol optimum qui évoluera en fonction de la masse de l’avion bien sûr, mais aussi du choix du régime de vol.

Là aussi, la lecture de l’article Navigation 4 ( https://www.flightsim-corner.com/aller-plus-loin/navigation/navigation-calcul-carburant/) vous en dira plus, mais on peut retenir que le régime de vol est choisi par l’exploitant de l’avion en fonctions d’impératifs économiques qui lui sont propres et qui peuvent varier d’un vol à l’autre.

Le graphique ci-dessous rappelle comment évoluent les principaux régimes de vol en fonction de la masse avion à un niveau de vol donné.

 

Le régime de vol le plus économique est le Maxi Range (Cruise) MR ou MRC.

Mais il présente un gros défaut aux yeux de nos passagers toujours pressés, il est un peu lent. Il a donc été imaginé un régime de vol appelé Long Range (Cruise), LR ou LRC, que l’on obtient en dégradant le Rs du maxi range de 1%, ce qui est tout à fait acceptable économiquement, mais qui permet d’augmenter considérablement la vitesse.

Avant l’arrivée des FMS, on utilisait un régime dit de Prix de Revient Minimum PRM, qui intégrait, en plus, les frais hors carburant pour déterminer le meilleur régime pour l’économie globale du vol.

De nos jours, c’est le Cost Index du FMS qui permet de fixer le régime de vol le mieux adapté aux conditions du jour.

Le Cost Index

Boeing en donne la définition suivante, sous forme d’une formule :

On fait donc intervenir, dans la définition du Cost Index CI, des facteurs de coûts qui ne sont pas liés à la consommation en carburant, et qui peuvent s’exprimer en dollars par heure de vol. Suivant leur importance, ils peuvent amener l’exploitant à voler plus vite pour diminuer les temps de vol… Là encore, il faut trouver le bon équilibre !

Pour fixer les idées, voici un tableau édité par Boeing pour les principaux avions de sa fabrication :

 

Un petit peu ancien, on n’y trouve pas les derniers modèles, mais on voit que, dans tous les cas, le CI est toujours égal à 0 pour le régime le plus économique, le Maxi Range Cruise MRC.

Pour les B737 NG (-6/7/800), le CI pour le Long Range LRC est proche de 35. Et on voit que les exploitants choisissent majoritairement un CI compris entre le MRC et le LRC.

Dans les consignes d’utilisation données aux équipages, les compagnies définissent aussi un Cost Index à utiliser lorsqu’il faut gagner du temps pour atterrir avant la fermeture d’un terrain par exemple, ou éviter de faire rater leur correspondance à un grand nombre de passagers, ce qui coûterait très cher à la compagnie…

Pour un B737NG, la valeur maximum du Cost Index insérable est de 500 : c’est le régime de vol qui permettra de faire voler l’avion à, ou plutôt tout près, de ses vitesses maximums d’utilisation VMO (340 kt) et MMO (0.82) en montée, en croisière et en descente.

 

On peut se demander quel est l’ordre d’idée des économies réalisées en volant au MRC, ou les gains de temps réalisés en volant à un CI élevé. Il ne faut pas rêver, surtout sur les vols courts réalisés principalement par les B737, les gains ne seront pas énormes. Mais multipliés par un grand nombre de vols réalisés sur toute une année, ce n’est pas négligeable !

 

Sur des vols long-courriers, c’est nettement plus sensible : voici un tableau qui donne un ordre de grandeur pour le B747-400, tel qu’il était utilisé au sein de la compagnie Air France, sur un vol entre Paris et l’île Maurice.

 

 

La différence entre le LRC et le MRC est, comme on l’a vu plus haut, de 1% en consommation de carburant, soit environ une tonne. Mais cela permet de gagner 22 minutes de temps de vol, ce qui n’est pas négligeable.

Cet avion était utilisé habituellement au CI 120, ce qui se situe entre le MRC et le LRC. La surconsommation n’est plus alors que de 400 kg pour un gain de temps de 17 minutes !

Le régime de vol accéléré, au CI 850, permettait de gagner 31 minutes de vol, mais c’était au prix d’une surconsommation de 5.2 tonnes de carburant, soit environ 4.3% de plus qu’au CI habituel de 120, et ceci, bien sûr, à condition que le vol soit réalisé à un niveau de vol proche de l’optimum, ce qui n’est pas toujours possible… ! Le Mach de croisière au CI 120 étant proche de 0.85, on voit ainsi ce que coûtent deux points de Mach en consommation de carburant !!!

Et nous sommes encore très loin du Cost Index maxi qui est, sur cet avion, de 9999, avec un Mach Maxi en Opération MMO de 0.90 !

 

Nous venons de le voir, le choix d’un régime de vol par le biais du Cost Index va définir des vitesses d’utilisation. Le FMS va, bien sûr, se charger de leur calcul.

 

Voici, pour un même vol prévu entre Nice et Londres Heathrow, le résultat des calculs effectués par le FMS du B737-800 PMDG, pour différents régimes de vol.

Voici d’abord le vol le plus économique, en MRC, avec un CI = 0 (Cliquez sur l’image pour agrandir) :

 

Sur la page PERF INIT, nous avons inséré le CI = 0. Pour une masse sans carburant ZFW de 55.2 t et un total carburant de 8.1 t, soit une masse totale de 63.3 t, le FMS nous indique un FL OPTIMUM égal à 390. Pour faire ce vol, nous avons choisi le FL380.

La page ECON CLB montre que la vitesse optimale de montée sera de 284 kt puis Mach 0.762.

La page ECON CRZ indique à nouveau que le FL OPT est le 390, et que le FL MAX est 404. La vitesse de croisière calculée sera le Mach 0.762 (TGT SPD pour Target Speed, la cible).

On y lit également que le FMS estime le carburant restant à EGLL à 4.5 t.

Et enfin la page ECON DES nous indique que la vitesse en descente sera Mach 0.758 ou 250 kt, la plus faible des deux, jusqu’à 10000 ft, altitude sous laquelle la vitesse est réglementairement limitée à 250 kt maximum.

 

Modifions maintenant le CI pour le fixer à 35, valeur du LRC indiqué par Boeing :

 

On voit, en page PERF INIT, que le FL OPT n’a pratiquement pas changé, il a même augmenté de 100 ft ce qui n’est pas très logique…

En page ECON CLB, la vitesse de montée est passée à 299 kt et M0.787, nettement supérieure donc.

En page ECON CRZ, le FL MAX a aussi augmenté de 100 ft ! Le carburant restant est stable à 4.5 t. Pour un délestage d’étape prévu de de 4072 kg, il aurait dû diminuer de 1%, soit 41 kg, valeur trop faible qui s’est vraisemblablement  perdue dans les arrondis du calcul…

Et sur la page ECON DES, la vitesse de descente a, elle aussi, fortement augmenté.

Ces images ne font pas apparaître le temps de vol total mais on peut imaginer qu’il a diminué sensiblement. Mais, comme on l’a dit plus haut, sur une étape aussi courte, les différences ne seront pas énormes…

 

Si, pour une raison opérationnelle ou réglementaire, notre vol ne peut se faire au niveau optimum mais, par exemple, au FL280, voici ce que cela va donner :

 

On voit, cette fois, que le FMS va adapter les vitesses d’utilisation en montée croisière et descente pour essayer de limiter les dégâts sur le plan consommation de carburant : en effet, le délestage devrait augmenter de 500 kg puisque le restant prévu à EGLL est tombé à 4 tonnes.

Pour un délestage prévu de 4072 kg pour un vol au FL OPT, le fait de voler 10000 ft plus bas majore donc la consommation de plus de 10% ! Et on imagine facilement que cela aurait été encore beaucoup plus si on avait conservé les vitesses calculées précédemment.

 

Et c’est, bien sûr, dans ce cas qu’il pourrait être intéressant de voler au MRC :

 

On voit, cette fois, en page ECON CRZ, que le carburant restant à EGLL remonte à 4.2 t, ce qui n’est pas négligeable si on n’avait pas anticipé cette situation. Par contre, les vitesses d’utilisation sont nettement plus faibles, particulièrement le Mach de croisière à 0.632 au lieu de 0.736, ce qui va sensiblement rallonger le temps de vol.

 

Et si, pour terminer, on est très pressé d’arriver à Londres, on peut programmer notre FMS pour que l’avion soit utilisé à ses vitesses maximum autorisées par le constructeur :

 

Pour bénéficier de la vitesse propre TAS la plus grande possible, il faut voler aux alentours du niveau de transition SPEED/MACH (voir l’article sur les Instruments de Vol https://www.flightsim-corner.com/aller-plus-loin/navigation/instruments-de-bord/). Il se situe aux alentours du FL260, mais dépend notamment de la température…

On voit donc que la montée et la croisière se feront à VMO/MMO, la descente, pour une raison que j’ignore, sera limitée à 330 kt/M0.82. Le résultat, sur le temps de vol n’est pas indiqué sur ces écrans mais on voit que cela va coûter 1.1 t par rapport au vol « normal » au FL OPT !!!

 

Le choix du Cost Index est donc un choix stratégique pour une entreprise de transport aérien puisqu’il va impacter à la fois la consommation en carburant de l’avion mais aussi, par l’évolution du temps de vol, l’équilibre économique du réseau desservi par ce type d’avion.

 

Profil de vol

On a vu qu’il existait un niveau de vol optimum et différents régimes de vol que l’on peut choisir grâce au Cost Index. Voyons maintenant comment mettre en pratique ces notions.

 

On l’a dit plus haut, plus on vole haut, moins les réacteurs consomment. Le niveau optimum des jets actuels se situe, suivant la masse et le type de l’avion, entre le FL280 et le FL450.

 

Le profil du vol aura pour objectif de monter rapidement au niveau de vol optimum et d’y rester le plus longtemps possible. Au fur et à mesure de la diminution de la masse de l’avion due à la consommation en carburant, on pourra alors monter par palier successifs pour rester au plus près possible du FL OPTIMUM.

Et dans le même ordre d’idée, la descente devra être entreprise le plus tard possible et effectuée au régime moteur le plus économique, c’est-à-dire au ralenti.

 

La montée sera donc effectuée à un niveau de poussée élevé, proche de la poussée maxi utilisable en continu, et le pilote (manuel ou automatique) maintiendra la vitesse optimum en pilotant l’assiette par la commande de profondeur. Cette vitesse, qui sera fonction du régime de vol choisi par le Cost Index, sera un compromis entre la recherche de la plus grande vitesse ascensionnelle Vz, et de la meilleure vitesse horizontale.

La vitesse verticale Vz résultante sera variable tout au long de la montée.

Pour le FMS du B737 NG, cela se traduit par un mode de fonctionnement où la poussée des moteurs est maintenue au régime de montée, en mode N1, alors que le paramètre de pilotage est la vitesse optimale de montée, mode VNAV SPD. Le FMS ne calcule pas de trajectoire idéale de montée, il se contente d’indiquer, sur le ND, le T/C pour Top of Climb, point où l’on atteindra le niveau de croisière prévu au plan de vol.

 

Une fois arrivé à un niveau de vol proche de l’optimum, le régime de croisière consistera à maintenir l’altitude fixe par action sur la commande de profondeur, et la vitesse à la valeur correspondant au régime de vol choisi en faisant varier la poussée des réacteurs.

Pour le FMS, cela se traduit par un réglage de la poussée pour maintenir la vitesse calculée par le FMC, FMC SPD, et à suivre le profil de vol idéal calculé par le FMS, VNAV PATH, en l’occurrence, maintenir l’altitude de croisière choisie.

 

Pour rester le plus longtemps possible à haute altitude l’idéal, pour la descente, sera de réduire les réacteurs au ralenti et de piloter l’assiette par la commande de profondeur pour maintenir la vitesse optimale de descente. Comme en montée, la vitesse verticale Vz sera variable tout au long de la descente.

Le FMS va calculer une trajectoire de descente optimale pour arriver à 50 ft au-dessus du seuil de la piste d’atterrissage, tout en respectant les différentes contraintes prévues dans le plan de vol, ce qui le conduira à définir un point idéal pour commencer la descente, T/D pour Top of Descent. A partir de ce point les moteurs seront réduit au ralenti, RETARD, et ce n’est pas seulement la vitesse idéale qui sera maintenue mais c’est en fait une trajectoire idéale de descente, VNAV PATH, qui sera suivie.

 

Le Flight Mode Annonciator FMA

 

On vient de le voir, le FMS peut fonctionner suivant différents modes, y compris au cours d’une même phase de vol, nous le verrons en détail dans la suite de notre étude du FMS. Il est donc de la plus haute importance de savoir, à tout moment du vol, quel est le mode de travail actif : c’est le rôle du Flight Mode Annonciator FMA.

 

Les indications du FMA, qui peuvent paraitre un peu discrètes, sont pourtant extrêmement importantes. C’est pourquoi le FMA est intégré dans le PFD, instrument central du tableau de bord.

De même, chaque changement au FMA doit être annoncé à haute voix par l’équipage !

Pour l’y aider, les annonces du FMA sont encadrées en vert pendant quelques secondes à chaque fois qu’un changement intervient…

 

Étudions d’un peu plus près le fonctionnement du FMA ainsi que les différentes annonces possibles.

Le FMA, n’est pas uniquement utilisé par le FMS. Il indique le mode de fonctionnement des aides au pilotage que sont la gestion automatique de la poussée A/T, l’aiguille verticale du Flight Director pour l’inclinaison et l’aiguille horizontale pour l’assiette. Ces indications sont également envoyées au pilote automatique lorsque celui-ci est actif, en mode Command CMD.

Le FMA peut prendre différentes formes parmi toutes les options proposées par le constructeur. Prenons, par exemple, la représentation la plus courante, qui comporte trois cases pouvant contenir chacune deux lignes :

 

 

La case de gauche indique les modes de fonctionnement du système de gestion de la poussée des réacteurs, couramment appelé Auto-manette, Auto Throttle A/T en anglais.

La case centrale indique les modes de fonctionnement qui commandent l’aiguille verticale du Flight Director, celle qui va permettre au pilote, humain ou automatique, d’ajuster l’inclinaison de l’avion à la valeur la mieux adaptée à la phase de vol.

Et la case de droite indique les modes de fonctionnement qui commandent l’aiguille horizontale du Flight Director, celle qui permettra au pilote, humain ou automatique, d’ajuster l’assiette à la valeur optimale pour chaque phase de vol.

 

Comme dit plus haut, chaque case comporte deux lignes : celle du haut, avec des inscriptions en caractères verts (G), indique les modes actifs, tandis que celle du bas, avec des inscriptions en caractères blancs (W) indique les modes qui sont armés, c’est-à-dire prêts à passer à l’action quand certaines conditions seront remplies.

La case de gauche, consacrée à l’auto-manette, ne comporte, elle, que la ligne du haut. Elle indique les modes de fonctionnement actifs, en vert, sauf le mode d’attente marqué ARM en blanc, comme présenté sur cette image.

J’ai encadré, en rouge, toutes les annonces qui indiquent que c’est le FMS qui gère la trajectoire : on retrouve, parmi d’autres, les indications vues précédemment. Nous aurons l’occasion de détailler leur fonctionnement dans la suite de notre étude.

 

Pour terminer, juste un mot sur le statut du pilote automatique (Auto Pilot A/P) indiqué en vert sous la case centrale du FMA :

  • CMD : c’est le pilote automatique qui pilote l’avion suivant les indications du Flight Director
  • FD : seul le Flight Director est disponible, c’est-à-dire les deux aiguilles magenta devant l’horizon artificiel. ATTENTION, le pilote automatique ne pilote pas l’avion !!!

 

D’autres indications peuvent apparaître dans le cadre des atterrissages automatiques, mais cela dépasse le cadre de cet article.

 

Juste au-dessus du statut A/P, on peut voir apparaître, en jaune (Y), les indications CWS R et/ou L qui correspondent à un fonctionnement partiel du pilote automatique (Control Wheel Steering).

 

Il est donc important de retenir que le FMA est à surveiller avec la plus grande attention car c’est le seul moyen de savoir, particulièrement lorsque le pilote automatique est engagé en CMD, quel est le mode de guidage effectivement actif, aussi bien en navigation horizontale que dans le plan vertical.

 

Parlons maintenant du panneau qui permet à l’équipage de gérer la trajectoire, et notamment de donner certaines instructions au FMS.

 

Le Mode Control Panel MCP

Placé en évidence au beau milieu du tableau de bord, on imagine facilement que ce panneau va avoir un rôle très important dans la conduite du vol. C’est, en effet, par ce panneau que l’équipage va pouvoir choisir le mode de navigation horizontale ou verticale souhaitée et fixer les valeurs des cibles d’altitude, cap, vitesse horizontale et/ou verticale, ainsi que des axes radiobalisés à suivre.

 

 

Deux poussoirs carrés, à voyants verts intégrés marqués LNAV et VNAV, permettent de donner la main au FMS pour gérer la navigation horizontale et/ou verticale.

 

ATTENTION ! Le fait d’appuyer sur l’un ou l’autre de ces poussoirs n’est pas suffisant pour activer (ou désactiver) la fonction !!! Après chaque action sur un poussoir du MCP, il faut toujours bien vérifier sur le FMA si le mode sélectionné est actif ou simplement armé…

 

Deux autres petits poussoirs, sans voyant, marqués SPD INTV et ALT INTV, permettent également d’intervenir sur la navigation verticale du FMS sans passer par le MCDU. Nous verrons plus tard de quelle façon. A noter que certains B737 NG ne sont pas équipés de ces deux derniers poussoirs, car il s’agit d’une option.

 

Conclusion

Ce premier article consacré au FMS du B737 NG nous a donné un premier aperçu général de ce superbe outil. Il nous laisse subodorer la grande exigence de précision dans son utilisation car, si le FMS peut rendre de très grands services à l’équipage qui l’utilise avec rigueur, il peut aussi lui tendre des pièges et le perturber considérablement si ce n’est pas le cas…

 

Dans les articles suivants, nous étudierons l’utilisation du FMS dans les différentes phases d’un vol, depuis la préparation au sol jusqu’à l’atterrissage.

About the author: mike victor

Breveté pilote de planeur en 1968, à l’âge de 17 ans, c’est 2 ans plus tard que débute son parcours professionnel en devenant Élève Pilote de Ligne de l’ENAC. Douglas DC8 et DC10, Airbus A310, c’est surtout aux commandes du mythique B747 qu’il va sillonner la planète. Et c’est comme Commandant de Bord B747-400 qu’il met fin à sa carrière en 2011 avec près de 18000 heures de vol au compteur. Il a (re)découvert la simulation de loisir avec FSX. Et c’est avec grand plaisir qu’il fait partager son expérience du vol réel aux nombreux passionnés rencontrés en réel ou sur Internet.