Cockpit (IHM)

L'IHM: l'Interface Homme Machine

L’IHM (Interface Homme Machine) est le résultat d’une impressionnate fusion de données concernant l'appareil, concentrées dans le cockpit. Il est essentiel de réaliser un « résumé », une synthèse de ces informations qui sont indispensables au bon pilotage de l’appareil. La liaisons de données L16, le RBE2, l'OSF, Spectra, IFF, les autodirecteurs des MICA ou encore la position exacte de l’appareil sont des exemples parmi tant d'autres  d'éléments capables de transmettre des informations au pilote : informations indispensables, qui lui sont présentées grâce à l'IHM. Ces informations sont relevées par plusieurs capteurs. 

 

Ce travail de fusion est effectuée par l’EMTI : Ensemble Modulaire de Traitement de l’Information. Il s’agit d’un grand progrès technique mis au point par les ingénieurs. En effet, les 19 modules composant l’EMTI développent chacun une puissance de calcul 50 fois supérieure aux appareils de générations précédentes.

 

Ce système de fusion de données est donc d’une grande efficacité et d’une grande aide au pilote. En effet, il dispose alors d'informations fiables et claires, et son travail en est facilité.

La fusion de données s'effectue en trois étapes :

- Elaboration de la piste et affinage des informations fournies par l'ensemble des capteurs.

- Grâce au partage des informations, la compensations des limitations inhérentes à chaque capteur (distance, résolution, champ de vision, longueur d'onde...) est effectuée

- Le taux de confiance de la piste et la suppression des redondances sont évalués pour éviter tout encombrement inutile.

schéma fonctionnement IHM.jpg

 Pour démontrer l'avancée technologique de l'IHM du Rafale, on peut citer le chiffre 2500: c'est le nombre de symboles possible dans les visualisations du Rafale, alors que, par exemple, il y en a seulement 1000 sur un Mirage 2000.

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A l'instar du F-16 Américain par exemple, il n'y a pas de manche au central dans le cockpit du Rafale, mais un manche latéral et une manette des gaz. La cabine de pilotage du Rafale est évidemment équipé de systèmes de chauffage et de climatisation. Elle est construite selon le concept HOTAS : « Hands On Throttle And Stick». En français on désigne ce concept 3M pour "Mains sur Manche et Machine". Ainsi, le pilote a presque toutes les commandes dont il a besoin lorsqu'il a les mains sur le manche et la manette de gaz (unique pour les deux M88), lui permettant donc de ne presque jamais lacher ces commandes. La manette des gaz se situe à gauche du pilote et le mini manche à sa droite. 37 commutateurs et interrupteurs au total y sont intégrés (13 sur le manche et 24 sur la manette des gaz) 


Les commutateurs sont des appareils permettant de modifier le déplacement du courant électrique dans le circuit (ils sont présentés sous forme de boutons sur les manettes) et peuvent ainsi permettre au pilote de gérer la position des canards, la télécommunication, les modes d'utilisations du RBE2 ou le pilotage automatique par exemple. Le manche directionnel (qui permet de dirigé en partie l’avion, sans les palonniers) possède un faible débattement d’environ 10mm autour de son axe de rotation en position repos. 


Les écrans tactiles à la droite et à la gauche du pilote servent généralement à la gestion des systèmes d’armements, d'hydraulique, de menaces, d'attaque, de contres mesures, de navigation, de carburant et bien d'autres encore... L'écran de gauche est plutôt spécialisé pour l'affichage concernant les armements et les emports tandis que l'écran de droite permet plutôt de gérer la navigation ou les alertes  SPECTRA. De dimensions 15 x 15cm, ce sont des écrans couleurs avec un affichage haute définition.


Remarque: Pour faciliter l'utilisation de ces écrans tactiles, les gants des pilotes sont dépourvus de coutures mais recouverts au dessus des doigts par de la peau de chamois facilitant ainsi le nettoyage des écrans. 


Les "track balls" situés sur le manche et la manette des gaz permettent aussi au pilote de faire varier le contenu des écrans en dirigeant un pointeur sur ceux-ci. On note aussi les deux accoudoirs à proximité du manche et de la manette des gaz, améliorant le confort du pilote.

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Elément essentiel de l'IHM, la visualisation tête moyenne (VTM) est l'écran central que l'on aperçoit sur les illustrations ci dessus. Ses dimensions sont celles d'un carré de 10 pouces (25.4 x 25.4 cm) pour une résolution de 1000 x 1000. Avec son champ 20° x 20° ; l’affichage de la situation tactique (SITAC) est possible. Cet affichage résulte de la fusion des données enregistrées par les capteurs de l’aéronef, l’EMTI est donc pleinement sollicité. L’écran permet également de superposer l'affichage de la SITAC avec une carte de navigation ou des images satellites. La VTM peut représenter les actions à moyen et long terme. On peut aussi y voir apparaitre les enveloppes de tir des armements, représentées par des bulles de couleur calculées en temps réel et associées à la NEZ (No Escape Zone) de l'armement sélectionné. Autre représentation, celle de la distance minimale de tir en mode "dogfight"(1). Lors des engagements air-air, une représentation latérale, permettant au pilote de percevoir parfaitement la géométrie de l'engagement, est également affichable.


Placé juste au dessus de la VTM : le HUD (Head Up Display), aussi appelé CTH (Collimateur Tête Haute) ou VTH (Visualisation Tête Haute). Ce dispositif, rapproché de la VTM pour permettre une visualisation rapide d'un dispositif à l'autre, retranscrit toutes les informations de vol telles que le cap, la vitesse, l'altitude, l'assiette, l'angle d'attaque... On note aussi la présence d'un "horizon artificiel" sur celui-ci. Autre capacité, celle de donner le temps de parcours effectué et restant des armements air-air et air-sol après la mise à feu. Affichage 30° x 22°, grand angle donc, il est aussi compatible pour la projection d'une imagerie infrarouge (FLIR : Forward Looking Infrared), provenant du Pod Damocles ou de l'OSF. 

 

A remarquer aussi; le poste dialogue système (double écran sur la gauche) servant pour la radio ou l'IFF par exemple. Aussi, l'indicateur de situation horizontale (écran sur la droite).

(1): Situation de combat n'opposant que des appareils aériens, plutôt à courte distance.


 profil-ihm.jpg     descriptif IHM.jpg

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Ci contre, visualisations en situation air-air, sur la VTM


Sur la photo de gauche, les enveloppes de tir de MICA sont représentées. En jaune pâle, la plus grande bulle représente la distance maximum de tir. En jaune plus vif, la plus petite bulle représente la "No Escape Zone" (NEZ).


A droite, on remarque les bulles d'enveloppe de vol du missile, de même que la coupe dans le plan vertical.

 

hud-damocles.jpg  Cette visualisation est une prise de vue du Pod Damocles, et affichée sur un écran latéral. Ceci est rendu possible par leur compatibilité avec les images FLIR, comme le HUD. Ici, ce sont des hélicoptères HIND qui sont visés par le Rafale.

HUD2.jpg

Comparatif de ce que le pilote peut apercevoir, pour même situation, sur le HUD (en haut) et sur un des écrans latéraux, affichant les images provenant de l'OSF ou du Pod Damocles (en bas).




Analyse de cette vidéo focalisée sur le HUD du Rafale:

  • Avant l'appontage, la vitesse est de 125 kts (231.5 km/h)
  • L'horizon artificiel est présent
  • Facteur de charge de 0.9 à 1G sur la droite du HUD)
  • Angle d'attaque variant  de 15° à 17° (à gauche du HUD)
  • Carburant restant : de 1470 à 1430 kg (en bas à droite du HUD)
  • Altitude : de 500 à 0 ft  (152 à 0 mètres)
  • ...

 

 

 

 

 

 

Autre vidéo, lors d'un appontage de nuit du Rafale, surement la tâche la plus difficile et dangereuse pour un pilote.

Il faut savoir qu’un enregistreur sauvegarde toutes les données qui sont affichées sur le Hud, la VTM et les écrans latéraux durant le vol. Cet enregistrement peut ensuite être utilisé lors du débriefing.

Vers un CTH révolutionnaire pour équiper le Rafale à l'avenir ? 




 

 

Ce CTH, s'il équipe un jour le Rafale, permettra au pilote de voir une image de synthèse de son environnement en 3 dimensions et de haute qualité. 

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                                 Rafale aperçu à travers le HUD d'un autre Rafale.                                                      VTM et HUD

Dans cette vidéo de Dassault simulant une intervention du Rafale, on aperçoit quelques mises en application des capacités de l'IHM.

Les captures d'écran suivantes sont tirées de cette vidéo.

affichage-emport.jpgaffichage-emport2.jpg   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L'affichage des emports du Rafale sur l'écran tactile de gauche : Sur la 1ere illustration, on reconnait que le Rafale emporte ici 2 Magic II, 4 MICA, 1 bidon de 1250 L et dispose de 125 obus dans le canon. Sur l'illustration de droite, on voit qu'il emporte cette fois ci 2 MICA, 2 SCALP-EG, 3 bidons (1x2000 L et 2x1250 L) et dispose aussi de 125 munitions disponibles dans le canon.

 

alerte-spectra.jpgtrois-ecrans.jpg

 

Les capteurs du Rafale ont ici détecté une cible aérienne ennemie proche à éliminer prioritairement. Cette information est donc affichée sur un écran latéral du pilote qui n'a plus qu'à presser la gachette pour lancer un missile air-air. (à partir de 4min28 sur la vidéo). Sur la photo de droite, une vue des 3 écrans fonctionnant simultanément. 

 

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Informations de navigation et de ravitaillement en carburant.

Des visualisations qui évoluent

Certaines images ci dessus, notamment celles provenant des visualisations tête moyenne et latérale peuvent désormais paraître anciennes et peu abouties par rapport à ce qui peut se faire aujourd'hui. C'est tout à fait normal, puisqu'elles sont toutes tirées de photos ou vidéos provenant de mises en situation du Rafale au standard F1 ou F2, aucune ne provient d'un Rafale F3. En effet, les améliorations portées aux avions lors du passage d'un standard à l'autre concernent aussi cet aspect, évidemment indispensable. Ainsi, les visualisations sont désormais encore plus abouties et précises, plus nettes, plus modernes graphiquement. On peut le constater sur quelques images ci dessous, provenant  d'une vidéo réalisée par l'armée de l'air en 2013 

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Le siège éjectable Martin Baker Mk-F16F

Le Rafale, comme tous les chasseurs modernes, est équipé d’un siège éjectable : le Martin Baker Mk-F16F.

Cet élément est indispensable à la sécurité du pilote, que ce soit en vol, lors d'un décollage/catapultage ou un atterrisage/appontage. En effet, il lui permet de s'éjecter à tout moment s'il pense que sa sécurité est en danger en restant aux commandes de l'avion.

Ce siège est incliné de 29° vers l'arrière, afin de permettre au pilote une meilleure endurance et une meilleure résistance face au facteur de charge. De plus, cette inclinaison améliore la vue du pilote sur l'ensemble de l'IHM (CTH, VTM, écrans latéraux...). Il fait donc pleinement partie du concept "HOTAS" ou "3M". L'inclinaison idéale a été calculée à 32° sur le Rafale, mais le confort du pilote, notamment au niveau des cervicales était alors amoindri. L'angle d'inclinaison choisi par les ingénieurs (29°) est donc celui offrant le meilleur rapport visibilité/résistance aux facteurs de charges, tout en optimisant le confort du pilote.

Pour rappel, le facteur de charge maximum sur Rafale est -3.2g / +9g. Concrètement, l'inclinaison permet de réduire la hauteur de "la colonne de sang" qui irrigue le cerveau du pilote, c'est à dire que la distance verticale entre le coeur et le cerveau du pilote est réduite. Ainsi, lors des manoeuvres à forte accélération ou lors de virages très serrés, où le pilote encaisse évidemment beaucoup de G, moins d'efforts lui sont demandés car son cerveau est mieux irrigué en sang et il peut ainsi éviter le "voile noir". L'inclinaison du siège permet au pilote de ne ressentir "que" 8g au lieu de 9g. Associé à la combinaison anti-g portée par les pilotes, qui permet aussi au pilote de ressentir 1g de moins, le gain est au final considérable et le pilote peut confortablement communiquer par radio ou utiliser ses commandes vocales. 

Données techniques :

D’une masse de 90kg, ce siège fonctionne jusqu’à 20000m d’altitude pour un pilote entièrement équipé donc pesant de 63 à 106kg. L'éjection s'effectue à une vitesse de 15m/s. Equipé de moteurs fusée, ce siège permet l'éjection dite zéro/zéro, c'est à dire que l'éjection est même possible à une altitude et une vitesse nulle, après un atterrissage/appontage ou avant un décollage. Son domaine d'éjection se situe jusqu'à 625 kts soit 1125 km/h. Il est équipé du parachute GQ . 

Il y a néanmoins une différence entre les sièges équipant les Rafale C et ceux équipant les Rafale M. Sur Rafale C, le siège est propulsé vers la droite lors de l'éjection alors que sur Rafale M, l'éjection s'effectue sur la gauche; pour éviter d'approcher le batiment supportant les radars et lespostes de commandement du porte-avions Charles de Gaulle, celui-ci étant situé sur la droite de la piste. Dans le cas du Rafale B, le pilote est assis sur un siège identique au Rafale C et le copilote sur un siège identique au Rafale M. Ainsi, ils ne risquent pas de se percuter. 

Remarque: Le Martin Baker Mk-16 est également la base des sièges  qui équipent le F-35, le Typhoon ou encore le T-38.

A ce jour, 3 pilotes de Rafale ont eu recours à une éjection.

La version équipant le Rafale est fourni par SEM MB (Société d'Exploitation des Equipements Martin-Baker)

         martin-baker-mk-16-1.jpg

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Commandes vocales

Les commandes vocales, aussi appelées DVI (Direct Input Voice) sont une fonctionnalité qu'un pilote de Rafale peut utiliser.

Leur objectif est de :

  • faciliter le travail du pilote dans l'exécution de certaines actions
  • renforcer le concept "HOTAS" (3M) en permettant au pilote de parler au lieu de retirer ses mains du manche et de la manette des gaz

Les commandes vocales nécessitent d'être activées par le pilote, par l'intermédiaire de l'un des commutateurs situés sur la manette des gaz. Coopéation internationale oblige, celles-ci sont sont en anglais, tout comme l'ensemble des éléments de l'IHM (VTM, écrans latéraux...). Les commandes vocales permettent par exemple de faire varier l'échelle de l'affichage de la VTM, sélectionner un certain mode navigation, changer les fréquences radio, afficher la configuration d'emport sur un écran latéral, et bien d'autres possibilités encore... Sur Rafale, le nombre de mots reconnus par le système  serait d'environ 250. Pour qu'un terme prononcé par le pilote soit bien reconnu, celui-ci doit être précis et concis. L'exécution de l'ordre se fait ensuite rapidement : en 200ms. Un avertissement visuel confirme au pilote que l'ordre énoncé a bien été exécuté. La technologie de ce système réside dans la capacité à reconnaitre presque toujours du premier coup les ordres du pilote alors qu'aux commandes d'un avion de chasse, tout est prétexte à troubler la reconnaissance vocale : l'intonation change selon le stress mais aussi selon l'effort enduré par le pilote. De plus, un filtre performant est nécessaire vu le bruit de fond dans la cabine qui atteint 90 décibels.

Un projet en suspens : le viseur de casque

casque-topsight.jpg 

Comme on peut le voir dans l'extrait vidéo de "C'est pas sorcier" (à partir de 26min05), un viseur de casque avait été pensé pour le Rafale. Cet équipementapporte, comme on le voit dans la vidéo, une aide à l'identification, la désignation et le suivi de cibles à courte distance. Il peut donc être déterminant dans une phase de combat rapproché air-air. Avec ce viseur visuel, les informations sont projetées sur la visière du casque et "suivent" le pilote lors de ses mouvements.  Ce système était à l'époque développé par Sextant Avionics (entreprise rachetée par Thales et devenue "Thales Avionics"). Mais cet équipement, et notamment sur le prototype de la vidéo, a aussi des inconvénients : sa masse (environ 1.4 kg), cumulée à un facteur de charge allant jusqu'à 9g en vol et des missions pouvant durer jusqu'à 7h influent négativement sur l'endurance du pilote. Le projet est donc en suspens depuis quelques années mais pourrait être relancé, grâce aux avancées techniques et de nouveaux matériaux réduisant le poids du casque, où à la demande d'un potentiel acheteur du Rafale.

 

 

Vidéo de présentation du cockpit du Rafale par le pilote Gilles Vallée

 

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