Yüksek çözünürlüklü gerçek hava durumu verileri ile optimum uçak rota planlaması

Yüksek Çözünürlüklü gerçek Hava Verilerine Dayalı Optimal Hava Taşıtları Rota Planlaması mezuniyet tezi, uzaysal ve zamansal yüksek çözünürlüklü rüzgâr ve sıcaklık verilerinden yararlanarak uçakların rüzgâra göre en iyi hız ve irtifa uçuş planlarını geliştirmektir. Hava durumu bilgisi ve optimizasyon yöntemlerinden yararlanılarak yersel uçak rota tahmini yapılmıştır. İlk olarak bu tezin amaçlarına ulaşmak için, uçak uçuş planlarının bir kısmı BADA4 tabanlı yüksek doğruluklu rota belirleyicisi kullanılarak benzetim yapıldı ve planlanan rotaların ne kadar iyi takip edildiğini gözlemlemek için ilgili QAR kaynağından alınan gerçek uçuş verileri ile karşılaştırıldı. gerçek uçuşlarda. İkinci olarak, uçuş planında rüzgar tahmininin kullanılması ile, uçak yörüngeleri sırasıyla optimize edilerek ve potansiyel yakıt ve / veya zaman tasarrufu gözlemlendi. Üçüncü olarak, rüzgar belirsizliğinin etkisinin araştırılmasıyla, uçak yörüngeleri QAR'dan gelen gerçek HRES rüzgar verisini kullanarak optimize edilmiştir ve yakıt tüketimindeki değişiklik ve geçen süre gözlemlenmiştir. Daha sonra, rüzgar-optimal yörüngeleri için ince ayar işlemi olarak maliyet indeksi ayarlama algoritması kullanılarak, rüzgar verilerine göre optimize edilmiş rüzgar-optimum CI'yı tanımlamak için yeniden eniyileme süreci olarak yeni bir yöntem kullanılmıştır. Önerilen dinamik rüzgar-optimal CI'leri, hava yolları tarafından tanımlanan CI'ya kümülatif olarak eşittir. Son olarak, rüzgar belirsizliğinin yolculuk süresi ve yolculuk sürecince tüketilen yakıt üzerindeki etkisini göstermek için 400 uzun mesafeli uçuş seti üzerinde ayrıntılı bir analiz yapılmıştır. Ayrıca toplam potansiyel yakıt ve / veya zaman tasarrufu diğer sonuçlarla birlikte detaylı olarak gösterilmiştir. Ayrıca irtifa ile rüzgar hızı gradyeninin de dikkate alınması gerektiği düşünülmüş ve sonuç olarak, seyir Mach sayısının ve seyir irtifasının birlikte rüzgar etkisi altında yakıt tüketimi için anahtar parametreler olduğu görülmüştür. Bu nedenle, rüzgardaki belirsizlik optimal olmayan koşullarda uçuşa neden olabilir. Bu belirsizliğin giderilmesi ve stratejik düzeyde en iyi rotanın planlanması, havayolu operasyonları için avantajlı sağlayacaktır. Rüzgar-optimal CI fikrini yüksek doğruluklu rota belirleyicisi kullanarak planlanmış gerçek uçuşlara uygulayarak, DCI yöntemine çok benzer bir yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Çalışmanın bu aşamasında, düşük uçuş süresi olan kısa süreli bir uçuş ele alınmıştır , bu da varış zamanını koruyarak yakıt tasarrufu ile sonuçlanmaktadır. Analiz operasyonel uçuş planına ve gerçek uçuş verilerine göre yapılır. Bu yöntem farklı koşullara sahip farklı uçuşlara uygulanarak, önerilen metodu genelleştirmek ve doğrulamak amaçlanmıştır. Bu çalışmada açıklanan metodoloji ile elde edilen yakıt tasarrufu, SESAR (ortalama 300 - 500 kg) ile uyuşmakatadır. Rüzgar belirsizliği, uçuşların stratejik planlamasını etkilemektedir. Bu çalışma tahmini ile gerçek rüzgar bilgisi arasındaki farkın farklı yakıt tüketimlerine sahip olduğunu göstermiştir. Gerçek rüzgârın planlananlardan nasıl saptığını düşünürsek, bu çalışmada açıklanan metodoloji ile yakıt tasarrufu sağlanabilir. Bu nedenle, doğru rüzgar bilgisine ulaşarak, bu çalışmadaki yaklaşım, stratejik uçuş planını revize etmek için kullanılabilir. Sonuçlar, bu çalışmanın uzun mesafeli uçuşlara daha uygun olduğunu göstermektedir. Bu mezuniyet tezi, her biri tezin amaçlarını yerine getirmenin farklı yönleriyle ilgilenen altı bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm, giriş niteliğindedir ve tezin amacını, daha önce yapılmış olan çalışmaları ve bu çalışmanın katkısını açıkça tanımlamaktadır. Literatür taraması üç alt bölüme ayrılmıştır; rüzgar tahmini ve veri asimilasyonu, bu tezin her bir bölümü hakkında ayrıntılı bilgi vermek için yörünge optimizasyonu ve dinamik maliyet endeksi. İkinci bölüm, bu çalışma için gerekli olan temel bilgilere adanmıştır ve üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm, rüzgar belirsizliğinin uçak rotasına olan etkisini inceler ve bu analiz için ölçüm aralığı farkı metrik olarak tanımlanır.Bölüm iki uçuşun seyir safhasıyla ilgili temel arka plan bilgilerine odaklanır ve bu çalışmanın ilgi alanına giren seyir uçuşu formülasyonunu ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Üçüncü kısım, hız ve irtifa optimizasyonu olarak iki bölümde yakıt tasarruflu yörünge optimizasyonuna ayrılmıştır. Bu tezin ana bölümü olan hız optimizasyonu, Maksimum Menzil (MRC), Uzun Menzilli Seyir (LRC) ve Ekonomi / Maliyet Endeksi (CI) olmak üzere üç farklı yöntemle ayrıntılı olarak açıklanmıştır. En sonda ise, en iyi irtifa üretimi süreci ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Üçüncü bölümde bu çalışma için veri kaynakları ve veri ayrıştırma süreci ele alınmaktadır. Türk Hava Yolları'ndan alınan uçuş planları detaylı olarak açıklanmış, daha sonra uçakların Hızlı Erişim Kaydedicisi (QAR)'dan alınan gerçek uçuş verileri açıklanmıştır. Sonunda hava durumu, NOAA GFS verileri görselleştirilip ve açıklanmıştır. Dördüncü bölüm, uçak yörüngesinin tahmin aracına odaklanmakta ve süreci adım adım tanımlamaktadır. İlk olarak, bu çalışmanın temel uçak modeli olarak , Eurocontrol BADA 4'ün neden seçildiği, aerodinamik, Motor itiş gücü ve yakıt tüketimi modeli gibi Eurocontrol BADA 3 ve BADA 4 fonksiyonları karşılaştırılarak açıklanmıştır. Daha sonra, uçak hareket modeli denklemlerinin detaylıca açıklanması ve ardından uçak dinamiğinin BADA 4'teki gibi nokta-kütle modeli olarak modellenmesi açıklanmıştır. Beşinci bölüm, bu çalışmada kullanılan metodolojiyle ilgilidir. Öncelikle, bu tezin iş akışını, girdileri, süreçleri ve istenen çıktıyı gösteren, önerilen çalışma ve yöntemin ayrıntılı bir tanımı yapılmıştır. Daha sonra, maliyet endeksi ayarlaması olan ilk çekirdek blok, ayrıntılı olarak formüle edilmiş ve açıklanmıştır. Uçak performans limitleri tanımlanarak hız optimizasyonu ayrıntılı olarak açıklanmış ve aynı zamanda optimizasyon formülü çözümünün hız planlaması için nasıl en uygun çözüm olduğu da tarif edilerek açıklanmaktadır. Daha sonra, geliştirilen rota belirleyicisinin performansını göstermek için dokuz gerçek uçuş planının benzetimi yapılmıştır ve sonuçların kabul edilebilir ve istenilir olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar, simülasyon sonuçları ile birlikte altıncı bölümde verilmiştir. Öncelikle, rüzgar belirsizliğinin tam etkisini, gerçek rüzgar ve tahmini rüzgar arasındaki farkı, yolculuk süresi ve tüketilen yakıt, 400 uzun mesafeli uçuşun üzerinde gösterilmiştir. Daha sonra düşük çözünürlüklü rüzgar verisine karşı yüksek çözünürlüklü rüzgar verilerinin kullanılmasının simülasyon sonuçları gösterilmiş ve tartışılmış, ardından yapay uçuş planlarının oluşturulması tanımlanmış ve hız planlamasının analizi yapılmıştır. Ayrıca CI (maliyet endeksi) ayarlamanın benzetim sonuçları gösterilmiş ve tartışılmıştır. Gelecekte bu yöntemin hız ve irtifa optimizasyonuna aynı anda yaygınla¸ stırılması ve aynı zamanda rüzgar hızını ve yönünü elde etmek için gerçek zamanlı olarak uçulan uçak verilerini kullanan tüm irtifalar için yüksek çözünürlüklü bir rüzgar haritası olu¸ sturması amaçlanmaktadır. Maliyet endeksi kavramı sadece saf bir rüzgarla çalı¸ san uçu¸ slar için çalı¸ stıgı için, ön maliyetleme a¸ saması olarak maliyet endeksi ayarlama kavramının genelle¸ stirilmesi, maliyet endeksi ayarlama fikrinin gelecegine yönelik bir görünümdür. Sonuç olarak, veri analizi yakla¸ sımına dayalı olacak olan rüzgar bilgisi filtrelemeye odaklanılacaktır.