KONCEPCJA SEKWENCJONOWANIA RUCHU DOLOTOWEGO Z WYKORZYSTANIEM KONTROLOWANEGO CZASU PRZYLOTU

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 116 Transport 2017 Robert Szymczak, Jacek Skorupski KONCEPCJA SEKWENCJONOWANIA RUCHU DOLOTOWEGO Z WYKORZYSTANIEM KONTROLOWANEGO CZASU PRZYLOTU dostarczono, listopad 2016 Streszczenie: kosztowne. Z tego powodu strumieni ruchu dolotowego. Celem pracy jest przedstawienie koncepcji sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem tak zwanego kontrolowanego czasu przylotu CTA. Opracowano model obliczeniowy do wyznaczania zakresu wymaganego czasu przylotu sekwencji statków powietrznych. ruch lotniczy, sekwencjonowanie statków powietrznych, wspomaganie kontrolera ATC 1. WPROWADZENIE których. W operacji stwarza to najwa separacji. S to do zapewnienia, samym cz odpowiednich tras dolotowych STAR (Standard Arrival Route) oraz odlotowych SID (Standard Instrument Departure Route trzech wymiarach,

2 300 Robert Szymczak, Jacek Skorupski ia takie aby punkty, w których. Dodatkowo czas poja parametry ruchu lepiej, we, nie jest jednak tak oczywiste. W samolotów, a tym samym naruszanie separacji. poszczególnych czasy pojawienia, ywane, zadanie to jest trudne. Bez wspomagania komputerowego, dolotowego, zachowanie separacji obarczone jest sporym W praktyce rzeczywista STAR. Ma to miejsce wówczas, gdy kontroler wyda zezwolenie na tzw. skrót, czyli lot po prostej do wybranego punktu nawigacyjnego, da dla (Skorupski i Szymczak, 2016) statków powietrznych dla uzyskania strumienia o korzystnych parametrach operacyjnoruchowych (Skorupski i Florowski, 2016). Dodatkowym aspektem udzielania skrótów jest wyzwanie, ten punkt (Skorupski, 2015). dolotowego z wykorzystaniem tak zwanego kontrolowanego czasu przylotu CTA (Controlled Time of Arrival). Na ogólnie nas algorytm sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem CTA. decyzji o udzieleniu (lub nie) skrótu jest najkorzystniejsze. Jest to istotny problem

3 Koncepcja sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu SEKWENCJONOWANIE RUCHU DOLOTOWEGO Z WYKORZYSTANIEM CTA 2.1. KONCEPCJA CTA Ogólna idea koncepcji CTA (Controlled Time of Arrival) w punkcie. Punkt ten ruch dolotowy ze wszystkich kierunków. 1. naj. 2. CTA, 3. w punkcie IAF w czasie C zostaje wprowadzony do FMS jako tak zwany czas RTA (Required Time of Arrival), tak realizuje IAF od czasu R jest ponownie. iu CTA ma na celu skrócenie czasu niejszenie do maksymalne uproszczen pokonywanej przez statki powietrzne,, CDA (Continuous Descent Approach), planowanie. tniczego,,, przewidywanie trajektorii lotu 4D z wym idywania, dotarcia nad punkt IAF, w celu zapewnienia odpowiednich seperacji, zapewnienia tras alterantywnych na wypadek pogorszenia pogody.

4 302 Robert Szymczak, Jacek Skorupski 2.2. Sky). za koncepcji - SESAR (Single European Sky ATM Research). Zadanie to jest fazie projektowania i stanowi obszar intensywnych prac badawczych. Uzyskiwane wyniki testowane jedynie na wybranych grupach samolotów, w pojedynczych rejonach kontrolowanych lotnisk. po, aby RTA oraz ok z wykorzystaniem koncepcji CTA., z czasu RTA. Wykonano testy stosowania koncepcji na prawdziwym ruchu dolotowym do lotniska Sztokholm Arlanda. Do testów wybrano 308 grupy statków powietrznych: -80 bez fu CTA - do na 15 minut przed wlotem do obszaru kontrolowanego lotniska TMA (Terminal Area) przydzielany czas RTA nad punktem IAF, który w, lub nad progiem drogi startowej do Tabeli 1. B737 MD80 A330 Liczba lotów (minus oznacza zbyt wczesny przylot) [s] s 88% 73% 89% 82% s 95% 89% 100% 93% Tab. 1 s. Jest to wynik owany przy z tom, przy czym w 100% samolotom Airbus A330. Pozwala to na po wprowadzeniu drobnych

5 Koncepcja sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu 303 s. Dodatkowe wprowadzenie systemu u RTA przez, s. Problem zachowania seperacji przy sekwencjonowaniu z wykorzystaniem CTA badano w pracy (Klooster i in., 2009), Sztokholm Arlanda samolotami Boeing i Boeing Do wykonania testów wyelimin przydzielano jedynie czas dotarcia RTA nad próg drogi startowej W celu zbadania zachowania separacji m te do porównania separacji analizowana dwukrotnie separacji traktowano sytu, w której dwa st mniej 3 mile morskie (nm) w poziomie lub 1000 stóp w pionie w do w s do 120 s. Wyniki przedstawiono w tabeli 2. separacja czasowa [s] Naruszenia separacji Liczba [%] , , , , (Klooster i in., 2009) Tab. 2 czasami dolotu RTA powin 120 sekund. Przy zas w postaci systemów, kontrolerów ruchu lotniczego i statków powietrznych RTA 90 sekund. liczby roblem FMS. Weryf strumieni ruchu dolotowego przedstawiono w pracy (de Smedt i in., 2013). Modelowano ruch dolotowy do portu lotniczego w Melbourne. Testy wykonano w oparciu o dane rzeczywiste. Czas od lotniska. Na podstawie wykonanych symulacji stwierdzono encjonowanie ruchu dolotowego z ruchu taka metoda kolejkowania sprawdza przebytej dro

6 304 Robert Szymczak, Jacek Skorupski metod. Niestety w przypadku intensywnego ruchu, sekwencjonowanie z wykorzystaniem nm, wprowadzenie stref oczekiwania (holding) oraz 2.3. KONCEPCJA PRACY Analiza dotychczas stawianych problemów oraz uzyskiwanych wyników pozwala lub najlepszej odl ej z wykorzystaniem CTA i okr. Niniejsza praca przedstawia wyniki pierwszego etapu prac. poszukiwanie pewnego kompromisu. Zbyt pó ne okre fizycznie niewykonalna. Z kolei zbyt z zaplanowanej trajektorii. w h statków powietrznych oraz nie co do terminowego wykonania zaplano lowa planowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem CTA. Praca modelu matematycznego oraz lotniczego. 3. ALGORYTM SEKWENCJONOWANIA Z WYKORZYSTANIEM CTA Do stworzenia algorytmu sekwencjonowania w oparciu o kontrolowany czas przylotu CTAM ych czynnik planowanie sekwencji z wykorzystaniem CTA. Przeprowadzona analiza : rodzaje uwz, zakres tu matematyczny separacje czasowe, czyli jnymi czasami RTA, przebieg tras dolotowych,

7 Koncepcja sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu 305 horyzont sekwencjowania (obszar analizy), onkretne statki powietrzne (element ekonomiczny), liczba i lokalizacja stref oczekiwania (holdingu), ograniczenia co do i powietrznych, do terminowego wykonania operacji, separacja czasowa - 90 s i 120 s. 2. W celu maksymalnego skrócenia drogi pokonywanej przez statki powietrzne, wybrano liniami prostymi. Prow punktu wlotowego do umownego nm od progu pasa drogi startowej do nm do 250 nm i jest równy dla u kategorie statków powietrznych 5. zaprojektowano nm od punktu IAF. 6. dolotowej, bez ryzyka utraty separacji. od typów statków ny w punkcie ALGORYTM SEKWENCJONOWANIA rzono schemat blokowy algorytmu

8 306 Robert Szymczak, Jacek Skorupski Rys. 1. Algortym sekwencjowania CTAM. Algorytm ten jest realizowany samolot asza wlotowym systemu, ograniczonego horyzontem sekwencjonowania. Zawsze jako pierwsza podejmowana jest próba przydzielenia najlepszego czasu RTA, dla którego nie ma wyprzedzania rozdziale MODEL OBLICZENIOWY DO WYZNACZANIA W celu stworzenia modelu na (EUROCONTROL,

9 Koncepcja sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu upr hu dolotowego na dwie kategorie - samoloty odrzutowe i s model obliczeniowy (rys. 2). : opr bus A320 naniesiony na lot w tak zwanej czystej którejkolwiek owa ze powietrza

10 308 Robert Szymczak, Jacek Skorupski 100 nm. Ja (Pradeep, 2013), taki dystans jest naj do Dla samolotów 60 nm. Jako -Q400, który jest popularny w Eur -Wschodniej, a jako wzorcowy samolot turboodrzutowy Airbus A320. W opar (EUROCONTROL, 1998) maksymalne sekwencjonowania, Tabeli 3. [kts] Punkt IAF Samolot odrzutowy : na podstawie (Filippone, 2012; Pradeep, 2013). Tab. 3 od horyzontu sekwencjonowania. azie na odcinku., a przez niez na pokonanie zadanego odcinka = (1) na pokonanie zadanego odcinka = (2). W tym przypadku minimalny czas w locie poziomym dany jest wzorem = (3) lotu poziomego dany jest wzorem

11 Koncepcja sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu 309 = (4) Oznaczymy przez Minimalny ( ) i maksymalny ( ) wymagany czas z = + + (5) = + + (6) w przedziale,. jak dla jest mniejszy i wynosi 60 nm OCENA EKONOMICZNA WYZNACZONYCH CZASÓW RTA Sekwencjonowanie ruchu dolotowego z wykorzystaniem CTA pozwala na zmniejszenie Algorytm CTAM, j na to warunki ruchowe. kolejnych Bombardier Dash 8-Q400 Rys. 3. -Q400 na poziomie lotu FL250 : Bombardier Aerospace, 2014.

12 310 Robert Szymczak, Jacek Skorupski najbardziej ekonomiczna od masy statku powietrznego, a fazy (Airbus, 2004). Na rysunku 4 pionowej 3 typów samolotów odrzutowych Airbus. Badania zost poziomu lotu FL100. ia na zu : Airbus 2004 zapotrzebowania na paliwo Na podstawie charaktery dobrane Wyniki przedstawia Tabela 4. Punkt IAF Samolot odrzutowy Tab. 4

13 Koncepcja sekwencjonowania ruchu dolotowego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu SEKWENCJONOWANIE RUCHU DOLOTOWEGO Z WYKORZYSTANIEM CTA Z wyboru czasów RTA proponowanych poszczególnym samolotom w sekwencji. W przypadku sunek 5. ekonomicznego W przypadku braku wszystkich obliczonych czasów RTA, metoda d wart. 4. PODSUMOWANIE I KIERUNKI DALSZYCH PRAC sekwencjonowania dolotowego ruchu lotniczego z wykorzystaniem kontrolowanego czasu przylotu CTA. Zaproponowano pewien algorytm Opracowano model obliczeniowy do wyznaczania zakresu wymaganego czasu przylotu. Zwrócono ruchu dolotowym do lotniska im. Chopina w War na symulacyjny dobór najlepszego horyzontu analizy oraz generowanie sekwencji

14 312 Robert Szymczak, Jacek Skorupski Bibliografia 1. Airbus, Getting to Grips with Fuel Economy. Blagnac, Francja. 2. Bombardier Aerospace, Q400 Next Gen Fuel Efficency Manual. Montreal, Kanada. 3. EUROCONTROL, Aircraft performance summary tables for the base of aircraft data (BADA), Revision 3, EEC Note 10/98, Bruksela 1998, 4. Filippone A., Advanced Aircraft Flight Performance. Cambridge University Press, New York. 5. Ivanescu, D., Marayat, A., Shaw, C., Tamvaclis, C., Wachenheim, M., Aircraft Punctuality at Arrival Terminal-Area: Impact on Sequence Conformance, Saturation and Cost, in: 9th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations Conference (ATIO). American Institute of Aeronautics and Astronautics, Reston, Virigina, USA. doi: / Klooster, J.K., Amo, A. Del, Manzi, P., Controlled Time-of-Arrival Flight Trials Results and Analysis, in: Eight USA/Europe Air Traffic Management Research and Development Seminar, Napa, California, USA. 7. Manzi, P., Wide scale CTA flight trials at Stockholm Arlanda Airport, in: 2009 IEEE/AIAA 28th Digital Avionics Systems Conference. doi: /dasc Pradeep, P., Evaluation Of Vertical Profiles To Design Continuous Descent Approach Procedure. Open Access Theses, Pap Purdue University. 9. Skorupski, J., Model of the Hierarchical Process of Managing the Approaching Air Traffic in the Terminal Area. Communications in Computer and Information Sciience 531, doi: / Skorupski, J., Florowski, A., Method for evaluating the landing aircraft sequence under disturbed conditions with the use of Petri nets. Aeronautical Journal 120, doi: /aer Skorupski, J., Szymczak R., Analiza procedury przydzielania skrótów dolotowych w TMA Warszawa, w: Skorupski J. (red), Wyzwania Politechniki Warszawskiej. 12. de Smedt, D., Bronsvoort, J., McDonald, G., Controlled Time of Arrival Feasibility Analysis. Tenth USA/Europe Air Traffic Management Research and Development Seminar, Chicago, Illinois, USA. CONCEPT OF AIR TRAFFIC SEQUENCING BASED ON CONTROLLED TIME OF ARRIVAL Summary: The constantly increasing air traffic is generating problems with airport capacity. One of the most popular solutions are expensive infrastructure upgrades. Because of costs, improving air traffic procedures is becoming more popular. One of such improvements may be appropriate sequencing of the inbound traffic flow. The aim of this paper is to present a concept of air traffic sequencing method based on Controlled Time of Arrival (CTA). An initial version of computational model for determining requested time of arrival was created. Moreover, concepts of algorithms were prepared for determining the sequencing distance horizon and finding the most economic approach sequences. At a later stage a comparison of generated sequences for different traffic volumes will allow to choose the best sequencing horizon. That will maximize planned sequence feasibility but will not limit aircraft and air traffic controllers too much. Keywords: air traffic sequencing, Controlled Time of Arrival CTA, ATC assistance tool