[發(fā)明專利]飛機(jī)質(zhì)量變化的巡航階段燃油消耗預(yù)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910467584.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN110276479B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明;黃倩文;劉思涵;孔祥魯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發(fā)明公開一種飛行質(zhì)量變化的巡航階段燃油消耗預(yù)測方法，包括如下步驟：步驟1，考慮質(zhì)量變化及側(cè)風(fēng)的影響，構(gòu)建巡航階段燃油消耗模型；步驟2，針對(duì)步驟1構(gòu)建的模型，建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件；步驟3，求解目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，得到各個(gè)質(zhì)量下最優(yōu)燃油里程以及所對(duì)應(yīng)的最佳巡航高度和最大巡航馬赫數(shù)。此種預(yù)測方法可建立基于航空器質(zhì)量變化的巡航油耗預(yù)測模型，并通過該模型，通過優(yōu)化計(jì)算，確定出不同航空器質(zhì)量的最大燃油里程所對(duì)應(yīng)的最佳巡航高度和最佳巡航速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛機(jī)質(zhì)量變化的巡航階段燃油消耗預(yù)測方法。

背景技術(shù)

隨著航空運(yùn)輸?shù)难该桶l(fā)展，據(jù)預(yù)測在下一個(gè)15年，空中交通量將翻倍[1]。而燃油價(jià)格的上漲和環(huán)境政策的限制，決定了航空器節(jié)約燃油消耗問題成為空管和簽派的管理者和研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。據(jù)國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(International Air TransportAssociation，IATA)報(bào)道[2]，飛機(jī)的燃油成本已經(jīng)占到航空公司運(yùn)營成本的35％以上，上升至航空公司主營業(yè)務(wù)成本中的第一位，大大壓縮了航空公司的效益空間，航空公司面臨巨大的生存壓力。IATA[2]和國際民航組織[3]都提出了提高航班燃油效率的遠(yuǎn)期目標(biāo)。目前，航空公司紛紛將降低燃油消耗的目光集中于精確預(yù)測飛機(jī)燃油加載量，避免“油燒油”的現(xiàn)象，從而減少航線耗油，提高燃油使用效率。大型民航客機(jī)在中遠(yuǎn)距離航程中，對(duì)于長航程的飛行，巡航飛行階段燃油消耗量所占整個(gè)全程飛行油耗量的比例較大。因此，建立準(zhǔn)確的巡航飛行階段燃油消耗預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)精確控制燃油加載量，對(duì)于提高航空公司運(yùn)營效益，降低燃油排放具有重要意義。

巡航階段影響燃油消耗準(zhǔn)確預(yù)測的諸多因素中，飛機(jī)性能和飛行側(cè)風(fēng)是兩個(gè)重要因素。在側(cè)風(fēng)對(duì)于燃油消耗的影響方面：Vazquez and Rivas[4]研究了在風(fēng)的不確定性下，通過非線性方法加入隨機(jī)變量，確定巡航階段燃油質(zhì)量變化，并與蒙特卡洛方法進(jìn)行對(duì)比，表明該方法在計(jì)算時(shí)間上有很大優(yōu)勢，但是本研究中所用到的風(fēng)的概率密度函數(shù)為常見的均勻分布以及β分布，而非來自真實(shí)風(fēng)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在誤差。Franco and Rivas[5]分析了在有強(qiáng)風(fēng)的情況下在恒定高度巡航的最低成本問題，包括到達(dá)延誤成本，考慮到一般的不穩(wěn)定問題，包含飛機(jī)質(zhì)量在變化的影響，并且對(duì)巡航高度沒有任何限制。該研究分析了達(dá)到最低成本的最佳軌跡，即速度與飛機(jī)質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系，但是未針對(duì)側(cè)風(fēng)這一因素對(duì)燃油成本的影響進(jìn)行分析。Assaad and Bil[6]通過考慮側(cè)風(fēng)的影響優(yōu)化空中交通流來減少燃油消耗。但是本研究只考慮了順風(fēng)的影響，忽略了逆風(fēng)，不適用于實(shí)際應(yīng)用。Jensenand John Hansman[7]等對(duì)200000次歷史飛行記錄進(jìn)行分析，計(jì)算飛行所經(jīng)歷的實(shí)際風(fēng)速和溫度，生成各種最佳高度輪廓并與飛行基線進(jìn)行比較，提出通過優(yōu)化巡航高度和速度來給定固定的橫向路線，從而減少燃油消耗的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響，但是未考慮到航空器質(zhì)量的變化對(duì)燃油消耗的影響。Svensson et al[8]重新優(yōu)化和比較兩種等效的中程飛機(jī)，一種煤油燃料和一種LH2燃料，從環(huán)境的角度來降低巡航高度。通過降低巡航高度，可以降低對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)，同時(shí)減少燃料消耗和排放，但是研究中僅考慮巡航高度對(duì)油耗的影響，忽略飛行馬赫數(shù)的影響。Franco et al[9]等基于概率轉(zhuǎn)換方法，開發(fā)了概率軌跡預(yù)測器，通過輸入巡航段的平均地面速度的概率密度函數(shù)，可輸出飛行時(shí)間和燃料消耗的概率密度函數(shù)，解決了受風(fēng)不確定性影響的飛機(jī)軌跡預(yù)測問題，但是未考慮到巡航過程中飛機(jī)質(zhì)量變化對(duì)飛行時(shí)間以及燃料消耗的影響。