[發明專利]飛機質量變化的巡航階段燃油消耗預測方法

有效

• 申請號: 201910467584.6
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110276479B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 張明;黃倩文;劉思涵;孔祥魯
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開一種飛行質量變化的巡航階段燃油消耗預測方法，包括如下步驟：步驟1，考慮質量變化及側風的影響，構建巡航階段燃油消耗模型；步驟2，針對步驟1構建的模型，建立目標函數和約束條件；步驟3，求解目標函數的最優解，得到各個質量下最優燃油里程以及所對應的最佳巡航高度和最大巡航馬赫數。此種預測方法可建立基于航空器質量變化的巡航油耗預測模型，并通過該模型，通過優化計算，確定出不同航空器質量的最大燃油里程所對應的最佳巡航高度和最佳巡航速度。

技術領域

本發明涉及一種飛機質量變化的巡航階段燃油消耗預測方法。

背景技術

隨著航空運輸的迅猛發展，據預測在下一個15年，空中交通量將翻倍[1]。而燃油價格的上漲和環境政策的限制，決定了航空器節約燃油消耗問題成為空管和簽派的管理者和研究者關注的熱點問題。據國際航空運輸協會(International Air TransportAssociation，IATA)報道[2]，飛機的燃油成本已經占到航空公司運營成本的35％以上，上升至航空公司主營業務成本中的第一位，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期目標。目前，航空公司紛紛將降低燃油消耗的目光集中于精確預測飛機燃油加載量，避免“油燒油”的現象，從而減少航線耗油，提高燃油使用效率。大型民航客機在中遠距離航程中，對于長航程的飛行，巡航飛行階段燃油消耗量所占整個全程飛行油耗量的比例較大。因此，建立準確的巡航飛行階段燃油消耗預測模型，實現精確控制燃油加載量，對于提高航空公司運營效益，降低燃油排放具有重要意義。

巡航階段影響燃油消耗準確預測的諸多因素中，飛機性能和飛行側風是兩個重要因素。在側風對于燃油消耗的影響方面：Vazquez and Rivas[4]研究了在風的不確定性下，通過非線性方法加入隨機變量，確定巡航階段燃油質量變化，并與蒙特卡洛方法進行對比，表明該方法在計算時間上有很大優勢，但是本研究中所用到的風的概率密度函數為常見的均勻分布以及β分布，而非來自真實風數據，導致計算結果存在誤差。Franco and Rivas[5]分析了在有強風的情況下在恒定高度巡航的最低成本問題，包括到達延誤成本，考慮到一般的不穩定問題，包含飛機質量在變化的影響，并且對巡航高度沒有任何限制。該研究分析了達到最低成本的最佳軌跡，即速度與飛機質量的函數關系，但是未針對側風這一因素對燃油成本的影響進行分析。Assaad and Bil[6]通過考慮側風的影響優化空中交通流來減少燃油消耗。但是本研究只考慮了順風的影響，忽略了逆風，不適用于實際應用。Jensenand John Hansman[7]等對200000次歷史飛行記錄進行分析，計算飛行所經歷的實際風速和溫度，生成各種最佳高度輪廓并與飛行基線進行比較，提出通過優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濟和環境影響，但是未考慮到航空器質量的變化對燃油消耗的影響。Svensson et al[8]重新優化和比較兩種等效的中程飛機，一種煤油燃料和一種LH2燃料，從環境的角度來降低巡航高度。通過降低巡航高度，可以降低對全球變暖的貢獻，同時減少燃料消耗和排放，但是研究中僅考慮巡航高度對油耗的影響，忽略飛行馬赫數的影響。Franco et al[9]等基于概率轉換方法，開發了概率軌跡預測器，通過輸入巡航段的平均地面速度的概率密度函數，可輸出飛行時間和燃料消耗的概率密度函數，解決了受風不確定性影響的飛機軌跡預測問題，但是未考慮到巡航過程中飛機質量變化對飛行時間以及燃料消耗的影響。