民用航空飛機(jī)四維航跡的預(yù)測(cè)研究

　　我國近些年民航業(yè)得到了高速發(fā)展，隨之而來的空域緊張、航路擁擠、飛機(jī)起降晚點(diǎn)等情況日益凸顯。下面是一篇關(guān)于民用航空飛機(jī)四維航跡預(yù)測(cè)探究的論文范文，歡迎閱讀，希望對(duì)你的論文寫作有幫助。

　　引言

　　伴隨民航業(yè)的迅猛發(fā)展，航空公司的規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)隊(duì)數(shù)量不斷增加�？罩薪煌�流量迅速增長，航路擁擠、航路沖突的問題不斷出現(xiàn)，同時(shí)空中飛機(jī)碰撞的風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增大。合理安排飛機(jī)的起降順序和航路選擇，可以進(jìn)一步提高航空運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率。通過提前預(yù)測(cè)飛機(jī)的飛行航跡還能減少飛機(jī)飛行過程中的沖突，降低航路和終端區(qū)空域擁擠程度。

　　1、四維航跡的產(chǎn)生與發(fā)展

　　1.1四維航跡的產(chǎn)生

　　八十年代，美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)為了解決由空中交通量迅速增長的問題，提出了全國空域系統(tǒng)(NAS)的概念，在其中提出了飛機(jī)四維導(dǎo)航和制導(dǎo)的想法，即基于時(shí)間來監(jiān)控航空器的航跡。

　　四維航跡，也稱4D航跡，是指航空器在空間中的三維位置點(diǎn)坐標(biāo)和航空器在每個(gè)位置點(diǎn)相應(yīng)的過點(diǎn)時(shí)間所組成的一系列點(diǎn)的集合。四維航跡預(yù)測(cè)是指在飛機(jī)起飛前就通過飛行計(jì)劃、歷史飛行數(shù)據(jù)、雷達(dá)資料、氣象信息等對(duì)該架飛機(jī)的飛行航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，并確定航跡上各個(gè)航跡點(diǎn)的`過點(diǎn)時(shí)間。在美國一般將航跡預(yù)測(cè)分為正常航跡預(yù)測(cè)、最壞狀況航跡預(yù)測(cè)和概率航跡預(yù)測(cè)[1].

　　1.2四維航跡的發(fā)展

　　在歐洲隨著民航運(yùn)量的增加，航班延誤、空域擁擠、航路沖突的問題也越來越明顯，而且由于歐洲各個(gè)國家的地理分布特點(diǎn)，以及各個(gè)國家對(duì)自己本國領(lǐng)空空域劃分的標(biāo)準(zhǔn)不一致，使得歐洲的空域劃分瑣碎。這種瑣碎的空域劃分不利于歐洲航空業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展壯大。于是，在2004年，歐盟發(fā)起了一項(xiàng)SESAR計(jì)劃(SingleEuro-peanSkyATMResearch)，即單一歐洲天空空中交通管理研究項(xiàng)目。為了達(dá)到SESAR的計(jì)劃目標(biāo)，其中一個(gè)很重要的方法就是對(duì)未來的空中交通管理實(shí)施基于四維航跡的管理。因?yàn)�，基于四維航跡的運(yùn)行管理可以明顯提高空域容量，提高飛機(jī)運(yùn)行和空域使用的效率。

　　2012年2月，空客公司運(yùn)用一架A320飛機(jī)進(jìn)行了全球首次利用四維航跡空中交通管理技術(shù)的試驗(yàn)飛行。該項(xiàng)目被稱作為Initial-4D,即初始4D航跡。隨后在2014年3月，空客公司同樣用一架A320飛機(jī)進(jìn)行了第二次初始四維航跡飛行試驗(yàn)。

　　在20世紀(jì)90年代，美國就開發(fā)了一套空管自動(dòng)化系統(tǒng)CTAS,該系統(tǒng)主要應(yīng)用于在終端區(qū)空域，對(duì)空域內(nèi)航空器在未來一段時(shí)間內(nèi)的航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而輔助管制員實(shí)行管制工作。為了適應(yīng)民航業(yè)的快速發(fā)展以及民航運(yùn)輸需求量的不斷增長，美國后來又提出了NGATS計(jì)劃(NextGenerationAirTransportationSystem)，即美國下一代空中交通運(yùn)輸系統(tǒng)。而基于四維航跡的運(yùn)行是NGATS里面的一個(gè)基礎(chǔ)要求，力求通過提前預(yù)測(cè)得到精確的預(yù)計(jì)航跡，并且在飛機(jī)實(shí)際飛行中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)整飛行航跡。

　　2、四維航跡預(yù)測(cè)的方法

　　國內(nèi)外四維航跡的預(yù)測(cè)方法，主要可以分成以下幾類：(1)基于卡爾曼濾波等的估計(jì)算法;(2)基于飛機(jī)性能模型的航跡預(yù)測(cè)方法;(3)基于大圓航跡或等角航跡的航跡推測(cè)方法。

　　3、四維航跡預(yù)測(cè)的性能模型

　　飛機(jī)的性能是指：飛機(jī)的氣動(dòng)特性，包括升力特性、阻力特性等;飛機(jī)的重量，包括結(jié)構(gòu)限重等;發(fā)動(dòng)機(jī)特性，包括發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)、耗油特性等。

　　基于航空器飛行性能的航跡預(yù)測(cè)模型，一般是把飛機(jī)的三維航跡在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)進(jìn)行分解，這樣做的目的是為了簡化航跡的計(jì)算與生成。把航跡分解成垂直航跡剖面、水平航跡剖面和速度剖面，然后再結(jié)合飛機(jī)性能的各種相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)，如：飛機(jī)的起飛重量、燃油重量、發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力、燃油消耗率等，計(jì)算得出預(yù)計(jì)的飛行航跡。在計(jì)算過程中還應(yīng)該考慮飛行所處環(huán)境的影響，包括氣溫、氣壓、天氣狀況等。目前世界上使用最廣泛的飛機(jī)性能數(shù)據(jù)庫是CTAS(終端區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)性能模型)和BADA(飛機(jī)數(shù)據(jù)基礎(chǔ))[2].

　　3.1垂直航跡剖面

　　飛機(jī)的垂直飛行剖面通�？煞譃槠痫w、爬升、平飛、下降、著陸五個(gè)階段。相關(guān)的參數(shù)可以從飛機(jī)性能數(shù)據(jù)庫中查得。然后根據(jù)牛頓第二定律和能量守恒原理列出平衡方程，求解即可。

　　3.2水平航跡

　　水平航跡可以按照航路點(diǎn)的信息，把水平飛行航跡分解成一個(gè)個(gè)直線航段和轉(zhuǎn)彎航段。這些航路點(diǎn)的信息可以從領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)(FPL)中得到。其中轉(zhuǎn)彎航段又分為內(nèi)切轉(zhuǎn)彎、約束轉(zhuǎn)彎、末端轉(zhuǎn)彎[3]三種方式。而一般情況下航路飛行多以內(nèi)切轉(zhuǎn)彎為主。

　　3.3速度剖面

　　速度剖面的分解一般情況下分為三種，即正常速度剖面、最短到達(dá)時(shí)間剖面和最長到達(dá)時(shí)間剖面。這些速度剖面均由一系列剖面段連接而成。每個(gè)剖面段均是直線飛行和轉(zhuǎn)彎飛行的水平航跡的地速剖面[4].

　　4、四維航跡預(yù)測(cè)的研究趨勢(shì)

　　現(xiàn)今的航空器四維航跡預(yù)測(cè)模型里已經(jīng)開始綜合考慮復(fù)雜氣象環(huán)境因素、管制員意圖、飛行員意圖等因素的干擾，在模型建立上結(jié)合了混雜系統(tǒng)理論[5]、極大代數(shù)理論[6]等，從而提高了航跡預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。下一步就是要進(jìn)一步完善航跡預(yù)測(cè)的模型，使航空器四維航跡的預(yù)測(cè)結(jié)果更符合真實(shí)的飛行情況。

　　啟示

　　我國近些年民航業(yè)得到了高速發(fā)展，但是問題也接踵而至。特別是在我們?cè)趶拿窈酱髧�邁向民航強(qiáng)國的進(jìn)程中，隨之而來的空域緊張、航路擁擠、飛機(jī)起降晚點(diǎn)等情況日益凸顯。四維航跡預(yù)測(cè)作為新的下一代空中交通管理系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)性技術(shù)，為我國解決民航發(fā)展過程中遇到的上述這些問題提供了解決思路。四維航跡預(yù)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用對(duì)民航業(yè)的發(fā)展起到了保障和促進(jìn)作用。同時(shí)基于高精度的四維航跡的運(yùn)行，還可以使飛機(jī)的飛行變得更加平穩(wěn)，可以大大減少飛機(jī)的燃油消耗和碳排放，降低航空公司的運(yùn)營成本，改善環(huán)境。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]AnthonyMasalonis,etal.UsingProbabilisticDemandPredictionsforTrafficFlowManagementDecisionSupport[C].AIAAGuidanceNavigationandControlConferenceandExhibitProvidence,RhodeIsland,2004.

　　[2]郭運(yùn)韜，朱衍波，黃智剛。民用飛機(jī)航跡預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國民航大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,25(1)。

【民用航空飛機(jī)四維航跡的預(yù)測(cè)研究】相關(guān)文章：

飛機(jī)蒙皮的逆向建模研究10-27

航空飛機(jī)維修決策方法研究05-23

張四維年譜09-26

民用航空的基本知識(shí)07-31

基于飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件裝配設(shè)計(jì)技術(shù)的研究10-27

飛機(jī)鋰電池健康管理方法研究論文10-07

關(guān)于工商管理專業(yè)實(shí)踐性教學(xué)四維結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建研究論文06-16

民用航空組成理論知識(shí)05-24

乘飛機(jī)的禮儀10-25