考虑环境影响下的多点协同约束飞行参数优化

发布时间：2020-08-08 05:30

【摘要】：多航路点协同约束下的飞行参数优化是实现基于航迹运行下节油、经济运行的关键技术,它要求飞机在实际飞行过程中满足空中交通管制发布的多航路点协同约束指令。在保证飞行安全运行的前提下,如何在实现多航路点协同约束下节油飞行的同时减小发动机排放引起的全球总增温是民航业关注的重点问题。为了解决上述问题,研究了飞机进场过程中的飞行参数优化方法。首先依据基础飞机性能数据模型和运动学原理建立了飞行参数计算模型;依据发动机排放对温室效应的影响研究了全球总增温计算方法。然后针对单航路点约束的情况进行研究,通过分析飞机实际进场轨迹特点,运用微元法构建了该情况下进场过程的数学模型,分析了飞行速度对飞行参数的影响;研究了该情况下的优化变量、约束条件及适应度设置方法;基于人工蜂群算法(ABC)和遗传算法(GA)构建了该情况下的飞行参数优化模型;运用MATLAB编程实现了优化算法,选取A330飞机对这两种算法进行有效性验证和对比测试,结果表明两种算法均能对所提问题进行有效优化求解,其中GA优化性能较优;对飞行参数优化结果的不同影响因素进行了测试和分析。最后将单航路点约束运行下的模型构建方法和优化求解方法推广至多航路点协同约束运行的优化中,通过分析多航路点协同约束下的飞机进场轨迹特点,构建了该情况下进场过程的数学模型,分析了飞行速度和飞行高度对优化目标的影响;基于GA构建了该情况下飞行参数优化求解模型并运用MATLAB编程实现;在该情况下对优化模型进行了有效性验证,并对不同影响因素下的优化结果进行测试和分析。提出的飞行参数优化模型能够对不同情况下的飞行参数进行有效优化,优化精度高于0.03%。飞机质量、适应度权重、约束条件以及风均会影响优化结果。该模型能够权衡油耗和全球总升温之间的关系。优化所得飞行参数对空管基于航迹运行和航空公司经济绿色运行有较大指导意义。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V323
【图文】：

图 3-2 目标函数和飞行参数随 的变化规律由图 3-2（a）（b）可知，随着表速IV 的增加，油耗 F 和全球总增温ET 均呈现先减小后增大的趋势，但是F 最小值对应IV 251 kt， 最小值对应IV 278 kt，由于这两个表速的不同，因此 和 之间的权衡是有意义的；由图（c）可知，随着IV 的增加2CO 排放量先减小后增加，NOx排放量一直增加；由图（d）， 增加使得飞行时间减小，符合运动学原理。油耗最小和全球总增温最小值所对应的表速不同，这使得油耗和全球总增温之间的权衡有意义。表 3-1 为油耗最小和全球总增温最小值所对应的参数。表 3-1 油耗最小和全球总增温最小值所对应的参数取值条件IV /kt F /kgET /×10-12℃NOxE/g2COE/g最小 251 1 519.417 8 6.377 158 30.75 9 572最小 278 1 546.529 5 6.305 523 34.93 9 743

中国民航大学硕士学位论文1 可知油耗和全球总增温的数量级相差很大。设置参考油耗和，当IV 251 kt时， F 1 519. 4 kg为最小值，此时12ET6.377 10 情况，即取s,rF 1 519.4 kg，12s,E,rT6.377 10 ℃。度对飞行轨迹的影响如图 3-3 所示，表速IV 步长为 20kt。由图陡，平飞距离越长。

分别为 194 kt、346 kt。上两步骤可以确定的表速变化范围为：194 kt~330 kt。最后确定最小表速，方法如下：根据式 2.4，计算出飞机在不同表速下的升力系数、阻力系数和按照文献[19]方法计算不同速度下的最大巡航推力cruise maxT(N)大：cruise max max climbT 0.95 T考虑起飞阶段、爬升阶段和进近着陆阶段，最大推力为cruise maxT，在平飞巡航过程中，发动机推力应确保飞机至少具备一定的爬升 300 ft/min（约 1.5m/s）。将上述步骤（3.1）、（3.2）计算所得推计算出不同速度下的爬升率如下图所示：

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本文编号：2785127