[发明专利]一种运输机飞行轨迹优化方法

说明书

本发明实施例公开了一种运输机飞行轨迹优化方法，涉及运输机技术领域，能够基于直接运营成本与排放量对运输机全航程飞行轨迹优化，也可以对当前的阶梯分段飞行轨迹全航程或部分航段进行优化。本发明包括：读取运输机样本，从所述运输机样本中提取当前的飞行环境下的所述运输机的初始飞行轨迹和设计变量参数，并建立计算模型；根据所建立的计算模型，计算得到所述运输机的直接运营成本(DOC)和排放量；检测所述初始飞行轨迹是否满足收敛直接运营和条件；若判定不符合所述收敛直接运营条件，则通过优化算法对飞行轨迹进行优化。本发明适用于运输机飞行轨迹优化。

技术领域

本发明涉及运输机技术领域，尤其涉及一种运输机飞行轨迹优化方法。

背景技术

随着航空运输业的飞速发展，空中交通变得日益繁忙和拥挤，班机晚点、机场上空排队等待等问题，严重影响着航空公司的运营成本，也危及飞行安全。近年来，业内提出了《下一代航空运输系统》(Next Generation Air Transportation System,简称NGATS，后来更名为NextGen)，其核心在于通过优化当前运输机的飞行轨迹来改善飞行的安全性、经济性、环保性。现在运输机的航线任务剖面被严格的划分为类似阶梯状的许多小航段，而基于NextGen的高效管理，未来运输机的航线任务剖面将是连续的，如图1所示。相比较于现行的飞行管理系统，可以通过规划飞行轨迹降低油耗和排放、减小直接运行成本及缩短飞行时间，对于NextGen航空运输系统，飞行器轨迹优化的用途将显得更加重要。目前，业内主要研究的民航运输机轨迹优化方法，着重点在于考虑温室气体排放量等问题。但是，在实际应用中，进行轨迹优化所需同时考虑的因素还有很多，因此目前的大多数的优化方法主要还是偏向于理论研究方面，能够根据实际情况综合诸多因素的优化方案不多，因此也限制了基于NextGen的民航运输机轨迹优化方案的可应用范围。

发明内容

本发明实施例提供一种运输机飞行轨迹优化方法，基于多目标的优化理念，根据给定的运输机和发动机特性，及运输机的飞行范围，优化出兼顾经济性和排放量的民航运输机飞行轨迹。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种运输机飞行轨迹优化方法，包括：

读取运输机样本，从所述运输机样本中提取当前的飞行环境下的所述运输机的初始飞行轨迹和设计变量参数，并建立计算模型，所述计算模型包括：运输机动力学模型、运输机气动特性模型、发动机动力和燃油模型和大气数据模型，所述运输机样本包括：所述运输机在至少一种飞行环境下的初始飞行轨迹和设计变量参数；

根据所建立的计算模型，计算得到所述运输机的直接运营成本(DOC)和排放量；

检测所述初始飞行轨迹是否满足收敛直接运营和条件，所述收敛条件包括：所述运输机的直接运营成本向成本最低值收敛至指定的成本程度，和所述运输机的排放量向排放量最低值收敛至指定的排放量程度；

若判定不符合所述收敛直接运营条件，则通过优化算法对飞行轨迹进行优化。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述运输机动力学模型，包括：

其中，h表示高度，v表示速度，r表示航程，γ表示航迹倾角，m表示质量；为h，v，γ，m对时间的导数，g是重力加速度；

所述运输机气动特性模型包括：

L＝C_LqS

D＝C_DqS