飛行程序運行評估的理論方法及仿真應用研究.pdf

1、飛行程序是以保障終端區(qū)內的交通安全與提高運行效率為目標，對進離場航線及其網絡所進行的科學規(guī)劃和合理設計工作。飛行程序是重要的空域資源，是空域規(guī)劃、空中交通運行和機場建設的基本依據。同時，基于程序的運行也是未來航空運輸系統(tǒng)的重要技術發(fā)展趨勢。飛行程序運行評估是對飛行程序設計方案和運行效果進行審核、評價與認證的工作，是保證飛行程序科學性、可行性的必要環(huán)節(jié)。但是，目前尚缺乏完整、有效的飛行程序運行評估的理論模型與技術方法。
　　本論文深

2、入地剖析了飛行程序運行評估問題的概念和內涵，總結了有關方面的最新研究成果，創(chuàng)新性地提出了由安全風險、經濟效率、管制適用性和環(huán)境影響4個方面組成的飛行程序運行評估理論體系，構建了結合飛行動力學和飛行運動學的動態(tài)航跡運行模型，并以此為基礎研發(fā)了功能較完備的飛行程序運行仿真與評估平臺。
　　首先，從多側面、多階段和多層次對飛行程序運行安全風險展開系統(tǒng)地研究。安全風險主要包括飛行過程中的近地風險和空中交通沖突風險兩個側面。其中，近地風險又

3、包括兩個階段，第一階段針對離場飛行程序以及進進飛行程序的進場、起始和中間進近階段，建立了航空器運行過程中穿透超障高度的累積概率模型;第二階段針對儀表著陸系統(tǒng)進近過程，分析了航空器與具有不同位置關系的多個建筑物間的總體碰撞概率。沖突風險從宏觀和微觀兩個層次對多航空器運行中因爭搶時空資源而發(fā)生交通沖突的現象展開研究。從預測飛行程序運行沖突的總體狀態(tài)角度出發(fā)，應用隨機過程方法，計算面向交叉/匯聚交通流沖突頻次的數學期望及方差，推導出宏觀沖突風

4、險模型。從沖突發(fā)展演化過程的角度出發(fā)，提出了面向微觀沖突分析，計算沖突嚴重度、沖突強度和累積沖突風險的三個模型。最后進行了算例仿真，并對結果進行了分析。
　　飛行程序運行的經濟性分析，在于研究發(fā)現飛行程序經濟性提升的潛在空間和優(yōu)化方向。結合航空器運動模型、飛行成本指數和燃油消耗模型，創(chuàng)新性地提出了飛行程序運行成本的概念及其計算模型，提出了具體空域條件下的受限運行航跡和基準運行航跡的概念。在直接運行航跡基礎上，利用連續(xù)下降進近/連續(xù)

5、爬升離場運行模式，應用四階龍格庫塔方法，以飛行成本最小化為目標，對直接運行航跡的垂直剖面進行優(yōu)化，并擬合為基準運行航跡。分別計算了基準運行成本和受限運行成本，將兩者的偏差作為飛行程序運行的經濟效率評估指標，并進行了算例分析。
　　飛行程序運行的管制適用性，是本論文飛行程序運行評估中的一個創(chuàng)新內容。在對航跡數據進行特征分析的基礎上，建立了基于軌跡點比對與交換的航跡相似性度量方法，使用分層數據聚類法對航跡數據集進行航跡聚類分析，研究了

6、航跡聚類集的平均飛行航跡構建方法;提出了飛行程序運行管制適用性的評價指標和測度方法，包括:縱向偏離度、側向偏離度以及非常規(guī)航跡比例的概念及計算等，并進行了算例分析。
　　飛行程序運行造成的環(huán)境影響，包括噪聲影響和氣體排放影響。針對噪聲影響評價，分析了幾種常用的噪聲評價量模型及其標準。針對我國機場噪聲評價指標體系的不足，提出了適用于飛行程序運行噪聲影響分析的評價量及其限值。建立了符合飛行階段特征的航跡分段模型，提出應用狀態(tài)矩陣和控制

7、矩陣準確表示飛行程序的數學方法?；谀：碚摻⒘嗽肼曈绊憽w行成本和導航約束的滿意度評價函數，提出了應用3種啟發(fā)式搜索規(guī)則和動態(tài)臨域搜索方法的改進模擬退火算法，并進行了算例分析。根據具體機型的飛行程序運行仿真數據，針對國際民航組織排放指數模型的不足，提出了一種能較準確計算碳氫化合物、二氧化碳和氮氧化合物排放量的修正改進模型，并采用類似于經濟效率評價的比對法，用排放效率指標來分析飛行程序運行的氣體排放效率。
　　最后，研究了飛行程

8、序運行仿真與評估平臺的體系架構，重點闡述了飛行程序運行仿真計算引擎和飛行程序運行分析與評價子系統(tǒng);總結了有關理論研究成果，建立了飛行程序運行評估的指標體系;并以一個實際的終端區(qū)為例，在仿真平臺上進行了仿真驗證。
　　本論文對儀表飛行程序運行評估的理論方法進行了比較全面、系統(tǒng)與深入的研究，所建立的評價指標及其測度模型具有較強的針對性和可操作性，并研發(fā)了相應的仿真評估平臺。本論文的研究工作不僅完善了飛行程序運行評估的理論與方法，也彌補