【摘要】：多航路點(diǎn)協(xié)同約束下的飛行參數(shù)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)基于航跡運(yùn)行下節(jié)油、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù),它要求飛機(jī)在實(shí)際飛行過程中滿足空中交通管制發(fā)布的多航路點(diǎn)協(xié)同約束指令。在保證飛行安全運(yùn)行的前提下,如何在實(shí)現(xiàn)多航路點(diǎn)協(xié)同約束下節(jié)油飛行的同時(shí)減小發(fā)動機(jī)排放引起的全球總增溫是民航業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問題。為了解決上述問題,研究了飛機(jī)進(jìn)場過程中的飛行參數(shù)優(yōu)化方法。首先依據(jù)基礎(chǔ)飛機(jī)性能數(shù)據(jù)模型和運(yùn)動學(xué)原理建立了飛行參數(shù)計(jì)算模型;依據(jù)發(fā)動機(jī)排放對溫室效應(yīng)的影響研究了全球總增溫計(jì)算方法。然后針對單航路點(diǎn)約束的情況進(jìn)行研究,通過分析飛機(jī)實(shí)際進(jìn)場軌跡特點(diǎn),運(yùn)用微元法構(gòu)建了該情況下進(jìn)場過程的數(shù)學(xué)模型,分析了飛行速度對飛行參數(shù)的影響;研究了該情況下的優(yōu)化變量、約束條件及適應(yīng)度設(shè)置方法;基于人工蜂群算法(ABC)和遺傳算法(GA)構(gòu)建了該情況下的飛行參數(shù)優(yōu)化模型;運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化算法,選取A330飛機(jī)對這兩種算法進(jìn)行有效性驗(yàn)證和對比測試,結(jié)果表明兩種算法均能對所提問題進(jìn)行有效優(yōu)化求解,其中GA優(yōu)化性能較優(yōu);對飛行參數(shù)優(yōu)化結(jié)果的不同影響因素進(jìn)行了測試和分析。最后將單航路點(diǎn)約束運(yùn)行下的模型構(gòu)建方法和優(yōu)化求解方法推廣至多航路點(diǎn)協(xié)同約束運(yùn)行的優(yōu)化中,通過分析多航路點(diǎn)協(xié)同約束下的飛機(jī)進(jìn)場軌跡特點(diǎn),構(gòu)建了該情況下進(jìn)場過程的數(shù)學(xué)模型,分析了飛行速度和飛行高度對優(yōu)化目標(biāo)的影響;基于GA構(gòu)建了該情況下飛行參數(shù)優(yōu)化求解模型并運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn);在該情況下對優(yōu)化模型進(jìn)行了有效性驗(yàn)證,并對不同影響因素下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行測試和分析。提出的飛行參數(shù)優(yōu)化模型能夠?qū)Σ煌闆r下的飛行參數(shù)進(jìn)行有效優(yōu)化,優(yōu)化精度高于0.03%。飛機(jī)質(zhì)量、適應(yīng)度權(quán)重、約束條件以及風(fēng)均會影響優(yōu)化結(jié)果。該模型能夠權(quán)衡油耗和全球總升溫之間的關(guān)系。優(yōu)化所得飛行參數(shù)對空管基于航跡運(yùn)行和航空公司經(jīng)濟(jì)綠色運(yùn)行有較大指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V323
【圖文】：

圖 3-2 目標(biāo)函數(shù)和飛行參數(shù)隨 的變化規(guī)律由圖 3-2（a）（b）可知，隨著表速IV 的增加，油耗 F 和全球總增溫ET 均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，但是F 最小值對應(yīng)IV 251 kt， 最小值對應(yīng)IV 278 kt，由于這兩個(gè)表速的不同，因此 和 之間的權(quán)衡是有意義的；由圖（c）可知，隨著IV 的增加2CO 排放量先減小后增加，NOx排放量一直增加；由圖（d）， 增加使得飛行時(shí)間減小，符合運(yùn)動學(xué)原理。油耗最小和全球總增溫最小值所對應(yīng)的表速不同，這使得油耗和全球總增溫之間的權(quán)衡有意義。表 3-1 為油耗最小和全球總增溫最小值所對應(yīng)的參數(shù)。表 3-1 油耗最小和全球總增溫最小值所對應(yīng)的參數(shù)取值條件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

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文1 可知油耗和全球總增溫的數(shù)量級相差很大。設(shè)置參考油耗和，當(dāng)IV 251 kt時(shí)， F 1 519. 4 kg為最小值，此時(shí)12ET6.377 10 情況，即取s,rF 1 519.4 kg，12s,E,rT6.377 10 ℃。度對飛行軌跡的影響如圖 3-3 所示，表速IV 步長為 20kt。由圖陡，平飛距離越長。

分別為 194 kt、346 kt。上兩步驟可以確定的表速變化范圍為：194 kt~330 kt。最后確定最小表速，方法如下：根據(jù)式 2.4，計(jì)算出飛機(jī)在不同表速下的升力系數(shù)、阻力系數(shù)和按照文獻(xiàn)[19]方法計(jì)算不同速度下的最大巡航推力cruise maxT(N)大：cruise max max climbT 0.95 T考慮起飛階段、爬升階段和進(jìn)近著陸階段，最大推力為cruise maxT，在平飛巡航過程中，發(fā)動機(jī)推力應(yīng)確保飛機(jī)至少具備一定的爬升 300 ft/min（約 1.5m/s）。將上述步驟（3.1）、（3.2）計(jì)算所得推計(jì)算出不同速度下的爬升率如下圖所示：

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本文編號：2785127