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Algorithme d'optimisation du profil vertical pour un segment de vol en croisière avec une contrainte d'heure d'arrivée requise

Dancila, Radu Ioan (2013). Algorithme d'optimisation du profil vertical pour un segment de vol en croisière avec une contrainte d'heure d'arrivée requise. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire présente le développement d'un algorithme qui détermine le profil optimal de navigation verticale (VNAV) pour un segment de vol en croisière, au long d'un profil donné de navigation latérale (LNAV), ayant une contrainte d'heure d'arrivée requise (RTA). L'algorithme est destiné à être implémenté dans un Système de Gestion de Vol (FMS) en tant que nouvelle fonctionnalité offrant des informations consultatives sur le profil optimal de VNAV. L'objectif de l'optimisation est la minimisation du coût total associé au vol sur le segment de croisière alors que l'heure d'arrivée à la fin du segment se trouve dans un intervalle de temps imposé. Pour les profils verticaux de navigation ayant l'heure d'arrivée dans les limites imposées le degré de réalisation de la contrainte de RTA est quantifié par un coût proportionnel à la valeur absolue de la différence entre l'heure d'arrivée réelle et la RTA.

Les profils de VNAV évalués dans ce mémoire sont caractérisés par des altitudes identiques au début et à la fin du profil, ils contiennent au maximum un pas d'altitude relatif à l'altitude au point de début du profil et le vol est réalisé à une vitesse constante. Les segments d'accélération et de décélération ne sont pas pris en compte. Les gammes d'altitudes et de vitesses à utiliser pour les profils de VNAV sont fournies comme des paramètres à l'appel de l'algorithme.

L'algorithme présenté dans ce mémoire est développé en MATLAB. À chaque altitude, dans la gamme d'altitudes à utiliser pour les profils de VNAV, une recherche binaire est effectué pour identifier le domaine de vitesses qui rendent une heure d'arrivée compatible avec la contrainte de RTA et le profil ayant le coût total minimal est retenu.

Les paramétrés de performance qui déterminent le coût total pour le vol au long d'un profil de VNAV, la consommation de combustible et le temps de vol, sont calculés à partir des tableaux de performance et de la configuration de l'avion, de son profil de montée et de descente, de l'altitude initiale au début du profil VNAV, des profils de VNAV et de LNAV, et des conditions atmosphériques. Ces calculs ont été validés avec des données générées par une plate-forme FMS produite par CMC Electronics - Esterline pour un avion Airbus A310.

Les performances de l'algorithme ont été évaluées avec deux modèles d'avion, l'Airbus A310 et le Sukhoi RRJ, trois profils de LNAV et trois profils de vents.

Titre traduit

Vertical navigation profile optimisation algorithm for a cruise flight segment with a required time of arrival constraint

Résumé traduit

This thesis presents the development of an algorithm that determines the optimal vertical navigation (VNAV) profile for an aircraft flying a cruise segment, along a given lateral navigation (LNAV) profile, with a required time of arrival (RTA) constraint. The algorithm is intended for implementation into a Flight Management System (FMS) as a new feature that gives advisory information regarding the optimal VNAV profile. The optimization objective is to minimize the total cost associated with flying the cruise segment while arriving at the end of the segment within an imposed time window. For the vertical navigation profiles yielding a time of arrival within the imposed limits, the degree of fulfillment of the RTA constraint is quantified by a cost proportional with the absolute value of the difference between the actual time of arrival and the RTA.

The VNAV profiles evaluated in this thesis are characterized by identical altitudes at the beginning and at the end of the profile, they have no more than one step altitude and are flown at constant speed. The acceleration and deceleration segments are not taken into account. The altitude and speed ranges to be used for the VNAV profiles are specified as input parameters for the algorithm.

The algorithm described in this thesis is developed in MATLAB. At each altitude, in the range of altitudes considered for the VNAV profiles, a binary search is performed in order to identify the speed interval that yields a time of arrival compatible with the RTA constraint and the profile that produces a minimum total cost is retained.

The performance parameters that determine the total cost for flying a particular VNAV profile, the fuel burn and the flight time, are calculated based on the aircraft's specific performance data and configuration, climb/descent profile, the altitude at the beginning of the VNAV profile, the VNAV and LNAV profiles and the atmospheric conditions. These calculations were validated using data generated by a FMS platform produced by CMC Electronics - Esterline for an Airbus A310 aircraft model.

The performance of the algorithm was evaluated using two aircraft models, Airbus A310 and Sukhoi RRJ, three LNAV profiles and three wind profiles.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie. Bibliographie : pages 181-183.
Mots-clés libres: Vol. Navigation (Aéronautique). Optimisation sous contraintes. Algorithmes optimaux. arrivée, croisière, gestion, profil, vertical,système de gestion de vol, profil optimal de navigation, segment de croisière, heure d'arrivée requise
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Botez, Ruxandra
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 12 nov. 2013 16:56
Dernière modification: 08 mars 2017 22:20
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1215

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