Optimization of the vertical flight profile on the flight management system for green aircraft

Félix Patrón, Robert Salvador (2014). Optimization of the vertical flight profile on the flight management system for green aircraft. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

To reduce aircraft’s fuel consumption, a new method to calculate flight trajectories to be implemented in commercial Flight Management Systems has been developed. The aircraft’s model was obtained from a flight performance database, which included experimental flight data. The optimized trajectories for three different commercial aircraft have been analyzed and developed in this thesis.

To obtain the optimal flight trajectory that reduces the global flight cost, the vertical and the LNAV profiles have been studied and analyzed to find the aircraft’s available speeds, possible flight altitudes and alternative horizontal trajectories that could reduce the global fuel consumption. A dynamic weather model has been implemented to improve the precision of the algorithm. This weather model calculates the speed and direction of wind, and the outside air temperature from a public weather database.

To reduce the calculation time, different time-optimization algorithms have been implemented, such as the Golden Section search method, and different types of genetic algorithms. The optimization algorithm calculates the aircraft trajectory considering the departure and arrival airport coordinates, the aircraft parameters, the in-flight restrictions such as speeds, altitudes and WPs. The final output is given in terms of the flight time, fuel consumption and global flight cost of the complete flight.

To validate the optimization algorithm results, the software FlightSIM® has been used. This software considers a complete aircraft aerodynamic model for its simulations, giving results that are accurate and very close to reality.

Titre traduit

Optimisation du profil vertical de vol dans les systèmes de gestion de vol pour les avions verts

Résumé traduit

Une nouvelle méthode pour calculer des trajectoires de vol pouvant être implémentée dans un système de gestion de vol a été développée pour réduire la consommation de carburant des avions. Le modèle des avions a été obtenu à partir d’une base de données de performances, composée de données expérimentales de vol. Cette thèse présente l’analyse et le développement de trajectoires optimisées pour trois types d’avions commerciaux.

Afin d’obtenir la trajectoire de vol optimale réduisant le coût global du vol, les profils vertical et latéral de navigation ont été étudiés. Une analyse complète des vitesses disponibles a été effectuée, ainsi qu’une analyse des altitudes de vol possibles et des trajectoires horizontales alternatives qui peuvent aider à réduire la consommation globale de carburant. Un modèle dynamique de la météo a été implémenté afin d’améliorer la précision de l’algorithme. Ce modèle de la météo calcule la direction et la vitesse du vent, ainsi que la température de l’air à partir d’une base de données publique.

Dans le but de réduire le temps de calcul, différents algorithmes d’optimisation ont été implémentés, tels que la méthode de la section d’or ainsi que différents types d’algorithmes génétiques. Les algorithmes d’optimisation calculent la trajectoire de l’avion en considérant les coordonnées des aéroports de départ et d’arrivée, les paramètres de l’avion, et les restrictions pendant le vol comme la vitesse, l’altitude et les points de cheminement. Le résultat global de l’algorithme est donné en termes de temps de vol, carburant consommé et coût global de vol pour un vol complet.

Le logiciel FlightSIM® a été utilisé pour valider les résultats obtenus par les algorithmes d’optimisation. Ce logiciel considère un modèle aérodynamique complet des avions, ce qui produit des résultats précis et très proches de la réalité.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement [i.e. fulfillment] of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 135-142.
Mots-clés libres:	Optimisation des trajectoires. Avions Trajectoires. Avions Carburants Consommation Aspect de l'environnement. Vol Coût Contrôle. gestion, profil, système, vertical
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Botez, Ruxandra
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	01 avr. 2015 16:26
Dernière modification:	10 déc. 2016 16:29
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1439

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