Contributions to the optimization of terminal maneuvering areas through continuous climb operations
- Autores: Manuel Villegas Díaz
- Directores de la Tesis: Víctor Fernando Gómez Comendador (dir. tes.), Javier García-Heras Carretero (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Pérez Sanz (presid.), Javier Alberto Pérez Castán (secret.), Manuel Fernando Soler Arnedo (voc.), Daniel González Arribas (voc.), Francisco Javier Sáez Nieto (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Aeroespacial por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
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- Resumen
El principal objetivo de esta investigación es obtener una comprensión más detallada de las mejoras que aporta la optimización de los procedimientos de despegue, en base a las características de las Operaciones de Ascenso Continuo (CCO, por sus siglas en inglés) dentro de un Área de Maniobra Terminal (TMA, por sus siglas en inglés). En el trabajo inicial se han realizado estudios de optimización para una aeronave de largo alcance y fuselaje ancho. Los resultados se basan en la ventaja que ofrece el análisis directo de los datos reales de datos de vuelo (FDR, por sus siglas en inglés) en comparación con los datos simulados que se han obtenido mediante el uso de polinomios ortogonales de Chebyshev, junto con las reglas de integración de tipo Gauss. En este trabajo, el cálculo de trayectorias optimizadas tiene el objetivo de reducir los aspectos ambientales negativos de la aviación civil en áreas urbanizadas alrededor de los aeropuertos, así como la mejora de la eficiencia de los costes operativos. La optimización de trayectoria centrada en factores múltiples no solo se aplica a factores ambientales tales como el consumo de combustible y los impactos de ruido, sino que además están limitados por las restricciones operativas del Control de Tránsito Aéreo (ATC, por sus siglas en inglés) para un escenario real. El problema de mejora, que se ha abordado a través de un proceso de optimización de múltiples factores conforme a los principios operacionales de las CCOs mediante un método pseudoespectral de Chebyshev-Gauss-Lobatto (CGL), se basa en métodos numéricos que confirman los beneficios en términos de consumo de combustible y emisiones de ruido. Por lo tanto, este estudio inicial promueve la necesidad de investigar, no solo la implementación de un CCO que es generalmente asumido como una salida de ascenso ininterrumpida, sino un CCO óptimo.
La realización de CCO permite la reducción de la huella ambiental y la mejora de la eficiencia de la trayectoria cuando se opera individualmente. Sin embargo, su operación puede afectar negativamente la eficiencia operativa general en los TMAs. La estimación de la capacidad es de gran importancia para la planificación aeroportuaria y el análisis de los efectos de la capacidad de esta técnica operativa para un determinado escenario ayudará a evaluar su aplicabilidad. Como parte de esta investigación, también se evaluó operativamente la capacidad de la pista de salida en un aeropuerto en particular cuando se introducen los CCO. Las trayectorias consideradas consistían en CCO óptimos basados en la teoría de control óptima, utilizando el método numérico directo pseudoespectral que se obtienen como parte de los estudios previos. Los escenarios permitieron abordar las variaciones incrementales de los CCO conforme a las salidas convencionales para cada escenario, gracias a simulaciones de tiempo acelerado, con el objetivo de evaluar los efectos en las operaciones.
Los programas internacionales de investigación de ATM en todo el mundo están realizando un esfuerzo significativo para obtener soluciones innovadoras para la modernización de la gestión del tráfico aéreo. Sin embargo, estos catálogos de soluciones ATM se centran generalmente en una implementación individual. Como consecuencia, hay incógnitas que permanecen sin resolver desde un punto de vista operativo cuando se aplican simultáneamente más de una de estas soluciones para un mismo escenario. Como parte de esta investigación, se prevé realizar una evaluación de las implicaciones que se dan al aplicar dos de las prioridades ATM más relevantes que tienen como objetivo mejorar la eficiencia, la previsibilidad y rentabilidad de las operaciones en los alrededores de los aeropuertos. En particular, las soluciones innovadoras consideradas para este análisis son la toma de decisiones colaborativas aeroportuarias (ACDM, por sus siglas en inglés) y las CCO. En el trabajo se propone un modelo de control óptimo para minimizar los retrasos de salida de una combinación de aeronaves de despegue, considerando el rendimiento de los CCO óptimos y utilizando el método numérico directo pseudopectral. En lugar de tratar únicamente con la secuencia en la pista, este trabajo se centra en aspectos de la secuencia de salida, abordando el problema con la consideración de segmentos de vuelo convencionales y trayectorias verticales de despegue óptimas.