[发明专利]飞机质量变化的巡航阶段燃油消耗预测方法

说明书

本发明公开一种飞行质量变化的巡航阶段燃油消耗预测方法，包括如下步骤：步骤1，考虑质量变化及侧风的影响，构建巡航阶段燃油消耗模型；步骤2，针对步骤1构建的模型，建立目标函数和约束条件；步骤3，求解目标函数的最优解，得到各个质量下最优燃油里程以及所对应的最佳巡航高度和最大巡航马赫数。此种预测方法可建立基于航空器质量变化的巡航油耗预测模型，并通过该模型，通过优化计算，确定出不同航空器质量的最大燃油里程所对应的最佳巡航高度和最佳巡航速度。

技术领域

本发明涉及一种飞机质量变化的巡航阶段燃油消耗预测方法。

背景技术

随着航空运输的迅猛发展，据预测在下一个15年，空中交通量将翻倍[1]。而燃油价格的上涨和环境政策的限制，决定了航空器节约燃油消耗问题成为空管和签派的管理者和研究者关注的热点问题。据国际航空运输协会(International Air TransportAssociation，IATA)报道[2]，飞机的燃油成本已经占到航空公司运营成本的35％以上，上升至航空公司主营业务成本中的第一位，大大压缩了航空公司的效益空间，航空公司面临巨大的生存压力。IATA[2]和国际民航组织[3]都提出了提高航班燃油效率的远期目标。目前，航空公司纷纷将降低燃油消耗的目光集中于精确预测飞机燃油加载量，避免“油烧油”的现象，从而减少航线耗油，提高燃油使用效率。大型民航客机在中远距离航程中，对于长航程的飞行，巡航飞行阶段燃油消耗量所占整个全程飞行油耗量的比例较大。因此，建立准确的巡航飞行阶段燃油消耗预测模型，实现精确控制燃油加载量，对于提高航空公司运营效益，降低燃油排放具有重要意义。

巡航阶段影响燃油消耗准确预测的诸多因素中，飞机性能和飞行侧风是两个重要因素。在侧风对于燃油消耗的影响方面：Vazquez and Rivas[4]研究了在风的不确定性下，通过非线性方法加入随机变量，确定巡航阶段燃油质量变化，并与蒙特卡洛方法进行对比，表明该方法在计算时间上有很大优势，但是本研究中所用到的风的概率密度函数为常见的均匀分布以及β分布，而非来自真实风数据，导致计算结果存在误差。Franco and Rivas[5]分析了在有强风的情况下在恒定高度巡航的最低成本问题，包括到达延误成本，考虑到一般的不稳定问题，包含飞机质量在变化的影响，并且对巡航高度没有任何限制。该研究分析了达到最低成本的最佳轨迹，即速度与飞机质量的函数关系，但是未针对侧风这一因素对燃油成本的影响进行分析。Assaad and Bil[6]通过考虑侧风的影响优化空中交通流来减少燃油消耗。但是本研究只考虑了顺风的影响，忽略了逆风，不适用于实际应用。Jensenand John Hansman[7]等对200000次历史飞行记录进行分析，计算飞行所经历的实际风速和温度，生成各种最佳高度轮廓并与飞行基线进行比较，提出通过优化巡航高度和速度来给定固定的横向路线，从而减少燃油消耗的经济和环境影响，但是未考虑到航空器质量的变化对燃油消耗的影响。Svensson et al[8]重新优化和比较两种等效的中程飞机，一种煤油燃料和一种LH2燃料，从环境的角度来降低巡航高度。通过降低巡航高度，可以降低对全球变暖的贡献，同时减少燃料消耗和排放，但是研究中仅考虑巡航高度对油耗的影响，忽略飞行马赫数的影响。Franco et al[9]等基于概率转换方法，开发了概率轨迹预测器，通过输入巡航段的平均地面速度的概率密度函数，可输出飞行时间和燃料消耗的概率密度函数，解决了受风不确定性影响的飞机轨迹预测问题，但是未考虑到巡航过程中飞机质量变化对飞行时间以及燃料消耗的影响。