Erweiterung eines Trajektorienrechners zur Nutzung meteorologischer Daten für die Optimierung von Flugzeugtrajektorien

Abstract

Das Fliegen wird maßgeblich durch die Wind- und Wettersituation entlang des Flugweges beeinflusst. Vor diesem Hintergrund wurde das Trajectory Calculation Module (TCM) – ein bestehendes Werkzeug zur Simulation von Flugtrajektorien – dahingehend erweitert, dass im Zuge der Trajektoriensimulation anstelle von Standardatmosphären-Bedingungen auch reale atmosphärische Bedingungen miteinbezogen werden können. Hierfür wurden insbesondere eine Flughöhen- sowie eine Fluggeschwindigkeitsregelung integriert, die die Einhaltung typischer Flugphasenrandbedingungen auch unter von der Standardatmosphäre abweichenden meteorologischen Bedingungen gewährleisten. Die Wirkung horizontaler Winde wurde zudem durch deren Superposition mit der Fluggeschwindigkeit gegenüber der Luft erfasst. Ferner wurde für die laterale Optimierung von Flugrouten unter Windeinfluss ein Algorithmus auf Basis von Prinzipien der Optimalsteuerungstheorie entwickelt. Das zu minimierende Kostenfunktional wurde so gewählt, dass sowohl die Flugzeit als auch der Einfluss einer ortsabhängigen Straffunktion Berücksichtigung finden können. Als Anwendungsfall wurden Klimakostenfunktionen, die die Sensitivität der Klimawirkung gegenüber der Emission von Schadstoffen als Funktion des Ortes beschreiben, als Straffunktion in das Kostenfunktional der Optimierung integriert. Auf dieser Grundlage wurde anhand einer exemplarischen Flugroute untersucht, inwieweit sich die durch den Flug verursachte Klimawirkung vermindern ließe, wenn eine erhöhte Flugzeit in Kauf genommen würde.