风影响下航空器多目标最优控制航迹优化方法

风影响下的四维航迹优化问题约束复杂,多目标四维航迹优化模型难以求解。基于最优控制方法研究固定水平航路下考虑风影响的航迹垂直剖面多目标优化问题的建模和求解。以飞行时间和飞行油耗最小化为双目标建立航迹最优控制模型;设计了梯形配点结合ε-约束方法的模型求解方法,并针对按高度层飞行场景下的航迹优化提出两阶段求解方法;建立了四维航迹仿真模型用于对轨迹优化效果的仿真验证;选用长航线实际飞行计划数据作为算例进行算法性能分析,并区分自由高度飞行和按高度层飞行2种场景进行航迹优化效果验证。实验结果表明:所提模型和所提方法相比其他2种常用算法能获得更优的Pareto前沿解,按高度层飞行场景下采用所提方法能获得更优的前沿解;自由高度飞行和按高度层飞行2种场景下求得的前沿解中最小燃油耗航迹分别比飞行计划仿真航迹的油耗降低了6.33%和5.94%,最短飞行时间航迹分别比飞行计划仿真航迹的飞行时间降低了10.16%和10.01%。

基于改进模拟退火的航空器起飞质量估算方法

航空器起飞质量作为航空器性能的重要参数,对于提高离场轨迹预测精度具有显著效果。考虑到质量参数属于航空公司商业运营数据,难以通过公开渠道获得,提出一种基于历史轨迹数据的航空器起飞质量估算方法。利用航空器的全能量方程,考虑风的影响,根据航空器性能数据库(BADA)性能模型建立航空器起飞质量迭代模型,将禁忌搜索算法中的禁忌表功能引入模拟退火算法,应用改进算法对模型进行高效求解。以典型样本航班为例,估算起飞质量与真实质量的相对误差为2.91%;与BADA参考质量相比,采用估算起飞质量进行轨迹预测时精度得到了有效提高;对15种机型、26 724个航班进行起飞质量估算,所有航班估算质量的平均相对误差值为3.45%,占比97.67%的航班估算质量相对误差绝对值在10%以内。可见,所建立的航空器起飞质量估算方法可适用于大批量航班,为高精度轨迹仿真与预测工作提供了技术支撑。