浅析基于数据挖掘的巡航阶段燃油消耗计算方法

针对QAR数据获取难度大以及缺乏适用于巡航阶段燃油消耗估算方法的问题,本文提出了一种基于航迹数据和BADA数据库的巡航阶段油耗计算方法。首先,采用数据挖掘对QAR数据进行预处理,并完成上升、平飞及下降3种飞行状态的识别;其次,基于BADA数据库根据飞行状态建立油耗测算模型,从而构建巡航阶段的燃油消耗模型;最后,对理论油耗与实际油耗进行误差分析,相对误差控制在10%以内,均方误差为7%,拟合度为0.9112。该结果表明,本文提出的基于BADA的油耗测算方法具有较高的精度,与QAR记录的实际油耗数相近,证实了该模型的可行性与可靠性。

FMS巡航阶段的垂直轨迹预测算法及应用

飞机的飞行过程涉及多个垂直飞行阶段,巡航阶段占了绝大部分的飞行时间、飞行距离及燃油消耗,研究飞行管理系统(FMS)巡航阶段的垂直轨迹预测算法,对于提升飞行的经济性、舒适性、安全性是非常重要和必要的。为了满足不同类型飞机巡航阶段垂直轨迹预测算法的通用性,提高垂直轨迹预测的精确度和可信度,提出一种适用于巡航阶段的垂直轨迹预测算法。首先,通过计算巡航阶段的速度剖面,并构建预测过程中更加符合实际的大气模型;然后基于第一性原理(第一法则)的飞机模型计算所需的巡航燃油流量数据,通过设计的巡航阶段垂直轨迹预测算法逻辑,给出巡航阶段预测的垂直轨迹;最后通过地面仿真试验和空中试飞验证算法的有效性与准确性。结果表明:本文提出的基于第一性原理飞机模型的FMS巡航阶段垂直轨迹预测算法能够预测飞机的巡航轨迹,且预测精度误差低于1%。

航空器巡航阶段空气污染的排放和扩散

为了探索航空器巡航阶段的排放和扩散,假设航空器巡航阶段推力为其最大推力的70%,以国际民航组织发动机排放数据库中的GEnx-2B67/P发动机氮氧化物(NO x)的排放为例,利用全空域航空排放评估系统(SAGE)进行数值仿真,计算得到飞行方向上的排放强度。然后假设飞行方向为恒定的线源排放方向,且与风向垂直,基于高斯扩散模型,得到航空器巡航阶段的污染扩散模型。最后采取ICAO在2012年美国俄亥俄州Peebles数据,对NO x浓度扩散进行数值仿真,成功计算出当时当地GEnx-2B67/P发动机在巡航状态下飞机排放的NO x浓度分布情况。仿真结果表明随着航空器距线源高度的增加,NO x浓度分布符合高斯分布的性质,且在不同高度上NO x浓度都是先急剧增大到峰值后缓慢减少。

基于FOA⁃MOD的飞机巡航阶段BC排放特性与影响因素研究

民航飞机在巡航阶段排放的黑碳(BC)可产生区域增温效应.为提高飞机巡航阶段黑碳排放的估算精度,采用一种基于国际民航组织一阶近似方法(FOA)的修正计算方法(FOA⁃MOD),使用B777⁃200机载飞行数据(QAR)进行实例分析,并结合当量比、燃烧室入口压力、主燃区火焰温度等热力学参数,计算了某次飞行巡航阶段的BC排放总量.同时,在排放指数和燃油流量的基础上引入排放强度的概念,以更全面地表征污染物排放特性.最后分析了巡航高度、巡航马赫数和巡航重量等飞机性能参数对排放特性的影响.结果表明:修正方法的计算结果更加贴近实际,相对一阶近似方法的计算结果降低19.28%;通过增加巡航高度、减小巡航马赫数和巡航重量,可以不同程度地降低燃油消耗和污染物排放.本研究所做工作能够为评估飞机污染物排放特性,提高飞机运行的经济性和环保性提供参考.

性能退化对民机巡航阶段污染物排放的影响研究

发动机性能退化将会影响污染物排放,以往污染物排放估算模型未充分考虑性能退化对排放量的影响.因此本文对原有污染物估算模型进行修正,将民机实际运行中表征发动机健康状态的主要参数EGT作为特征量融入到污染物排放估算模型中,提出改进的形成氧化法以及P3-T3方法,定量估算性能退化对污染物排放的影响.使用GE90-115B发动机历史QAR数据,计算航空发动机处于不同健康水平下的巡航阶段污染物排放特性.研究结果表明:航空发动机性能退化将会显著影响巡航阶段污染物排放特性.其中,性能退化严重时航空发动机CO、UHC以及黑碳的巡航阶段平均排放指数较健康状态时分别升高87.52%、247.76%以及19.68%,而NO_(x)的平均排放指数则下降55.33%.因此在对性能退化的发动机进行污染物评估时必须考虑性能退化的影响.

基于飞行阶段的精细化航空二氧化碳排放因子研究

航空运输是交通领域CO_(2)排放增长最快速的部门。文中选择中国民航使用频率较高的超大型、大型、中型和小型飞机的典型机型,基于不同飞机在起飞、爬升、巡航、接近和滑行阶段引擎油耗速率、运行时间和油耗量的变化,计算航空飞机CO_(2)排放因子。同时结合各机型碳排放因子、额定载客量与客座率评估旅客搭乘不同飞机时的人均CO_(2)排放量(即单位客运周转量CO_(2)排放因子)。结果显示,超大型飞机、大型飞机、中型飞机和小型飞机在其航程区间内的平均CO_(2)排放因子分别为49.8、31.7、16.2和8.5 kg CO_(2)/km;满载条件下单位客运周转量CO_(2)排放因子均值分别为102.6、95.2、81.7和112.4 g CO_(2)/(人∙km)。起飞和爬升阶段引擎油耗速率约为巡航阶段油耗速率的2.6~3.4倍和2.0~2.8倍,飞机CO_(2)排放因子随飞行里程的提高而降低。航空运输是高碳客运方式,相同里程条件下,航空单位客运周转量CO_(2)排放因子显著高于高铁、道路机动车等其他客运方式。提升燃油效率、减少短途航运、合理安排航线以提高客座率并减少中途转机是降低航空碳排放量的有效途径。

中国国内民航飞机污染排放的时空分布特征研究

近年来,飞机污染物排放问题日益凸显。本文分析了中国国内航班(除港澳台外)飞机污染排放的时空分布特征。结果显示,2016年中国国内民航飞机活动产生的CO2、NOx、CO、SOx、HC和PM排放量分别为9468万t、46.4万t、8.3万t、2.6万t、1.02万t和0.46万t。各飞行阶段污染排放分析表明,CO2、NOx、SOx和PM等排放主要集中在巡航阶段,而CO和HC在巡航阶段和起降循环阶段(LTO)的排放量相当。空间分析表明,飞机在起降循环阶段的排放主要集中在大型机场,飞机在航路上的排放主要集中在京沪、沪深等主要繁忙航路上。研究结果可为今后有效控制飞机大气污染排放提供研究基础。