Desarrollo de una aplicación de soporte al cálculo de trayectorias óptimas 4D de aviones comerciales

Abstract

El objetivo de este proyecto es el \Desarrollo de una aplicación de soporte a la generación del plan de vuelo de aviones comerciales". El plan de vuelo se genera mediante la resolución de un problema de control _optimo; la aplicación creada en este proyecto realiza la automatización de todas las subtareas requeridas como importar los datos de dicho problema, automatizar la generación de la trayectoria y analizar los resultados obtenidos. Dichas subáreas son: _ Acceder a la base de datos de aeronaves BADA El sistema dinámico objeto de estudio para la generación de trayectorias _optimas es un avión comercial. En dicho sistema dinámico entran en juego una serie de variables de estado (variables directa o indirectamente medibles, como por ejemplo la velocidad del avión), una serie de variables de control (mandos de actuación de los que dispone el piloto, como por ejemplo la palanca de gases) y una serie de parámetros propios de cada tipo de avión (entre otros, relacionados con las características propulsivas del motor o las características aerodinámicas del avión). BADA (Base of Aircraft DAta) es una base de datos de aviones comerciales publicada por EUROCONTROL donde se pueden encontrar todas las características anteriormente citadas. El acceso a BADA es un input fundamental de cara a analizar las actuaciones de diferentes aviones comerciales. _ Acceder a la base de datos meteorológicos. Las principales metas a conseguir calculando trayectorias _optimas, son: { Reducción del consumo de combustible del avión en cuestión, por ejemplo, volando a favor del viento. { Reducción de emisiones de CO2 al aire: Al utilizar rutas _optimas se reducen la emisiones, ya que consumimos menos combustible. { Reducción del tiempo de vuelo, al no tener que seguir rutas preestablecidas y poder calcular la ruta más adecuada en cada trayecto. Los ficheros que contienen las predicciones meteorológicas, almacenan la información en formato binario, con lo que es imposible interpretar dichas predicciones sin un tratamiento previo de la información. Estos ficheros contienen matrices con los valores de intensidad del viento en dirección norte y este, ordenados por coordenadas esféricas, además de otros datos, relativos a la meteorología. Se ha desarrollado un módulo capaz de interpretar estos ficheros y generar una salida más acorde que pueda ser usado como INPUT del modelo matemático. _ Representar las trayectorias obtenidas mediante la tecnología Google Earth. Una de las salidas obtenidas por el modelo matemático es un fichero en el que se almacenan todos los puntos por los que pasa la trayectoria _optima. La solución numérica obtenida es complicada de interpretar; por eso se ha implementado una opción en la aplicación para poder exportar estas rutas a la herramienta Google Earth. Es una herramienta de visualización 3D que permite pintar las trayectorias obtenidas por el modelo de manera más visual sobre el globo terráqueo, obteniendo unos resultados más realistas que una simple gráfica. _ Representar los mapas de viento de la trayectoria actual mediante la tecnología Google Earth. La visualización de las predicciones meteorológicas es bastante complicada, debido a que los ficheros de las predicciones almacenan matrices con los valores de la intensidad del viento en cada punto en su dirección norte y este. Se ha implementado un módulo para tratar estos datos y generar una representación para el programa Google Earth. Cabe destacar que cada módulo es independiente del otro, pero se han unificado en una interfaz gráfica para facilitar el manejo al usuario. La aplicación gráfica resultante simplifica la tarea al usuario, reduciendo los tiempos de preprocesado de datos, acotando los errores en los inputs y consiguiendo que varias tareas independientes queden unificadas en una serie de pasos marcados por la aplicación para finalmente obtener la trayectoria _optima tanto en modo numérico como de forma gráfica. El presente documento describe el desarrollo e implementación de todos los módulos, las pruebas realizadas y los resultados obtenidos y, finalmente, la integración de todos ellos en la interfaz de usuario.