飞行程序优化设计关键技术研究

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1、中图分类号：V355论文编号：102870715-S004学科分类号：082302硕士学位论文飞行程序优化设计关键技术研究研究生姓名钱戈学科、专业交通信息工程及控制研究方向飞行程序设计及评估指导教师韩松臣教授孙樊荣讲师南京航空航天大学研究生院民航学院二Ο一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofcivilaviationResearchonKeyTechnologyinOptimalDesignofFlightProceduresAThesisinTransporta

2、tionEngineeringbyQIANGEAdvisedbyProf.HanSongchenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进

3、行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要飞行程序设计是以保障终端区飞行安全和提升运行效率为目标，对进离场飞行航径进行科学合理规划设计的工作。随着空中交通流量的不断增大，机场周边地区噪声扰民问题的不断增多，航空公司运行成本的不断增加，对于飞行程序设计的简便性、经济性、噪声影响等方面均提出了相应的要求，而不仅仅局限在确保航空器运行安全性上。同时新航行系统中PBN程序的应用使灵活设计飞行程序成为可能。然而由于缺乏完整有效的模型指导飞行程序设计工作，已无法满足当前及未来程序设计多方面的需求，因此亟需建立有

4、效的飞行程序设计模型，从而进一步为空域规划提供科学合理的依据。本文研究了飞行程序的安全性、噪声影响、经济性、简便性，建立了飞行程序多目标优化模型并设计了改进的多目标蚁群算法进行飞行程序的科学求解。主要内容包括：第一，在飞行程序超障安全性评估方法基础上，引入阿基米德螺旋线方程建立了PBN转弯航段安全保护区模型，简便有效地描述了PBN程序设计中风对航空器转弯的影响。第二，在飞行程序噪声计算方法基础上，基于BADA及ANP数据库提出了基于噪声的飞行程序受限区域模型，通过对其物理特性分析简化曲面方程，利用最小二乘法拟合量化飞行程序受限区域包络曲面方程，为程序设计时避开噪声限制空域提供

5、合理依据。第三，以成本指数为参量，结合飞行程序航段特征相关参数建立了基于BADA的飞行程序经济性模型，综合体现了燃油成本及时间成本因素。第四，通过分析飞行程序航段特征，引入表征空中交通复杂性的动态密度参量，建立了基于动态密度的飞行程序简便性模型，为评判飞行程序的简便性提供了具体的量化分析指标。第五，结合上述研究内容及飞行程序具体设计要求，以飞行程序安全性和噪声影响为约束条件，以飞行程序经济性和简便性为优化目标，建立了飞行程序多目标优化设计模型，设计了改进的多目标蚁群算法用于该优化模型的求解。最后以兰州终端空域为背景对兰州本场进离场程序进行优化设计，分析验证了该优化设计模型及求

6、解算法的可行性和有效性。关键词：空中交通管理，飞行程序设计，多目标优化，蚁群算法IABSTRACTToensureflightsafetyandenhancetheoperatingefficiencyofterminalarea,flightproceduredesignistheworkofdesigningandplanningthearrive-departurepathscientificlyandrationally.Withthecontinuousincreaseofairtrafficflow,aircraftnoisenuisanceproblemsare

7、growingaroundtheairport,operationcostofairlinesisalsoincreasing,whichhasputforwardthecorrespondingrequirementsaboutsimplicity,efficiencyandtheinfluenceofnoiseontheworkofflightproceduredesign,notjustconfinedtoensureoperationsafety.Meanwhile,PBNprocedureof