TU Darmstadt / ULB / TUprints

Anwendbarkeit und Integration von bordseitigen Separationsverfahren für das Flugverkehrsmanagement im Flughafennahbereich

von Eckartsberg, Alexandra :
Anwendbarkeit und Integration von bordseitigen Separationsverfahren für das Flugverkehrsmanagement im Flughafennahbereich.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

[img]
Preview
Text
ave_disse_final.pdf
Available under Creative Commons Attribution Non-commercial No-derivatives 3.0 de.

Download (5MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Anwendbarkeit und Integration von bordseitigen Separationsverfahren für das Flugverkehrsmanagement im Flughafennahbereich
Language: German
Abstract:

In der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendbarkeit von ASAS Verfahren für die Erstellung und Umsetzung eines integrierten Anflugkonzeptes auf Basis relativer Flugführung mittels ADS-B im Flughafennahbereich (TMA) im ASPA Delegationskontext untersucht. Die Analysen im Rahmen dieser Arbeit ergaben, dass der Grund für das bisher ineffiziente manuelle Bilden und Auflösen von Lfz-Ketten im Fehlen eines durchgängigen Konzeptes für die nahtlose Anwendung von ASAS Verfahren vom Einflug in die TMA bis hin zum stabilisierten Final Approach zu suchen ist. Die vorliegende Arbeit stellt ein solches Konzept vor und untersucht dessen Anwendbarkeit am Beispiel eines typischen TMA Aufbaus. Es wurden zunächst für die einzelnen Anflugphasen Teilkonzepte zur Anwendung von ASAS Verfahren bei bekannten und bei unbekannten Target-Lfz erstellt und mittels Simulation die Übergangsbedingungen zwischen den Teilphasen abgeleitet, woraus schließlich für beide Szenarien jeweils ein einheitlicher übergreifender Ablauf erstellt werden konnte. Voraussetzung ist, dass in einer langen Kette von Lfz durch ein integriertes Konzept keine Instabilitäten entstehen. Aus diesem Grund fokussierte sich die vorliegende Arbeit auch auf die Untersuchung der möglichen Regelungsverfahren und deren Eigenschaften bei der Anwendung in einer langen Kette von 100 Lfz. Aus den bekannten Regelungsmethoden wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die bisher auftretende Propagationseffekte minimiert. Um die Flexibilität bei der Minimierung lokaler Umweltbelastungen durch laterale Streuung zu erhalten, führt die Arbeit das Konzept des Trackfächers ein. Der Trackfächer ist ein festgelegter Bereich, in dem ausgehend von einem Referenzpunkt (TCP) das Routing eines einzelnen Verkehrsstroms in einem bestimmten Winkelbereich variiert werden kann. Es wurden die jeweiligen Randbedingungen für die Einhaltung bestimmter Fehlertoleranzen bei vorliegender Geometrie hergeleitet, die das korrekte Detektieren des geplanten Tracks ermöglichen. Mittels Simulation in Matlab wurde analysiert, wie diese Randbedingungen erfüllt werden können, woraus sich die Abfolge der anzuwendenden Regelungsverfahren sowie eine Mindestwegstrecke stromaufwärts des TCP ergaben. Die Simulation hat gezeigt, dass die Einhaltung der Randbedingungen für das Merging, auch bei der Verwendung eines Trackfächers am TCP, ohne Geschwindigkeitseinschränkungen an der TMA Grenze gewährleistet ist und eine Angleichung der Geschwindigkeiten durch das Regelungsverfahren nach mit heutigen TMA-Layout kompatibler Strecke stattfindet. Zur Identifizierung des bevorstehenden ASAS Manövers und der dafür anzuwendenden Abfolge von Regelungsverfahren wurden entsprechende Flussdiagramme aufgestellt, die die Grundlage für das erstellte Betriebskonzept darstellen. Um im Szenario ohne Targetübermittlung für das Merging unter 0° bis 180° mögliche Target-fehlidentifikationen zu vermeiden, liefert die Arbeit Regeln für Routengestaltung und Targetwechsel. In der Simulation wurde gezeigt, dass die angewendete Abfolge von ASAS Regelungsverfahren sowohl für das Merging unter 0° bis 180° als auch bei Störungen durch Ungenauigkeiten eines Targets bei einem 180° Turn geeignet ist. Die Schlussfolgerung lautet, dass das vorgestellte durchgängige Konzept auf Basis einer kontinuierlichen Abfolge von ASAS Manövern in einer langen Kette von Lfz im Flughafen-nahbereich in einer (teil)automatisierten Umgebung Anwendung finden kann, ohne dass unkontrollierbare Effekte auftreten, die die Wiederauflösung der Ketten nach sich ziehen. Dies gilt sowohl für ein Szenario mit, als auch ein Szenario ohne Targetübermittlung. Die Ergebnisse liefern somit den indirekten Nachweis, dass der erwartete Nutzen in Bezug auf Reduzierung der Arbeitsbelastung und Steigerung der Kapazität realisierbar ist.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The thesis presented focuses on the applicability of ASAS methods for design and implementation of an integrated flight approach concept based on relative guidance supported by ADS-B in the Terminal Maneuvering Area in an ASPA delegation context. Analysis showed that the reason for inefficient manual formation and breakup of aircraft chains by controllers, that resulted from previous studies, is due to the lack of an integrated concept from TMA entry point until stabilized final approach. The thesis presented here introduces such a concept and analyzes its applicability using a typical example TMA structure. First the concepts for applying ASAS methods in scenarios with known as well as self-identified Target Aircraft were developed for the individual approach phases. Then the boundary conditions for the transition between the phases were derived by means of simulation, resulting in a consistent and overarching process. A prerequisite of such an integrated concept is for it to provide stability of control for a long chain of aircraft. Therefore the thesis put forward here also focuses on the analysis of possible control methods and their properties, resulting from application in a long chain of 100 aircraft. Starting from established control algorithms for single aircraft pairs, an adapted method was derived which mitigates and minimizes velocity propagation effects. In order to maintain flexibility for minimizing environmental impacts, the thesis introduces the concept of a track-fan which enables variable flight tracks over time in a specified region. Applicable boundary conditions necessary for respecting error tolerances in a given geometry have been derived, which enable correct detection of the intended flight track. Simulation with Matlab was applied in order to identify the combination of control methods which enable the required boundary conditions to be met. The simulation showed that the boundary conditions for merging aircraft can be met without any speed constraints at the TMA entry point and that by using the suggested combination of control methods, alignment of approach speeds takes place over a distance that is compatible with today's typical TMA layout. For identification of the imminent ASAS maneuver and the applicable combination of control methods, flow diagrams have been produced which form the basis of the operational concept introduced in this thesis. The simulation showed that the control methods proposed are suitable for merging aircraft in acute angles as well as for compensating errors that are introduced by inaccuracies during a 180° turn. It can be concluded that the integrated concept introduced in this thesis can be applied in the Terminal Maneuvering Area for a long chain of aircraft in a (semi)automated environment, without producing instabilities that in the past resulted in having to break up the aircraft chains. This statement is valid for scenarios with known as well as self identified targets. The results provide indirect evidence that anticipated benefits of reduced workload and increased capacity can be achieved.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Flugverkehrsmanagement, ASAS
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Air Traffic ManagementEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Flight Systems and Automatic Control (FSR)
Date Deposited: 23 Feb 2015 13:06
Last Modified: 23 Feb 2015 13:06
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-43380
Referees: Klingauf, Prof. Dr. Uwe and Boltze, Prof. Dr. Manfred
Refereed: 29 April 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4338
Export:
Actions (login required)
View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year