مدل سازی هایبرید سیستم كنترل ترافیک هوایی
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته برق و مخابرات (آموزش_و_پژوهش)
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:136
فهرست مطالب :
چكيده 1
فصل اول - مقدمه 2
1 روش كنترل ترافيك هوايي سنتي 3 -1
2 روش كنترل ترافيك هوايي در آينده 5 -1
1 سيستم هايبريد 5 -2 -1
فصل دوم - فازهاي پرواز 7
1 مقدمه 8 -2
2 معادلات حركت 8 -2
3 فازهاي پرواز 8 -2
1 برخاستن و فرود 8 -3 -2
2 اوج گيري و كاهش ارتفاع 9 -3 -2
3 حركت مستقيم افقي 11 -3 -2
1-3 سرعت هاي ويژه در پرواز مستقيم افقي 12 -3 -2
4 نتيجه گيري 14 -2
فصل سوم - مدل سازي هايبريد پرواز هواپيما 15
1 مقدمه 16 -3
2 مدل سازي پرواز 16 -3
1 برنامه پرواز 16 -2 -3
2 ديناميك هواپيما 17 -2 -3
1-2 متغيرهاي حالت 17 -2 -3
2-2 پارامترهاي گسسته 19 -2 -3
3 سيستم مديريت ترافيك هوايي 20 -2 -3
1-3 ورودي ها و خروجي ها 20 -2 -3
2-3 متغيرهاي گسسته 22 -2 -3
3-3 تنظيم سرعت مطلوب 25 -2 -3
3 طراحي كنترل كننده 26 -3
26 U 1 تنظيم نيروي موتور، 1 -3 -3
28 U 2 تنظيم زاويه دوران هواپيما حول محور طولي، 2 -3 -3
4 محاسبه چگالي هوا و ضرايب آيروديناميك 29 -3
1 چگالي هوا 29 -4 -3
ز
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
2 ضرايب آيرودينامك 30 -4 -3
5 روش اندازه گيري متغيرهاي حالت 31 -3
6 نتيجه گيري 32 -3
فصل چهارم - شبيه سازي پرواز 43
1-4 مقدمه 44
2 شبيه سازي پرواز در مد برخاستن و صعود 44 -4
3 شبيه سازي پرواز در مد حركت مستقيم افقي 46 -4
4 شبيه سازي پرواز در مد نزول، تقرب و فرود 47 -4
5 شبيه سازي پرواز تهران به شيراز 49 -4
6 نتيجه گيري 53 -4
فصل پنجم - بررسي عملكرد كنترل كننده 66
1 مقدمه 67 -5
2 پايداري كنترل كننده 67 -5
1 شبيه سازي پرواز يزد به مشهد 68 -2 -5
3 بررسي مقاوم بودن كنترل كننده در مقابل تغييرات جرم هواپيما 70 -5
4 بررسي حركت هواپيما با وجود اغتشاش 72 -5
5 نتيجه گيري 74 -5
فصل ششم - نتيجه گيري و پيشنهادات 89
1 نتيجه گيري 90 -6
2 پيشنهادات 91 -6
منابع 120
فهرست منابع لاتين 120
فهرست منابع فارسي 122
123Abstratt
چکیده :
يكي از را هحل هاي سودمند براي كنترل ترافيك هوايي در آينده، افزايش سطح اتوماسيون
1، در آينده، امكان پرواز آزاد 2 بدون خلبان، كه در آن هواپيما ATM ، مي باشد. مديريت ترافيك هوايي
مسير، سرعت و ارتفاع بهينه خود را انتخاب مي كند، مهيا مي سازد.
در اين پروژه از روش هايبريد براي مدل سازي و كنترل پرواز هواپيما از نقطه نظر كنتر لكننده
3، استفاده مي شود. در اين مدل ديناميك پيوسته و گسسته سيستم با قوانين ATC ، ترافيك هوايي
كنترلي گسسته در كنار يكديگر قرار مي گيرند تا با داشتن برنامه پرواز مشخص و آگاهي از اطلاعات
مربوط به نوع هواپيما، آنرا براي رسيدن به مقصد كنترل كنند. مدل حاصل قادر به كنترل پروازهاي
متعددي مي شود كه در هر كدام ديناميك هواپيما و مسير پرواز متفاوت مي باشد.
را در مسيرهاي متفاوت و مدهاي A با استفاده از اين مدل و كنتر لكننده، پرواز هواپيماي 306
براي كليدزني بين ايستگاه ها استفاده نموديم. هدف، Fly-Over مختلف پرواز شبيه سازي كرده و از روش
رديابي مسير پرواز با دقت كمتر از يك كيلومتر است كه نتايج شبيه سازي نشان مي دهد اين امر محقق
مي گردد. عملكرد كنترل كننده نيز مورد بررسي قرار گرفت و از نتايج شبيه سازي به اين نتيجه مي رسيم
كه اين كنترل كننده قادر است در مقابل % 10 ± خطاي انداز هگيري جرم هواپيما مقاوم بوده و مسير را با
دقت مطلوب رديابي كند. از آن جايي كه حركت هواپيما تحت تأثير عامل باد مي باشد، با فرض ثابت بودن
سرعت باد، آنرا به صورت اغتشاش شبيه سازي كرديم. نتايج حاكي از آن است كه اثر زاويه وزش باد با
مسير حركت هواپيما نسبت به سرعت باد تأثير بيشتري در كاهش دقت رديابي دارد. به منظور بهبود
عملكرد كنترل كننده تغييراتي در تنظيم ورودي كنترلي نيروي موتور داده شده است.
كلمات كليدي: سيستم هايبريد، مدل سازي ترافيك هوايي، كنترل ترافيك هوايي، پرواز آزاد.
فصل اول : مقدمه
1-1 روش كنترل ترافيك هوايي سنتي
سالهاست كه سيستم مديريت ترافيك هوايي، با شيوه كنترلي كه در حال حاضر در برج مراقبت
پرواز اجرا مي شود، با قابليت اعتماد بالا كار مي كند؛ اگرچه افزايش سفرهاي هوايي به دليل محدوديت
هاي موجود، تنش و نگراني مسئولان را بالا برده است. اين امر موجب بالا بردن سطح پرواز به اندازه
50-200% تا ده سال آينده مي شود. افزايش سطح پرواز نيز باعث كاهش امنيت پرواز، كاهش سطح
كارايي هواپيما و افزايش قابل ملاحظه حجم كاري اپراتورها خواهد شد. براي مثال اين امر موجب افزايش
.[ 1996 شده است[ 1 - خطاي عملكرد كنترل كننده هاي ترافيك هوايي به اندازه % 33 در بازه زماني 2000
3 افزايش پيدا خواهد كرد. سازمان كنترل - ميزان ترافيك هوايي در پانزده سال آينده، ساليانه % 5
1، قادر به كنترل اين افزايش ترافيك به دلايل زير نيست: NAC ، ملي فضا
1. نداشتن فضاي كافي
در حال حاضر فضاي پرواز بسيار كم است و هواپيماها بايد در مسيرهاي پيش بيني شده پرواز
كنند. در نتيجه به هواپيماها اين اجازه داده نمي شود كه به صورت مستقيم تا مقصد پروازكنند و يا از باد
مناسب استفاده كنند، در نتيجه ميزان مصرف سوخت و زمان پرواز افزايش پيدا مي كند. اين مشكل
به خصوص در بزگراه هاي هوايي اطراف اقيانوس كه بيشترين رشد ترافيك را دارند به چشم م يآيد. براي
.[ مثال در اطراف اقيانوس آرام ترافيك سالانه % 15 رشد پيدا مي كند[ 2
2. افزايش حجم كاري كنترل كننده ترافيك هوايي
ايجاد فاصله ايمن بين هواپيماها و نيز مشخص كردن مسير ناوبري هواپيما به منظور اجتناب از تأثير
نامطلوب شرايط آب و هوايي در كنترل هواپيما توسط مركز كنترل انجام مي شود.
2TRACON در محي طهاي شلوغ مانند محيط هاي نزديك به فرودگاه هاي شهري، كه به آن
مي گويند، كنترل كننده ها اصولا" اين حجم بالا را با نگه داشتن هواپيما در حالت توقف 3 خارج از
.[ كنترل مي كنند[ 2 TRACON
3. تكنولوژي منسوخ
حدود سي سال است كه در اكثر مراكز كنترل ترافيك هوايي ارتباط بين كنترل كننده و هواپيما
.[ محدود به ارتباط راديويي شده و لازم است با تكنولوژي هاي روز دنيا جايگزين گردد[ 2
در حال حاضر، كنترل ترافيك هوايي توسط ناحيه بندي جغرافيايي انجام مي شود. براي مثال، در
امريكا كل كشور به 20 مركز تقسيم شده است كه هر كدام گروه كنترل ترافيك هوايي مخصوص به خود
1 National Airspace Control
2 Traffic Radar Approach CONtrol
3 Holding Pattern
٤
با گروه كنترل ترافيك هوايي TRACON را دارند. هم چنين، در اطراف هر فرودگاه شهري بزرگ ناحيه
است كه TRACON مربوط به آن كنترل مي شود. هدف اصلي كنترل اين 20 مركز و كنترل نواحي
فاصله ايمن بين هواپيماها را در حين هدايت آنها به سمت مقصدشان حفظ كند و در زمان تقريبي تعيين
شده آنها را به مقصد برساند.
اين روش كنترل كارايي چنداني ندارد، چرا كه موجب بروز تأخيرات بي برنامه در زمان پرواز
مي شود و بنابراين برنامه پرواز خيلي دقيق نم يباشد. در نتيجه كنترل كننده ها مجبور به برنامه ريزي
.[ مي باشند[ 3 TRACON مجدد زمان فرود هواپيما، طبق زمان ورود آن به ناحيه
تحقيقات نشان مي دهد هنگامي كه كنترل كننده ترافيك هوايي با داده هاي مربوطه به دو
مواجه مي شود، توانايي كمي TRACON هواپيما (مثل مكان و سرعت هواپيما و يا سرعت باد) در ناحيه
TRACON در پي شگويي سريع حركت بعدي آن دو دارد. بنابراين آنها را در بزرگراه هاي تعيين شده در
هدايت مي كنند و گاهي مجبور مي شوند يكي از هواپيماها را دور فرودگاه بچرخانند تا دستورات مربوط به
فرود هواپيماي اول انجام شود.
تصميم مي گيرد كه كدام هواپيما زودتر TRACON كنترل كننده ،TRACON در داخل ناحيه
فرود بيايد و كدا ميك بعد از آن فرود بيايد. در صورتي كه يك هواپيما در شرايط اضطراري باشد، تمام
برنامه عوض مي شود و در ابتدا هواپيماي در معرض خطر فرود مي آيد.
كنترل كننده مسير پرواز هر هواپيما را تعيين مي كند. عمليات ، TRACON در نواحي خارج از
TRACON در اين نواحي خيلي حجيم نبوده و حجم كاري كنترل كننده ها نسبت به كنترل كننده ناحيه
خيلي كمتر است. براي كنترل ترافيك هوايي از مسيرهاي هوايي از پيش تعيين شد هاي استفاده مي كنند
.[ (نقشه هاي پرواز اين مسيرها را تعريف مي كنند و هر ساله، اصلاح و منتشر مي شوند)[ 3
اگر كنترل كننده پيش بيني كند كه فاصله بين دو هواپيما كمتر از فاصله متعارف خواهد شد،
يكي از هواپيماها را پايين مي آورد و يا يكي از آنها را در حلقه تأخير قرارمي دهد. ساير كارهايي كه
كنترل كننده انجام مي دهد به قرار زير است:
قرار دارد، از سطوح گسسته ارتفاع استفاده TRACON 1. هنگامي كه هواپيما در خارج از ناحيه
مي كند. به عنوان نمونه اگر هواپيماي باند غربي در ارتفاع زوج پرواز كند (براي مثال 32000 پا)،
هواپيماي باند شرقي در ارتفاع فرد حركت مي كند (براي مثال 31000 پا).
2. حتي اگر مسير بهينه براي پرواز يك هواپيما از روي باند يك فرودگاه باشد، كنترل كننده هواپيما
TRACON را طوري هدايت مي كند كه از خارج فرودگاه حركت كند تا حجم كاري كنترل كننده
افزايش پيدا نكند.
3. وزش باد در فرودگاه باعث به هم ريختن برنامه پرواز مي شود و از آن جاي يكه كنتر لكننده بايد
.[ بزرگراه ديگري را براي پرواز هواپيماها تعريف كند، برنامه پرواز دچار تأخير مي شود[ 3
٥
1، در NASA ، براي بهبود سطح كارايي كنترل كننده سيستم كنوني اداره كل هوانوردي ملي ايالات متحده
حال تحقيق در مورد سيستمي است كه بعضي از قسمت هاي كنترل كننده را اتوماتيك كند.
و...