iPad basiertes Flugführungsdisplay für zeitgenaue Anflugverfahren

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Helge Lenz, Thomas WittInstitut für Flugführung (DLR)

• Motivation und Hintergrund• Continuous Descent Approach (CDA)• Time and Energy Managed Operations (TEMO)

• iPad basiertes Flugführungsdisplay• Flugführungskonzept• EFB Anzeigekonzept

• Versuch und Ergebnisse• Zusammenfassung und Ausblick

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Übersicht

• Reduzierung aller Emissionen im Flughafennahbereich (Lärm und Schadstoffe)• Verringerung Treibstoffverbrauch (Steigerung der Effizienz)=> Anflug mit Kontinuierlichem Sinkflug (Continuous Descent Approach, CDA)

Kontinuierlicher Sinkflug (CDA)

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Motivation und HintergrundAl

titud

e (ft

)

3000

7000

Distance to threshold (NM) 09,428,3 11,913,5

2000

• Kontinuierlicher Sinkflug von der Reiseflughöhe bis zum Endanflug• Triebwerke im Leerlauf• Keine Flugsegmente mit konstanter Höhe• Verzögerungsphasen und Konfigurationsänderungen so spät wie möglich

Problem:• Variables Höhenprofil• Variable Ankunftszeit• Änderung der Strecke oder Geschwindigkeit sind mit Effizienzeinbußen

verbundenÞNur in Situationen mit geringem Verkehrsaufkommen möglich

Abhilfe: ÞIndividuelle Routenführung und zeitgenaue Ankunft

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Continuous Descent Approach

• Totalenergie = kinetische Energie + potentielle Energie

Þ Bei Leerlaufschub hängt die Änderung der Totalenergie hauptsächlich vom Flugzeugwiderstand ab.

• CleanSky Ansatz: Multiparameter Optimierung des Energieprofils zur Einhaltung der RTA

• Parameter: Flugzeugbewegung, Konfiguration, Schub, Bremsklappen• Störeinflüsse: Wind, Modellabweichungen• Anfangsplanung: Energieoptimal ohne Einsatz von Schub oder Bremsklappen• Bei Abweichungen Neuplanung mit ggf. Zusätzlicher Energie• Ziel: vollständige Integration der Optimierung in die Flugzeugavionik

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Time and Energy Managed Operations (CleanSky)

Geschwindigkeits- und Höhenprofil

DLR.de • Folie 6 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum

• CleanSky: • Volle Integration mit direktem Zugriff auf Fluglage, Geschwindigkeit, Schub

und Bremsklappen• Bei Energieabweichungen oberhalb eines Schwellwertes wird ein neuer

Plan erstellt (ggf. mit Schub/Bremsklappen)• Anzeige auf PFD (Energiemonitor, Führungsgrößen und Ablagen), ND

(Wegpunkte, Konfigurationen)Þ Manuelles Folgen der Bahn nicht vorgesehen

• Probleme:• Bahnoptimierung sehr rechenintensiv• Direkter Zugriff auf Schub und Bremsklappe zur Zeit nicht vorgesehen• Zertifizierung eines nicht-deterministischen Algorithmus schwierig

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Flugführungskonzept – CleanSky

• DLR Ansatz: • Nutzung des vorhandenen Autoflight und Autothrust Systems zur

Steuerung• Laterale Route im Managed Mode nach Vorgaben des internen FMS• Vertikale Route und Geschwindigkeit im Selected Mode durch den Piloten

gesteuert nach Vorgaben eines Class II EFBs (iPad)• Bahnabweichungen können direkt durch einen Regler oder durch eine

Neuplanung kompensiert werden • Anzeige auf PFD (FD), EFB (Höhen- und Geschwindigkeitsvorgaben,

Konfiguration, Höhen- und Zeitablage)Þ Manuelles Folgen der Bahn mit FD möglich

• Probleme:• Arbeitsbelastung des Piloten• EFB mit ggf. Satlink notwendig

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Flugführungskonzept – DLR Retrofit

• iPad Halterung seitlich im Fensterrahmen

• Verbindung zum realen Flugzeug über Bluetooth (EFB Class II Tablet Interface Module)

• Angezeigte Werte werden vom Piloten geprüft und im Autoflight System eingestellt

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EFB Anzeigekonzept

• Geschwindigkeit, Richtung, Höhe und Vertikalgeschwindigkeit

• Sollwert = Istwert• Sollwert ≠ Istwert

• Zeitfehler (numerisch)• Höhenfehler (grafisch)• Konfiguration• Landeklappen• Bremsklappen• Fahrwerk• Laterale Kartendarstellung mit

Pseudowegpunkten

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EFB Anzeigekonzept

• 3 Piloten, je 7 Anflüge (1T, 6E)• uV:

• Wind (10kt Rücken-/Gegenwind)• Updaterate (1s/10s)

• aV:• Bahnfehler (Höhe, Zeit)• Arbeitsbelastung• Akzeptanz Fragebogen

Þ Insgesamt akzeptabel aber Verbesserungen notwendig:

ÞPosition des EFBÞUpdaterateÞSimulationsumgebung

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Versuch und Ergebnisse

Updaterate: 10s

Updaterate: 1s

• Zeitgenaue CDA mit Flugführungsinformationen auf einem EFB auch mit heutiger Ausrüstung grundsätzlich möglich

• Zeitliche Genauigkeit mehr von der Modellgüte als von der Regelgeschwindigkeit abhängig

• Weitere Simulationen notwendig insbesondere mit realistischen Routen und Interaktionen mit ATC

Þ Weitere Versuche im Simulator mit DLR Trajektoriengenerator geplantÞ Flugversuche mit A-320 D-ATRA

• Juni 2015: Baseline (Anflug mit Airbus FMS)• Ende 2015: Experimentalflüge mit iPad Guidance

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Zusammenfassung und Ausblick

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helge.lenz@dlr.de