Optimización de trayectorias de avión sujetas a incertidumbre meteorológica

Abstract

En este trabajo se analiza el vuelo de crucero de mínimo tiempo entre el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy, en Nueva York (JFK) y el Aeropuerto Internacional Leonardo da Vinci, en Roma (FCO), en ambos sentidos de vuelo. La optimización se realiza en presencia de viento, considerando diferentes escenarios derivados de predicciones meteorológicas obtenidas gracias al European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) mediante el método numérico denominado Ensemble Prediction System (EPS). Dado que todo el tramo se considera a velocidad aerodinámica y altitud constante, el problema de mínimo tiempo coincide con el de mínimo consumo. El problema planteado se estudia mediante dos enfoques diferentes: considerando una trayectoria con restricciones en cuanto a los puntos de paso, que se resuelve mediante un algoritmo de grafos muy popular denominado Algoritmo de Dijkstra; y considerando una trayectoria libre, empleando la Teoría de Control Óptimo para la resolución. El proceso de optimización se lleva a cabo además para cuatro casos de estudio diferentes, pudiendo evaluar a posteriori el coste que resultaría de recorrer las trayectorias óptimas en presencia de cada escenario meteorológico de los que se dispone. Ésto permite establecer comparaciones tanto entre los casos de estudio como entre los enfoques planteados para el problema.