Determinación de la carga de combustible en presencia de incertidumbre meteorológica

Abstract

Este trabajo se centra en el análisis probabilístico del consumo de combustible de la aeronave teniendo en cuenta la incertidumbre meteorológica, en particular, se consideran los efectos de la incertidumbre en el viento. La información referente a los vientos se obtiene a partir de predicciones meteorológicas por conjuntos (EWF), técnica que ha demostrado ser una manera efectiva de cuantificar la incertidumbre meteorológica. En el análisis, se considera un crucero multi-segmento, en el cual se vuela a número de Mach constante y a altitud constante. Cada segmento se supone sujeto a un viento medio longitudinal constante y a un viento medio cruzado constante. La velocidad respecto de tierra resultante se modelará como una variable aleatoria continua y su función de densidad de probabilidad se propagará a lo largo de toda la trayectoria del avión. En este trabajo se proponen 3 modelos para las velocidades respecto de tierra: dos distribuciones uniformes, obtenidas empleando el método de los momentos y el estimador máximo-verosímil, y una distribución normal. El objetivo de este trabajo es permitir la toma de una decisión más eficiente en relación al combustible a cargar en la aeronave, teniendo en cuenta el nivel de seguridad requerido y el sobrecoste que se esté dispuesto a asumir. Para ello, se van a comparar los resultados del problema hacia atrás (en el cual las ecuaciones del crucero han de ser integradas en sentido inverso, fijando la masa final de la aeronave) y del problema hacia adelante (donde las ecuaciones han de ser resueltas en sentido directo, con una masa inicial dada), y se va a establecer, si es posible, una conexión entre ellos. Los resultados se presentan para una ruta Niza-Nueva York, recorrida hacia Este y Oeste. De esta manera, es posible analizar la diferencia en la carga de combustible asociada a volar con vientos predominantemente de cola o de cara.

This project is focused on the probabilistic analysis of the aircraft fuel consumption taking into account weather uncertainty, in particular, the effects of wind uncertainty are considered. The wind data is obtained from ensemble weather forecasts (EWF), technique that has proven to be an effective way to quantify weather uncertainty. In the analysis, a multi-segment cruise, flown at constant Mach number and at constant altitude, is considered. Each segment is supposed to be subject to both an average constant along-track wind and an average constant crosswind. The resulting ground speed will be modeled as a continuous random variable and its probability density function will be propagated along the aircraft trayectory. In this project three models for the ground speed are proposed: two uniform distributions, which are obtained by using the method of moments and the maximum likelihood estimator, and a normal distribution. The objective of this work is to allow a more efficient decision making in relation to aircraft fuel load, taking into account the required safety level and the overrun we were disposed to assume. For this purpose, results for the backwards problem (where cruise equations have to be integrated backwards by fixing final aircraft mass) and for the forwards problem (where the equations have to be solved forwards with a given initial aircraft mass) will be compared, and a connetion between them will be established, if possible. Results are presented for the aircraft travelling a Niza-New York route both eastbound and westbound. Therefore, it is possible to analyze the difference in fuel load between the cases of being in the presence of predominantly tailwinds or headwinds