Impact of continuous climb operations in a high traffic density TMA = Impacto en la capacidad operativa de un TMA de alta densidad por la integración de operaciones de ascenso continuo

Pérez Castán, Javier Alberto (2018). Impact of continuous climb operations in a high traffic density TMA = Impacto en la capacidad operativa de un TMA de alta densidad por la integración de operaciones de ascenso continuo. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.53350.

Description

Title: Impact of continuous climb operations in a high traffic density TMA = Impacto en la capacidad operativa de un TMA de alta densidad por la integración de operaciones de ascenso continuo
Author/s:
  • Pérez Castán, Javier Alberto
Contributor/s:
  • Gómez Comendador, Victor Fernando
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2018
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (UPM)
Department: Sistemas Aeroespaciales, Transporte Aéreo y Aeropuertos
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El transporte aéreo actual está sufriendo una de las mayores transformaciones en su historia debido al desarrollo de los macro programas SESAR y NextGen. Para gestionar este impresionante crecimiento, SESAR y NextGen están desarrollando nuevos procedimientos que contribuyen a la reducción del impacto medioambiental en los alrededores aeroportuarios. Estos procedimientos amigables con el medioambiente se basan en la operación de trayectorias continuas a lo largo del vuelo. Sin embargo, cada vez es más difícil usar trayectorias de vuelo óptimas debido al aumento del tráfico aéreo. Esta tesis tiene como objetivo analizar el impacto de las Operaciones de Ascenso Continuo (CCOs) en un Area de Control Terminal (TMA) de alta densidad de tráfico. Las CCOs son nuevas trayectorias optimizadas de despegue que minimizan el consumo de combustible, las emisiones y los niveles de ruido en los alrededores de los aeropuertos. Complementaria a la investigación realizada hasta ahora, esta tesis no se centra en las técnicas de optimización de estos procedimientos si no en su impacto en términos de seguridad y capacidad. La razón es que la introducción de CCOs en aeropuertos con poco tráfico aéreo no supone ningún impedimento, sin embargo, en TMAs con un elevado número de operaciones estos procedimientos pueden estar prohibidos durante las horas de mayor afluencia de tráfico. La finalidad última de la integración de CCOs es permitir el vuelo de trayectorias optimizadas por las aerolíneas. No obstante, la variabilidad asociada a los perfiles óptimos que pueden ser operados es muy grande. El diseño del espacio aéreo y de los procedimientos, así como el Control del Tráfico Aéreo (ATC) deben proporcionar un sistema del tráfico aéreo que favorezca la integración de CCOs. Una CCO no desaparece por la intervención del ATC, pero la aeronave empeora sus actuaciones. Por lo tanto, el ATC debería tener como objetivo facilitar la operación de trayectorias optimizadas libres de su interacción. Este objetivo no puede alcanzarse si n la modificación de las actuales técnicas de trabajo del ATC y del diseño del espacio aéreo. Por lo tanto, se han calculado nuevas mínimas de separación en pista para consecutivas CCOs. Estas mínimas de separación para CCOs permiten una salida libre de conflictos desde la pista hasta el nivel de vuelo. Las compatibilidades entre los flujos aéreos de CCOs y de llegadas se han evaluado mediante el desarrollo de un nuevo modelo de riesgo de conflicto. Este modelo analiza estadísticamente la probabilidad de conflicto en los cruces del espacio aéreo. Esta valoración permite conocer si el actual diseño del espacio aéreo valida la integración de trayectorias CCOs o, por el contrario, se necesita un rediseño de los procedimientos de vuelo. De este modo, se puede inferir si la integración de estas nuevas trayectorias va a requerir un elevado número de intervenciones ATC. Finalmente, esta tesis concluye con un análisis de capacidad. Este análisis necesita el desarrollo de un algoritmo de programación de aeronaves y de un algoritmo de detección y resolución de conflictos para obtener programaciones de aeronaves libres de conflictos. Además, se aplican los métodos de Monte Carlo para variar el porcentaje de CCOs considerado en una programación. Las mayores contribuciones de esta tesis son la cuantificación de nuevas mínimas de separación para CCOs, el desarrollo de un nuevo modelo de riesgo de conflicto que puede sustentar un proceso de toma de decisiones para el diseño del espacio aéreo y la cuantificación del impacto en la capacidad por la integración de CCOs. La reducción de capacidad en el TMA de palma para la integración de un 100% de trayectorias CCO supera el 30% de la capacidad teórica máxima. Sin embargo, el peor resultado de capacidad para la integración de un 100% de trayectorias CCO es mayor que la capacidad declarada actual. Esto significa que se puede alcanzar un 100% de integración de trayectorias CCO sin una reducción en la capacidad operacional declarada durante periodos pico. ----------ABSTRACT---------- Air transport is currently undergoing one of the biggest transformations in its history due to the development of the macro-programs SESAR and NextGen. To manage this growth, SESAR and NextGen are developing novel procedures that contribute to pollutant reduction in the vicinity of airports. These eco-friendly procedures are based on continuous operations throughout the flight. However, it is increasingly difficult to use flight-optimal trajectories due to the on-going growth in air traffic. This dissertation aims to assess the impact of Continuous Climb Operations (CCOs) in a high traffic density Terminal Control Area (TMA). CCOs are new optimal departing trajectories that minimise fuel consumption, emissions and noise-levels within the vicinity of airports. In contrast to previous research, this dissertation does not focus on the optimisation techniques of these procedures but the impact in terms of safety and capacity. The reason is that the introduction of CCOs in low-density airports does not mean any impediment. However, these procedures can be prevented from their use during rush hours in high-density TMAs. The ultimate goal of the CCO integration is to permit the operation of optimised trajectories by airlines. Nonetheless, the variability associated with optimised trajectories that can be operated is very large. Airspace and procedure design, as well as Air Traffic Control (ATC), must provide an air transport system that favour the integration of CCOs. A CCO is not removed by the ATC interaction, but the aircraft worsen their performances. Then, ATC should focus on facilitating the operation of optimised trajectories free of their interactions. This cannot be achieved without the modification of current ATC techniques and airspace design. Therefore, new runway separation minima are calculated for consecutive CCOs. These CCO separation minima ensure a conflict-free departure from the runway to the cruise level with other CCOs. Compatibilities between CCO and arriving flows are assessed by the development of a new conflict-risk model. This conflict-risk model statistically assesses the probability of conflict in the crossing points of the airspace. This assessment permits to know if the current airspace design validates the integration of CCOs or, conversely, a redesign of the flight procedures is required. In doing so, it can be inferred whether or not the integration of these new optimal trajectories will require a high-level of ATC interventions. Finally, this dissertation concludes with a capacity assessment. The capacity assessment needs the development of a scheduling algorithm and a conflict-detection and resolution algorithm to obtain conflict-free scheduling. Moreover, Monte Carlo methods are applied to vary the percentage of CCOs and air traffic flows considered in scheduling. Therefore, the most significant contributions of this dissertation are the quantification of new CCO runway separation minima, the development of a new conflict-risk model that could underlie a making-decision process for airspace design, and the quantification of the capacity impact by the integration of CCOs. The capacity reduction in Palma TMA for the integration of 100% CCO trajectories is over 30% of the maximum theoretical capacity. However, the worst capacity result for 100% CCO integration is major than current operational capacity. This implies that 100% CCO integration can be achieved without reducing current operational capacity during rush periods.

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Item ID: 53350
DC Identifier: http://oa.upm.es/53350/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:53350
DOI: 10.20868/UPM.thesis.53350
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 19 Dec 2018 08:28
Last Modified: 18 Jun 2019 22:30
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