An innovative approach for integrated airline network and aircraft family optimization

The determination of optimal aerial transport networks and their associated flight frequencies is crucial for the strategic planning of airlines, as well as for carrying out market research, to establish target markets, and for aircraft and crew rostering. In addition, optimum airplane types for the selected networks are crucial to improve revenue and to provide reduced operating costs. The present study proposes an innovative approach to determine the optimal aerial transport network simultaneously with the determination of the optimum fleet for that network, composed of three types of airplanes (network and vehicle integrated design). The network profit is maximized. The passenger’s demands between the airports are determined via a gravitational model. An embedded linear programming solution is responsible for obtaining potential optimal network configurations. The optimum fleet combination is determined from a database of candidate aircraft designs via genetic algorithm. A truly realistic airplane representation is made possible thanks to accurate surrogate models for engine and aerodynamics is adopted. An accurate engine deck encompassing a compression map and an innovative engine weight calculation besides an aerodynamical artificial neural network module enable a high degree of accuracy for the mission analysis. The proposed methodology is applied to obtain the optimum network comprised of twenty main Brazilian airports and corresponding fleet.     

大型航空运输企业航班恢复系统(RM)应用研究

随着航空公司机队规模和运营航线的不断扩大,在发生大面积航班延误时,航空公司需要快速计算出最优的航班恢复方案。为了提高运行控制效率,探索一种优化控制的方法,根据经济效益、航班正常等不同的目标要求,计算出最优的运行方案,最终达到快速、高效地调配航班。分析了大型航空运输企业不正常航班恢复的主要场景,在此基础上筛选了制约航班恢复的关键约束条件,设计了航班恢复和校验的基本逻辑,通过应对台风处置的实际案例,验证了某大型航司和美国世博公司的航班恢复系统(RM)在实际案例应用中的效果,总结了该航班恢复系统的优点和存在的风险及短板。实践表明,该系统可缩短2 h航班运行恢复时间,平均每个受影响航班减少延误30 min,减少相应的成本2万元,提升整体航班正常率3%~5%。     

涡轮风扇发动机减推力起飞必要性分析

减推力起飞(也称灵活推力起飞)是目前大型、重型民航飞机较为常见的起飞方式。在飞行条件允许的情况下，采用减推力起飞可降低航空公司的运行成本，大大提高发动机使用寿命，有效降低发动机空中停车率，对确保飞行安全具有重要意义。     

非正常航班管理中的飞机恢复问题研究

航空运输中时常会受到各种因素的干扰,形成非正常航班。非正常航班若得不到及时有效处理,会给航空公司带来巨大损失,因此航空恢复问题显得十分重要。主要针对航空公司飞机恢复问题进行了研究。利用原时刻表,综合考虑航班时间约束、飞机维护约束、机场容量约束和飞机容量约束,并结合航空公司运行实际,建立了飞机恢复模型。模型中对飞机恢复成本进行了细分,并以成本最小为目标函数。为解决该问题,设计了一个启发式算法。通过使用某航空公司的数据,对模型进行了计算,对算法进行了测试。计算结果表明,启发式算法可以较好解决飞机恢复问题,所得该方案能较好地符合航空公司要求。     

多跑道航班进离场动态调度模型与算法

针对民航运输快速发展导致的航班延误频增现象,研究了多跑道航班进离场的动态调度问题。研究时段内航班的总延误成本最小和延误时间均衡为目标,综合考虑根据机型确定的航班进离场调度优先权和管制员负荷,建立多跑道航班进离场调度模型,利用遗传算法对模型进行仿真验证。仿真结果与先到先服务(FCFS)调度方式进行比较,采用遗传算法的航班进离场调度比FCFS的延误成本降低了45.07%,延误时间降低了37.90%,同时有效地均衡了航空公司的延误时间,保障了航空公司的公平性并提高了跑道系统容量,降低了管制员负荷。通过仿真验证了多跑道航班进离场动态调度策略具有较强的优势和可行性。     

中国民航运输业缝隙市场竞争博弈分析

基于缝隙市场理论和博弈理论，新建了缝隙市场竞争博弈模型，分析了中国民航运输业在规制放松过程中不同市场结构下新航空公司和原在位航空公司之间的市场竞争行为，证明了新航空公司运用缝隙市场竞争策略既可以较大可能地避免在位者的挤压，也能最大程度地获得规制者的优先容纳。缝隙市场竞争策略是新进入者参与市场博弈的占优策略。     

四横四纵高铁网络对航空的分流模型及其应用

随着四横四纵高铁网络的逐年开通运行,国内数以百计的城市对航线客流量都会受到高铁开通的分流影响。建立高铁网络对航空旅客的分流模型,使其能够定量地分析高铁网络对航空客运市场的整体分流影响或单一高铁线路开通时的区域分流影响,有助于准确地预测国内航空运输市场的发展与变化。分流模型采用了计量经济学方法,以旅行时间差和票价浮动作为基本变量,收集国内外航空运输数据和高铁运营数据进行统计分析,得出四横四纵高铁网络对整体航空市场和京沪航线上的分流效应。高铁网络对航空旅客分流影响研究将对国内航空运输市场预测和航线优化产生重要的作用。     

航班调度应急管理研究

航班调度应急管理是针对频发、突发事件的管理方法,它以提高顾客利益与航空公司利益的综合效应为目标,涵盖了制定航班计划到执行计划的整个过程.本文就航班调度应急管理的两种方法：鲁棒调度与受扰恢复策略,论述了两者的研究重点、数学模型和算法.     

中美波音机型成本比较分析

在国内航空运输业中,飞机拥有费、维修费和燃油费大约占航空公司总成本的57.2%。中国航空公司若想实施低成本的经营战略,就必须竭尽全力降低这三大费用。对于中国民航具有典型代表意义的B767-300,B747-400和B737-300机型与美国骨干航的对比分析,说明当飞机日利用率以及机队规模数量等增加时,费用的单位成本就会降低。     

基于Wiener过程的民用航空发动机性能可靠性预测

通过对民用航空发动机性能退化数据的分析,提出了一种有效融合先验退化数据和现场退化数据的性能可靠性评估和剩余寿命预测方法.首先在先验退化数据的基础上确定Wiener过程参数的先验分布,然后利用贝叶斯方法融合新增的现场数据,对Wiener过程参数进行更新,并在此基础上对单台发动机进行性能可靠性评估和剩余寿命预测.该方法能根据现场退化数据不断地对可靠性和剩余寿命进行更新.最后通过某航空公司发动机性能退化数据验证文中提出的方法,结果表明41号发动机在2000循环和3000循环时预测的剩余寿命相对误差分别为0.060和0.018,可以满足航空公司发动机下发计划制定的实际需要.      

飞机结构健康监测技术

飞机结构健康监测技术已经在实验室实验及飞行试验中得到了成功验证,随着技术成熟度的持续提升,在未来数年,该项技术具备极大的装机应用的可能性。飞机结构健康监测技术是一项通过传感器等硬件获取结构或系统数据信息为核心的创新性技术,该项技术能够在飞机的设计、制造、运营和维护等各个过程中发挥重要作用,同时,也是未来智能航空的关键组成部分。此外,随着人工智能、大数据、5G以及物联网概念的推进,航空结构健康监测技术的发展得到了一次飞跃的契机。本文首先全面的分析了飞机结构健康监测技术为航空领域带来的益处,并对其关键技术和应用现状进行了系统性的阐述,最后基于现有理论知识与先前工程经验创新性地提出一套民用飞机健康管理策略。     

ATM and FIS data link services

The Federal Aviation Administration (FAA) currently has under development data link services for Air Traffic Management (ATM), Flight Information Service (FIS), and communications, navigation, and surveillance (CNS). These services will be provided over the Aeronautical Telecommunications Network (ATN), a worldwide data network intended to provide data communications connectivity among mobile aircraft, airlines, and civil aviation authorities. The ATM and FIS services currently under development are part of an evolutionary process that will begin, for the most part, with duplication of voice services. In the future, services will facilitate a common source of data for pilots, controllers, and flight planners, as well as computer-to-computer communications between ground based and airborne automation systems. These future services will provide benefits such as the use of optimum aircraft tracks and flight profiles     

基于二进制粒子群算法的战时航空网络规划研究

领空作为国家资源的一部分,其使用、调配关系到国家的安全与发展,在战时,将更多的空中资源调配给军航使用,有利于保障军事行动的顺利进行。基于此,提出一种基于二进制粒子群算法(BPSO)的战时航空网络规划方法。首先,对航空网络建模,收集航班数据;其次,建立航空网络性能评价体系;然后,以使用尽可能少的民航机场维持预期网络性能为目标,以作战意图和战场环境为约束条件,通过BPSO 算法进行求解;最后,进行仿真分析。结果表明:该方法能够结合作战意图、反映战场环境、合理调配航空资源,为战时航空管制工作提供决策依据。     

基于航材库存成本的民机LRU划分层级研究

民用飞机航线可更换单元是航空器维修保障的基本单元,其划分方式直接影响着航材的库存成本及航班保障率。 首先明确了 LRU 划分的三个层级,分别为航线可更换单元( line replaceable unit, 简称 LRU) 、航线可维修件( line maintenance part, 简称 LMP) 、厂家可更换单元( shop replaceable unit, 简称 SRU) 。 然后通过对航材库存成本组成要素的研究,明确了库存成本主要包含订货成本、持有成本、缺货成本和送修成本四个因素,并在持有成本中确定了仓储成本与航材价格、数量和种类成正相关,进而提出了 LRU 划分因子,并建立了在确保航材保障率达标的前提下,航材库存成本最低为目标函数,确定最优的 LRU 划分层级模型。 以某航空公司的实际运营数据为例,确定了某液压系统压力模组件的 LRU 划分层级。 最后,从航材库存成本的角度,随着 LRU 划分层级的降低,将会使得航材种类和数量大幅增加,从而提升航司管理成本。     

Depeaking – economic optimization of air traffic systems

More than half of all flights in and out of Frankfurt International Airport are conducted by Lufthansa airlines, as it is one of their two major hubs. The so called hub and spokes systems allow airlines to bundle major passenger flows via connecting flights across the in- and outbound traffic. The reliability of these transfer connections, and specifically the arrival punctuality at the hub airports are crucial to the economics of the daily operation.Since Frankfurt International Airport has lately been one of the most congested airports in Europe, delays (in particular arrival delays) have increased quite significantly throughout the last years. To compensate for additional queueing time in the arrival processes, the scheduled block times inbound Frankfurt were continuously adjusted upwardly keeping the arrival punctuality (and thereby the connection reliability) close to stable. The two disadvantages of this approach have been the decrease in aircraft productivity and over-deliveries in peak hours, which in turn induce either additional block time delay or ground delay programs inbound Frankfurt.This paper introduces an iterative stochastic-simulation approach that models the vicious circle of lengthening block times and increased over-deliveries. In a second step it quantifies the operational and economical effects of depeaking the schedule and illustrates the overall growth potentials for the depeaked operation of the airport. The schedule was successfully implemented in Frankfurt in summer 2004.     

基于带漂移的布朗运动的民用航空发动机实时性能可靠性预测

以民用航空发动机为研究对象,运用性能退化可靠性理论和随机过程方法,对发动机的可靠性进行了研究.通过分析发动机性能退化过程,建立了基于带漂移的布朗运动的可靠性模型,利用布朗运动特性研究了基于当前状态的退化时间预测方法,实例证明,该方法可操作性强,易于工程实现,为航空公司进行发动机机队科学管理提供了基础.      

效益和公平性的多跑道航班调度精确算法研究

机场终端区航班拥堵延误现象日趋严重.机场管理者,一方面要减少航班总延迟成本,另一方面也要维持航空公司间竞争公平性.为多跑道航班协同调度问题建立双目标规划模型,为了精确求解优化问题的Pareto前沿,开发出epsilon约束算法.最后通过算例来说明模型的可行性和算法的有效性.利用数学规划理论建模并开发精确求解算法,为机场资源优化研究提供重要参考.     

基于干支联运的中国支线运营模式研究

中国航空公司、机场集团、地方政府等各方不断探索支线航空运营模式,但中国支线航空机遇与困境并存。从打造干支联运模式角度出发,剖析了支线航空当前所面临的问题,并借鉴美国支线航空发展历程,为中国干支联运模式打造提出可参考的建议。     

民用飞机性能选型评估研究

随着航空公司机队规模的不断扩大,系统有规划地进行飞机性能选型和根据不同的航线市场需求进行机型匹配是相当重要的。 根据航空公司性能选型要求、民航规章和航空公司航线运营分析报告,建立了以飞机性能优劣度为顶层目标的性能选型指标体系,分为 4 个一级指标,19 个二级指标,使用层次分析法得到主观权重,利用熵权法得到客观权重,通过组合赋权法将主观权重和客观权重结合,得到组合权重,权重大小排序靠前的为推重比、直接运行成本、单发小时耗油量、座公里成本、单发推力。 然后基于灰色关联-TOPSIS 法建立飞机性能选型评估模型,选取四种典型机型进行综合评价,得到各个机型的贴近度和排名情况,从而得出了民用飞机性能选型评估方法,为航空公司选购新型飞机时提供理论依据。     

一种基于模式寻优的舰载机实时回收方法

为了解决舰载机的回收决策问题，提出一种基于模式寻优的舰载机实时回收方法。通过对典型回收模式的计算分析，寻求最佳的回收模式，解决舰载机回收过程中通用因素带来的回收决策问题。在此基础上，提出一种考虑优先级的时间域区间集算法，解决舰载机回收过程中随机因素带来的回收决策问题，即在既定的回收群体下，寻求最佳的回收序列。仿真结果表明，基于模式寻优的舰载机实时回收方法能够处理复杂多变的回收限制因素，得到合理可行的回收决策方案。