DE10039109A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer WirbelschleppeInfo
- Publication number
- DE10039109A1 DE10039109A1 DE10039109A DE10039109A DE10039109A1 DE 10039109 A1 DE10039109 A1 DE 10039109A1 DE 10039109 A DE10039109 A DE 10039109A DE 10039109 A DE10039109 A DE 10039109A DE 10039109 A1 DE10039109 A1 DE 10039109A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- aircraft
- vortex
- turbulence
- data
- flight path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
- B64F1/36—Other airport installations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C23/00—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
- B64C23/06—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for by generating vortices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/10—Drag reduction
Abstract
Für die Bestimmung des störenden Einflusses einer von einem ersten Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe für ein zweites, nachfolgendes Fahrzeug gelingt in einer auf den Einzelfall angepassten Weise durch folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - Durchführung von so häufigen Messungen der Windgeschwindigkeit an Bord von auf dem Flugweg des ersten Flugzeugs vorher fliegenden Flugzeugen, dass aus den Änderungen der Messergebnisse Daten für die Turbulenz ableitbar sind DOLLAR A - Übermittlung der gemessenen und/oder vorausgewerteten Daten auf Positionen des Flugweges an eine Bodenstation DOLLAR A - Erstellung eines Verlaufs der Turbulenz auf dem Flugweg DOLLAR A - Bestimmung der Stärke der von dem ersten Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe unter Verwendung konstruktiver Daten des Typs des ersten Flugzeugs. DOLLAR A Damit ist eine dynamische, an den Einzelfall angepasste Staffelung hintereinander fliegender Flugzeuge möglich, wodurch beispielsweise die Kapazität von Verkehrsflughäfen erhöht wird. DOLLAR A
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des störenden Einflusses einer
von einem ersten Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe für ein zweites, auf dem Flug
weg nachfolgendes Flugzeug.
Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflus
ses einer von einem ersten Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe für ein zweites, auf
dem Flugweg nachfolgendes Flugzeug.
Das stetig steigende Passagieraufkommen im Luftverkehr führt dazu, dass auf be
stimmten Strecken immer größere Flugzeuge eingesetzt werden. Darüber hinaus
steigt die Häufigkeit des Anfliegens wichtiger Ziele, sodass zunehmend aufgrund der
Überschreitung einer kritischen Passagierzahl Direktverbindungen statt der früheren
Umsteigeverbindungen angeboten werden. Hierdurch kommt es zu einer Erhöhung
der Start- und Landefrequenzen der Flughäfen, die jedoch inzwischen zumindest in
den Hauptverkehrszeiten an ihre Kapazitätsgrenze angelangt sind bzw. diese schon
weit überschritten haben. Für einen größeren Verkehrsflughafen lässt sich abschät
zen, dass allein durch die Erhöhung der Kapazität um eine Flugbewegung pro Stun
de jährliche zusätzliche Gewinne in der Größenordnung von 10 Mio. DM zu erzielen
wären.
Die Kapazität der Flughäfen wird nicht nur durch die Passagierabfertigung oder die
Bodenabfertigung der Flugzeuge bestimmt, sondern auch durch die Tatsache, dass
die landenden und startenden Flugzeuge aufgrund ihrer Wirbelschleppen erhebliche
Turbulenzen erzeugen, die die Flugstabilität zu nahe folgender Flugzeuge beein
trächtigen und daher ein Gefährdungspotential bilden. Die Gefährdung der nachfol
genden Flugzeuge durch Wirbelschleppen wird durch gesetzlich limitierte Mindestab
stände verhindert, die häufig den entscheidenden kapazitätsbeschränkenden Faktor
eines Verkehrsflughafens bilden.
Die Mindestabstände zwischen aufeinanderfolgenden Flugzeugen wird in der Praxis
nach einer Einteilung der Verkehrsflugzeuge in drei Gewichtskategorien festgelegt.
Ein Flugzeug mit einer höchstzulässigen Startmasse von 136 000 kg oder mehr gilt
als "schwer", mit einer höchstzulässigen Startmasse von weniger als 136 000 kg und
mehr als 7 000 kg als "mittelschwer" und mit einer höchstzulässigen Startmasse von
7 000 kg oder weniger als "leicht". In einer Tabelle sind die Staffelungsmindestwerte
in nautischen Meilen (NM) bzw. in Sekunden für verschiedene Kombinationen eines
voraus fliegenden und eines nachfolgenden Flugzeuges angegeben.
Diese grobe Kategorisierung hat in der Praxis in einigen Fällen zu Fehlern geführt, da
bestimmte Flugzeugtypen eine wesentlich stärke Wirbelschleppe produzieren, als
ihrem höchstzulässige Startgewicht entspricht. Diese Flugzeuge mussten daher in
die nächst höhere Kategorie klassifiziert werden. Im Übrigen werden durch diese
schematische Behandlung aus Sicherheitsgründen Mindestabstände eingehalten, die
im Einzelfall deutlich oberhalb des tatsächlich erforderlichen Abstandes liegen.
Es ist versucht worden, die tatsächliche Position und Stärke von Wirbelschleppen
unter anderem mit optischen Verfahren, wie die Laser-Doppler-Anemometrie, zu
identifizieren. Diese Verfahren liefern jedoch nur Ergebnisse in einem beschränkten
Bereich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, die aus Si
cherheitsgründen einzuhaltenden Wirbelschleppenabstände durch eine Anpassung
an die tatsächlich herrschenden Verhältnisse zu verkürzen, um dadurch die Kapazität
eines Verkehrsflughafens zu vergrößern.
Zur Lösung dieses Problems weist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs er
wähnten Art folgende Verfahrensschritte auf:
- - Durchführung von so häufigen Messungen der Windgeschwindigkeit an Bord von auf dem Flugweg des ersten Flugzeugs vorher fliegenden Flugzeugen, dass aus den Änderungen der Messergebnisse Daten für die Turbulenz ableitbar sind
- - Übermittlung der gemessenen und/oder voraus gewerteten Daten auf Positionen des Flugweges an eine Bodenstation
- - Erstellung eines Verlaufs der Turbulenz auf dem Flugweg durch die Bodenstation
- - Bestimmung der Stärke der von dem ersten Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe unter Verwendung konstruktiver Daten des Typs des ersten Flugzeugs
- - Abschätzung des Zerfalls der Wirbelschleppe unter dem Einfluss der bestimmten Turbulenz auf dem Flugweg
- - Bestimmung einer Gefährdungsschwelle der Stärke der Wirbelschleppe für das nachfolgende zweite Flugzeug.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass die Lebensdauer
von Wirbelschleppen stark abhängig ist von den atmosphärischen Wetterverhältnis
sen, insbesondere Wind- und Turbulenzbedingungen. Eine Wirbelschleppe hat in
einer ruhigen Umgebung eine bedeutend längere Lebensdauer als in einer turbulen
ten Umgebungsluftströmung. Jeweils aktuelle Informationen über atmosphärische
Turbulenzen im Bereich der Flugbahn sind an Verkehrsflughäfen nicht verfügbar.
Eine bekannte Maßnahme besteht darin, in der Nähe von Verkehrsflughäfen Wetter
ballons aufsteigen zu lassen, mit denen meteorologische Daten, unter anderem
Winddaten, gemessen werden. Diese gemessenen Daten lassen aber keine verläss
lichen Prognosen über die Stunden später bestehende Wettersituation zu. Erfin
dungsgemäß wird ausgenutzt, dass beispielsweise für instrumentengesteuerte Lan
deanflüge von allen landenden Flugzeugen im Wesentlichen der gleiche Landekorri
dor verwendet werden muss. Es ist grundsätzlich bekannt, von Bordsensoren der
Flugzeuge ermittelte Wetterdaten auf eine Bodenstation zu übertragen, um daraus
beispielsweise den Einfluss von Seitenwind auf die nach einer gewissen Zeit noch
bestehende Existenz von Wirbelschleppen zu berücksichtigen. Erfindungsgemäß
werden jedoch nicht die für die Ermittlung einer mittleren Windgeschwindigkeit erfor
derlichen Daten gemessen und übertragen, sondern es wird die Windgeschwindigkeit
mit den bordeigenen Sensoren mit einer derartigen Häufigkeit gemessen, dass aus
der Fluktuation der Windgeschwindigkeit Daten über atmosphärische Turbulenzen
entstehen, die als Roh-Messwerte oder in vorausgewerteter Form von dem Flugzeug
auf die Bodenstation übertragen werden. Auf diese Weise kann die Bodenstation ein
immer wieder aktualisiertes Bild der Turbulenz sowie Prognosen für eine kurzfristige
zu erwartende Turbulenz auf dem Flugweg erstellen und für die Abschätzung des
Zerfalls der Wirbelschleppe unter dem Einfluss der Turbulenzen auf dem Flugweg
verwenden.
Auf diese Weise gelingt eine gegenüber den bisher verwendeten groben Klassifizie
rungen deutlich verbesserte Abschätzung des Zerfalls einer Wirbelschleppe, sodass
für das nachfolgende zweite Flugzeug regelmäßig eine angemessene Wirbelschlep
penstaffelung mit der erforderlichen Sicherheit festgestellt werden kann.
Selbstverständlich kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zusätzlich der Einfluss der Windgeschwindigkeit auf die Existenz der Wirbelschleppe
auf dem Flugweg berücksichtigt werden. Ein starker Seitenwind treibt die Wirbelschleppe
unter Umständen schnell aus dem Flugweg für das nachfolgende Flugzeu
ge hinaus.
In einer unten noch näher erläuterten Weise wird vorzugsweise die Abschätzung des
Zerfalls der Wirbelschleppe mit Hilfe eines numerischen Näherungsmodels vorge
nommen.
Zweckmäßig ist es, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gefährdungsschwelle
für das nachfolgende zweite Flugzeug in Abhängigkeit vom Typ des zweiten Flug
zeuges zu bestimmen.
Zur Lösung des oben erwähnten Problems ist ferner eine Einrichtung der oben er
wähnten Art versehen mit
- - einem Eingang zur Übernahme von eine atmosphärische Turbulenz kenn zeichnenden Messdaten, die von vorher auf dem Flugweg fliegenden Flug zeugen aufgenommen und übermittelt worden sind,
- - einer Bearbeitungsstufe zur Erstellung eines Verlaufs der Turbulenz auf dem Flugweg,
- - einer Speichereinrichtung zum Abspeichern der konstruktiven Daten von Flugzeugtypen,
- - einer Stufe zum Erstellen der Stärke der von dem ersten Flugzeug er zeugten Wirbelschleppe unter Berücksichtigung der konstruktiven Daten des Typs des ersten Flugzeugs,
- - einer Auswertungseinrichtung zur Abschätzung des Zerfalls der Wirbel schleppe unter dem Einfluss der bestimmten Turbulenz auf dem Flugweg,
- - einer Auswertungseinrichtung zur Bestimmung der Gefährdungsschwelle der Stärke der Wirbelschleppe für das nachfolgende zweite Flugzeug unter Berücksichtigung dessen konstruktiver Daten.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild für die Datengewinnung im Flugzeug,
Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Datenverarbeitung in einer Bodenstation,
Fig. 3 eine Darstellung des Aufbaus und des Zerfalls einer Wirbelschleppe,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Ansatzes zur Erstellung eines ma
thematischen Modells einer Wirbelschleppe,
Fig. 5 eine Verifikation eines mathematischen Modells an einer Simulation der
Einzelwirbel,
Fig. 6 einen Vergleich zwischen den Daten des mathematischen Modells und
Messergebnissen.
Der Ansatz für eine analytische Berechnung der Wirbelschleppen geht davon aus,
dass die Gesamtzirkulation eines Flugzeuges ┌0 als Maß für die tatsächliche Stärke
der Wirbelschleppen abgeschätzt werden kann.
Der Faktor k berücksichtigt die Verteilung der Zirkulation entlang der Spannweite.
Der quantitative Einfluss der Flugzeugparameter wird in dieser Formel deutlich: Unter
der Voraussetzung, dass der Auftrieb A dem Fluggewicht entspricht, wird die Wirbel
stärke bei gleicher Luftdichte ρ durch das Verhältnis von Gewicht zu Spannweite b
und Fluggeschwindigkeit V bestimmt. Letztere ist für Flugzeuge im Landeanflug in
der Regel vorgegeben, sodass nur die aktuelle Flugzeugmasse sowie die Spann
weite, also letztlich der Flugzeugtyp, variable Faktoren sind.
Erfindungsgemäß bildet eine genaue Prognose der Wirbelausbreitung und -alterung
zusammen mit der Berücksichtigung von Flugzeugmasse und -typ die Grundlage für
eine dynamische Festlegung der Staffelungsabstände. Während die Wirbelausbrei
tung hauptsächlich durch die Windrichtung bestimmt wird, stellt die Turbulenzinten
sität der Atmosphäre den wesentlichen Parameter für die Beurteilung des Zerfalls
und damit der Stärke von Wirbeln der Wirbelschleppe dar.
Die atmosphärische Turbulenz σW ist definiert als die Standardabweichung (Wurzel
aus der Varianz) der Windgeschwindigkeit. Mit dem Mittelwert der Windgeschwindig
keit VW über einen Zeitraum D
berechnet sich die Turbulenz zu
Die Windgeschwindigkeit V W kann dabei direkt als Differenz aus Fluggeschwindigkeit
V und Bahngeschwindigkeit V k ermittelt werden:
V W = V - V k. (4)
Die hierfür benötigten Sensoren zur Bestimmung der Fluggeschwindigkeit V und der
Bahngeschwindigkeit V k sind heutzutage in jedem Verkehrsflugzeug verfügbar. In
der Regel bekommt der Pilot auch bereits entsprechend berechnete Windinformatio
nen.
Für die Errechnung der Turbulenzdaten muss daher lediglich eine ausreichend hohe
Datenrate gewährleistet sein, um aus der Gleichung (3) - gegebenenfalls mit Hilfe
eines neuen Rechners - die Turbulenzdaten zu ermitteln.
Die Bestimmung der Turbulenz ist allerdings auch unter Benutzung anderer Para
meter (z. B. Richardson-Zahl) möglich.
Das aktuelle Bild der Wind- und Turbulenzsituation kann nun in die Atmosphären-
und Wettermodelle der Meteorologen eingebracht werden. Aus der Vorhersage der
Windgeschwindigkeit lässt sich eine Vorhersage der Wirbelausbreitung gewinnen.
Die Wirbellebensdauer wird durch die Zirkulationsabnahme infolge Turbulenz be
stimmt, wie sie nach verschiedenen in der Literatur angegebenen Ansätzen berech
net werden kann. Beispielsweise gilt nach DONALDSON
wobei b die Spannweite des wirbelerzeugenden Flugzeuges darstellt, die aufgrund
der Information über den Flugzeugtyp aus einer geeigneten Datenbank entnommen
werden kann.
Fig. 1 verdeutlicht ein Blockschaltbild für die bordeigene Gewinnung der für das
erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Daten.
Mit aerodynamischen Sensoren 1 werden Luftdaten gemessen. Diese werden kom
biniert mit Daten eines Navigationssystems 2, dass Trägheitssensoren und/oder Sa
tellitennavigationsempfänger enthalten kann. In einer Auswertungseinrichtung 3, die
durch einen separaten Rechner gebildet sein kann, werden die Turbulenzdaten,
Winddaten und Daten über die Flughöhe bzw. Flugposition zusammengestellt. In
einer Datenaufbereitung 4, die Teil des selben separaten Rechners sein kann, wer
den diese Daten zusammen mit Daten aus einem Flugmanagementsystem (FMS) 5
(z. B. den Flugzeugtyp und die aktuelle Flugzeugmasse) aufbereitet und dann z. B.
über eine Funkdatenverbindung 6 übertragen.
Fig. 2 verdeutlicht, dass die über die Funkdatenverbindung 6 übertragenen Daten in
einer Bodenstation in einer Auswertungseinrichtung 7 zur Erstellung einer Wirbelpro
gnose bezüglich der Ausbreitung und der Lebensdauer der Wirbelschleppe gelan
gen. Mit Randbedingungen eines Anflugkoordinators bzw. der Rollkontrolle 8 des
Flughafens werden in einem Rechner 9 Staffelungsempfehlungen erstellt, die für die
Rollkontrolle beim Start bzw. für die Anflugkoordination bei der Landung unmittelbar
verwendbar sind. Für die Staffelungsempfehlungen werden die FMS-Daten der
nachfolgenden Flugzeuge berücksichtigt.
Im Folgenden wird erläutert, wie mit Hilfe nummerischer Verfahren die Alterung und
Bewegung der Wirbelschleppe bis in Bodennähe berechnet werden kann, um eine
Prognose für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten auf der Basis einfacher Parameter
des wirbelerzeugenden und des nachfolgenden Flugzeuges sowie der aktuellen
Wetterdaten aus Boden- und Flugmessungen zu ermöglichen.
Jedes in Bewegung befindliche Flugzeug erzeugt Wirbelschleppen. Die Wirbel haben
unmittelbar nach der Erzeugung ihre maximale Intensität, die aufgrund des Energie
austausches mit der umgebenden Atmosphäre kontinuierlich abnimmt.
Fig. 3 verdeutlicht die Aufrollphase der Wirbelschleppe, die dann "altert" und in eine
nicht mehr kritische Luftbewegung zerfällt. Das Maß der Gefährdung durch eine Wir
belschleppe ist von vielen Parametern abhängig. Das wirbelerzeugende Flugzeug
beeinflusst unter anderem durch seine Flugmasse und den Flugzustand (z. B. der
Fluggeschwindigkeit und dem Lastvielfachen) die Stärke der entstehenden Wirbel
schleppe. Das zeitliche Verhalten von Wirbelschleppen ist abhängig von Atmosphä
renparametern, wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Atmosphärenturbulenz.
Die Reaktion des nachfolgenden, einfliegenden Flugzeuges ist wiederum abhängig
von dessen Geometrie, Masse, Flugzustand und der Reaktionszeiten des Piloten
bzw. des Autopiloten.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es besonders zweckmäßig, Wirbelschlep
pen mathematisch zu modellieren.
Jedes Flugzeug erzeugt hinter seiner Tragfläche eine Wirbelschicht in der Atmosphä
re, die sich zur Wirbelschleppe aufrollt, wie dies Fig. 4 zeigt. Aus zahlreichen ge
bundenen Einzelwirbeln 1 mit einer schematisch dargestellten gebundenen Zirkulati
onsverteilung 2 entstehen freie Einzelwirbel 3, deren Zirkulationsverteilung 4 eben
falls schematisch eingezeichnet ist. Im weiteren Verlauf rollen sich die Einzelwirbel
durch gegenseitige Beeinflussung zur Wirbelschleppe 5 auf und induzieren eine Ab
sinkbewegung der Wirbelschleppe.
Mit Hilfe einer Großrechneranlage wurde eine rechenzeitintensive Einzelwirbelsimu
lation vorgenommen. Die Wirbelschicht hinter dem Tragflügel wurde in 1 500 Einzel
wirbeln 4 diskretisiert. Die bei dieser Simulation ermittelten Translationsgeschwindig
keiten sind in Fig. 5 als gestrichelte Kurve eingezeichnet.
Als analytisches Wirbelmodel für Echtzeitanwendungen wurde eine Lösung der
NAVIER-STOKESschen Bewegungsgleichungen, der OSEEN-Wirbel zugrunde ge
legt, erweitert und an die Ergebinisse der Einzelwirbelsimulation angepasst. Die sich
daraus ergebende Kurve für den modifizierten OSEEN-Wirbel ist in Fig. 5 als
durchgehende Linie dargestellt.
Das mathematische Modell für die Errechnung der Translationsgeschwindigkeit ist in
der nachfolgenden Gleichung
dargestellt und besteht aus drei Termen, nämlich den OSEENschen Wirbeln, die Er
weiterung des Wirbelmodells durch Anpassung an die Einzelwirbelsimulation und
durch die Ergänzung eines Dissipationsterms nach Donaldson, der den Zerfall des
Wirbels unter Berücksichtigung der Turbulenz σ wiedergibt. Der Parameter s' be
schreibt hier den halben Abstand der Randwirbel nach der Aufrollphase. Die Alterung
der Wirbel von Flugzeugen großer Spannweite erfolgt somit langsamer als bei Flug
zeugen geringer Spannweite. Der Einfluss der Atmosphärenturbulenz fließt über die
Standardabweichung der Turbulenz σ in die Formel ein.
Fig. 6 gibt den Verlauf der maximal im Wirbel auftretenden Geschwindigkeiten über
der Zeit für Standardabweichungen der Turbulenzgeschwindigkeit σ zwischen 0 und
0,8 m/s im Vergleich zu Messungen wieder. Die Darstellung zeigt einen erheblichen
Einfluss der Atmosphärenturbulenz auf die Wirbellebensdauer und eine gute Über
einstimmung mit den Messungen.
Durch Einbringen des aktuellen Bilds der Wind- und Turbulenzsituation lässt sich
somit eine Vorhersage der Wirbelausbreitung und der Wirbellebensdauer gewinnen.
Hierdurch lässt sich eine individuelle Staffelung der Flugzeuge errechnen, die sowohl
die Daten des voraus fliegenden als auch des nachfolgenden Flugzeugs mit einbe
zieht. Hierdurch gelingt eine Aufhebung der bisherigen starren Klasseneinteilung zu
gunsten einer individuellen Beurteilung der aktuellen Massenverhältnisse.
Dabei müssen die Staffelungsabstände so gewählt werden, dass die Intensität der
Wirbel aufgrund des Energieaustausches mit der umgebenden Atmosphäre soweit
abgenommen hat, das keine Gefährdung für das nachfolgende Flugzeug auftritt bzw.
die Wirbelschleppe den Flugbahnbereich verlassen hat. Beim Einflug in die Wirbel
schleppe eines voraus fliegenden Flugzeuges werden entlang der Spannweite des
einfliegenden Flugzeuges unterschiedliche Zusatzanströmwinkel und -geschwindig
keiten induziert. Auf die resultierenden lokalen Antriebsänderungungen reagiert das
Flugzeug mit Translations- und Rotationsbewegungen. Bei der Beurteilung sicherer
Staffelungsabstände ist die Definition der Gefährdungsgrenze durch Wirbelschleppen
von entscheidender Bedeutung. Die absolute Gefährdungsgrenze wird erreicht, wenn
die wirbelinduzierenden Zusatzkräfte und -momente die Steuerkapazität des einflie
genden Flugzeugs überschreiten.
Dabei reichen rein stationäre Betrachtungen jedoch allein nicht aus, um das Gefähr
dungsmaß zu beurteilen. Die Gefährdung ergibt sich erst aus dem dynamischen
Antwortverhalten des Flugzeugs auf die Anregung, wobei die Reaktion des Piloten
und der Einfluss des Flugregelungssystems mit betrachtet werden muss.
Die Gefährdungen können in bekannten Echtzeit-Simulationen mit Piloten untersucht
werden. Dabei ist in Betracht zu ziehen, dass eine Steuerung von Hand im Vergleich
zur automatischen Steuerung einen zusätzlichen unbekannten Faktor darstellt, da
Zeitverzögerungen auftreten können und Reaktionen von Piloten im Allgemeinen
nicht vollständig reproduzierbar sind. Derartige Untersuchungen sind jedoch geeig
net, unter Berücksichtigung der erforderlichen Sicherheitstoleranzen die Gefähr
dungsschwelle anzugeben, unterhalb derer das Risiko von unbeherrschbaren Flug
zuständen durch Wirbelschleppen eliminiert ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich somit eine dynamische und an die
aktuellen Situationen angepasste Staffelung aufeinander folgender Flugzeuge errei
chen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Bestimmung des störenden Einflusses einer von einem ersten
Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe für ein zweites, nachfolgendes Flugzeug,
mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Durchführung von so häufigen Messungen der Windgeschwindigkeit an Bord von auf dem Flugweg des ersten Flugzeugs vorher fliegenden Flugzeugen, dass aus den Änderungen der Messergebnisse Daten für die Turbulenz ableitbar sind
- - Übermittlung der gemessenen und/oder vorausgewerteten Daten auf Positionen des Flugweges an eine Bodenstation
- - Erstellung eines Verlaufs der Turbulenz auf dem Flugweg
- - Bestimmung der Stärke der von dem ersten Flugzeug erzeugten Wir belschleppe unter Verwendung konstruktiver Daten des Typs des er sten Flugzeugs
- - Abschätzung des Zerfalls der Wirbelschleppe unter dem Einfluss der Turbulenz auf dem Flugweg
- - Bestimmung einer Gefährdungsschwelle der Stärke der Wirbelschleppe für das nachfolgende zweite Flugzeug.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich der Einfluss der Windge
schwindigkeit berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Abschätzung des Zerfalls der
Wirbelschleppe mit Hilfe eines numerischen Näherungsmodells vorgenommen
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Gefährdungs
schwelle für das nachfolgende zweite Flugzeug in Abhängigkeit vom Typ des
zweiten Flugzeugs bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem aus den aufgrund der
Messergebnisse übermittelten Daten Prognosen für die künftige Turbulenz er
stellt werden.
6. Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer von einem ersten
Flugzeug erzeugten Wirbelschleppe für ein zweites, auf dem Flugweg nach
folgendes Flugzeug mit
Durchführung von so häufigen Messungen der Windgeschwindigkeit an Bord von auf dem Flugweg des ersten Flugzeugs vorher fliegenden Flug zeugen, dass aus den Änderungen der Messergebnisse Daten für die Tur bulenz ableitbar sind,
Übermittlung der gemessenen und/oder voraus gewerteten Daten auf Po sitionen des Flugweges an eine Bodenstation,
Erstellung eines Verlaufs der Turbulenz auf dem Flugweg durch die Bo denstation,
Bestimmung der Stärke der von dem ersten Flugzeug erzeugten Wirbel schleppe unter Verwendung konstruktiver Daten des Typs des ersten Flugzeugs,
Abschätzung des Zerfalls der Wirbelschleppe unter dem Einfluss der be stimmten Turbulenz auf dem Flugweg,
Bestimmung einer Gefährdungsschwelle der Stärke der Wirbelschleppe für das nachfolgende zweite Flugzeug.
Durchführung von so häufigen Messungen der Windgeschwindigkeit an Bord von auf dem Flugweg des ersten Flugzeugs vorher fliegenden Flug zeugen, dass aus den Änderungen der Messergebnisse Daten für die Tur bulenz ableitbar sind,
Übermittlung der gemessenen und/oder voraus gewerteten Daten auf Po sitionen des Flugweges an eine Bodenstation,
Erstellung eines Verlaufs der Turbulenz auf dem Flugweg durch die Bo denstation,
Bestimmung der Stärke der von dem ersten Flugzeug erzeugten Wirbel schleppe unter Verwendung konstruktiver Daten des Typs des ersten Flugzeugs,
Abschätzung des Zerfalls der Wirbelschleppe unter dem Einfluss der be stimmten Turbulenz auf dem Flugweg,
Bestimmung einer Gefährdungsschwelle der Stärke der Wirbelschleppe für das nachfolgende zweite Flugzeug.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10039109A DE10039109A1 (de) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10039109A DE10039109A1 (de) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10039109A1 true DE10039109A1 (de) | 2002-02-28 |
Family
ID=7652017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10039109A Withdrawn DE10039109A1 (de) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10039109A1 (de) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005010554A1 (fr) * | 2003-07-25 | 2005-02-03 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Rossiyskaya Aktsionernaya Assotsiatsiya 'spetstekhnika' | Procede et systeme d'avertissement concernant l'entree possible d'un aeronef dans une zone dangereuse de sillage tourbillonnaire de generateur de tourbillons |
DE102004015459A1 (de) * | 2004-03-30 | 2005-10-20 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Trenneinrichtung und Messeinrichtung mit einer Trenneinrichtung |
WO2008094192A2 (en) | 2006-08-10 | 2008-08-07 | The Boeing Company | Aircraft wake vortex predictor and visualizer |
US7661629B2 (en) | 2004-02-20 | 2010-02-16 | The Boeing Company | Systems and methods for destabilizing an airfoil vortex |
WO2011023270A1 (de) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) | Strömungsermittlungsverfahren |
US8016244B2 (en) | 2004-02-20 | 2011-09-13 | The Boeing Company | Active systems and methods for controlling an airfoil vortex |
US8506300B2 (en) | 2003-07-25 | 2013-08-13 | Spetstekhnika | Flight simulator |
RU2496121C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" | Способ информационного обеспечения вихревой безопасности полета летательных аппаратов |
WO2014035282A1 (ru) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" (Фгбу "Фаприд") | Способ и бортовая система обеспечения минимумов дистанций продольного эшелонирования по условиям турбулентности вихревого следа |
US9037319B2 (en) | 2013-09-24 | 2015-05-19 | Honeywell International Inc. | System and method for processing and displaying wake turbulence |
US10055998B1 (en) | 2017-08-25 | 2018-08-21 | Airbus Operations (S.A.S.) | Ground-based identification of wake turbulence encounters |
US10276050B2 (en) * | 2016-05-19 | 2019-04-30 | Airbus Operations (S.A.S.) | Method making it possible to identify the proximity of a wake turbulence and to generate a report relative to that proximity |
-
2000
- 2000-08-07 DE DE10039109A patent/DE10039109A1/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NORRIS, G., WARWICK, G.: "Shear Progress", in GB-Z.: Flight international, Heft 22-28, April 1992, S. 29-31 * |
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100535684C (zh) * | 2003-07-25 | 2009-09-02 | 俄联邦司法行政部联邦国家公共机构“合法保护军事,特种及两用智能行动结果联邦协会” | 用于防止航空器进入涡流发生器尾涡流危险区的方法和系统 |
US8506300B2 (en) | 2003-07-25 | 2013-08-13 | Spetstekhnika | Flight simulator |
EA008091B1 (ru) * | 2003-07-25 | 2007-02-27 | Государственное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" При Министерстве Юстиции Российской Федерации | Способ и система предупреждения о возможности попадания летательного аппарата в опасную зону вихревого следа генератора вихрей |
WO2005010554A1 (fr) * | 2003-07-25 | 2005-02-03 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Rossiyskaya Aktsionernaya Assotsiatsiya 'spetstekhnika' | Procede et systeme d'avertissement concernant l'entree possible d'un aeronef dans une zone dangereuse de sillage tourbillonnaire de generateur de tourbillons |
US7333030B2 (en) | 2003-07-25 | 2008-02-19 | Joint Stock Company “Spetstekhnika” | Method and system for preventing an aircraft from penetrating into a dangerous trailing vortex area of a vortex generator |
US8016244B2 (en) | 2004-02-20 | 2011-09-13 | The Boeing Company | Active systems and methods for controlling an airfoil vortex |
US7661629B2 (en) | 2004-02-20 | 2010-02-16 | The Boeing Company | Systems and methods for destabilizing an airfoil vortex |
DE102004015459A1 (de) * | 2004-03-30 | 2005-10-20 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Trenneinrichtung und Messeinrichtung mit einer Trenneinrichtung |
DE102004015459B4 (de) * | 2004-03-30 | 2008-01-31 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Messeinrichtung mit einer Trenneinrichtung und Verwendung einer Trenneinrichtung |
CN101501595B (zh) * | 2006-08-10 | 2012-05-09 | 波音公司 | 飞行器尾涡预测器和观测仪 |
US8376284B2 (en) | 2006-08-10 | 2013-02-19 | The Boeing Company | Systems and methods for tracing aircraft vortices |
US7874522B2 (en) | 2006-08-10 | 2011-01-25 | The Boeing Company | Systems and methods for tracing aircraft vortices |
KR101397372B1 (ko) * | 2006-08-10 | 2014-05-19 | 더 보잉 컴파니 | 항공기의 항적 와류 예측장치 및 시각화장치 |
WO2008094192A2 (en) | 2006-08-10 | 2008-08-07 | The Boeing Company | Aircraft wake vortex predictor and visualizer |
JP2010500217A (ja) * | 2006-08-10 | 2010-01-07 | ザ・ボーイング・カンパニー | 航空機の後流渦予測および視覚化 |
US7686253B2 (en) | 2006-08-10 | 2010-03-30 | The Boeing Company | Systems and methods for tracing aircraft vortices |
WO2008094192A3 (en) * | 2006-08-10 | 2008-12-11 | Boeing Co | Aircraft wake vortex predictor and visualizer |
RU2463638C2 (ru) * | 2006-08-10 | 2012-10-10 | Дзе Боинг Компани | Устройство прогнозирования и визуализации вихрей в спутном следе летательного аппарата |
DE102009039016B4 (de) * | 2009-08-28 | 2012-05-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Strömungsermittlungsverfahren |
DE102009039016A1 (de) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Strömungsermittlungsverfahren |
WO2011023270A1 (de) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) | Strömungsermittlungsverfahren |
US9075074B2 (en) | 2009-08-28 | 2015-07-07 | Deutches Zentrum fuer Luft- und Raumfahrt e.V. | Flow determination method |
RU2496121C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" | Способ информационного обеспечения вихревой безопасности полета летательных аппаратов |
WO2014035282A1 (ru) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" (Фгбу "Фаприд") | Способ и бортовая система обеспечения минимумов дистанций продольного эшелонирования по условиям турбулентности вихревого следа |
RU2525167C2 (ru) * | 2012-08-30 | 2014-08-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" (Фгбу "Фаприд") | Способ и бортовая система обеспечения минимумов дистанций продольного эшелонирования по условиям турбулентности вихревого следа |
US9466220B2 (en) | 2012-08-30 | 2016-10-11 | Fsbi (<<Falpiar>>) | Method and on-board system for ensuring the minimum longitudinal separation distance under wake turbulent conditions |
US9037319B2 (en) | 2013-09-24 | 2015-05-19 | Honeywell International Inc. | System and method for processing and displaying wake turbulence |
US10276050B2 (en) * | 2016-05-19 | 2019-04-30 | Airbus Operations (S.A.S.) | Method making it possible to identify the proximity of a wake turbulence and to generate a report relative to that proximity |
US10055998B1 (en) | 2017-08-25 | 2018-08-21 | Airbus Operations (S.A.S.) | Ground-based identification of wake turbulence encounters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1701178B1 (de) | Verfahren und system zur verhinderung, dass ein flugzeug in einen gefährlichen nachzugswirbelbereich eines wirbelerzeugers eindringt | |
DE102005058081B9 (de) | Verfahren zur Rekonstruktion von Böen und Strukturlasten bei Flugzeugen, insbesondere Verkehrsflugzeugen | |
EP3479181B1 (de) | Verfahren und assistenzsystem zur detektion einer flugleistungsdegradierung | |
EP2419795B1 (de) | Verfahren zur bestimmung von lokalen beschleunigungen, dynamischen lastverteilungen und aerodynamischen daten bei einem luftfahrzeug | |
DE102010022673B4 (de) | Partikelsensor für in-situ Atmosphärenmessungen | |
EP2340438B1 (de) | Strömungsermittlungsverfahren | |
DE10039109A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe | |
EP2593363B1 (de) | Früherkennung eines wirbelringstadiums | |
DE602005003219T2 (de) | Verfahren zur Steuerung eines Flugzeugs | |
WO1997034276A1 (de) | Verfahren zur erkennung eines kollisionsrisikos und zur vermeidung von kollisionen in der luftfahrt | |
CN105518763B (zh) | 飞机航行用信息生成装置以及飞机航行用信息生成方法 | |
DE3421441C2 (de) | ||
CN105956790A (zh) | 低空飞行态势安全性评估指标及其评估方法 | |
Mirmohammadsadeghi et al. | Enhancements to the runway capacity simulation model using the asde-x data for estimating airports throughput under various wake separation systems | |
CN111175852B (zh) | 一种基于长短时记忆算法的机场大雾预报预警方法 | |
DE102011112121B4 (de) | Strömungsermittlung | |
Krüs | Criteria for crosswind variations during approach and touchdown at airports | |
Pei et al. | In-flight icing risk prediction and management in consideration of wing stall | |
EP2670665B1 (de) | Anordnung zur beschleunigung eines zerfalls von wirbelschleppen im kurzen endteil eines anflugs auf eine landebahn umfassend die landebahn und eine erdbodenoberfläche mit einer oberflächenstruktur | |
DE3639398C1 (en) | Arrangement for determining the wind gradient on board an aircraft | |
Comer et al. | Data-Driven General Aviation Aircraft Performance Modeling and Safety Research | |
Croom | Evaluation of flight spoilers for vortex alleviation | |
Bass | Towards a pilot-centered turbulence assessment and monitoring system | |
CH719968A1 (de) | Luftdatenanzeigeeinrichtung und Verfahren zur Kalibrierung dieser Einrichtung | |
Ringnes et al. | Analysis of aerodynamic coefficients using gradient data: Spanwise turbulence effects on airplane response |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |