DE10039109A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe

Info

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Withdrawn
Application number
DE10039109A
Other languages
English (en)
Inventor
Gunther Schaenzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE10039109A priority Critical patent/DE10039109A1/de
Publication of DE10039109A1 publication Critical patent/DE10039109A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64FGROUND 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
    • B64F1/00Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B64F1/36Other airport installations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C23/00Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
    • B64C23/06Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for by generating vortices
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/10Drag 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.
DE10039109A 2000-08-07 2000-08-07 Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des störenden Einflusses einer Wirbelschleppe Withdrawn DE10039109A1 (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NORRIS, G., WARWICK, G.: "Shear Progress", in GB-Z.: Flight international, Heft 22-28, April 1992, S. 29-31 *

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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