Robuste Optimierung von Sinkprofilen für eine effiziente Staffelung und Sequenzierung der Luftfahrzeuge im Anflug unter Unsicherheiten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hartmut Fricke
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564608603

Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, das Potenzial der Flugbahnoptimierung von Luftfahrzeugen durch das Luftverkehrsmanagement (ATM) zu verbessern. Die Optimierung erfolgt in zwei Richtungen: robuste Optimierung für mehrere Luftfahrzeuge, die eine Ankunftssequenz bilden, und Integration der Flugbahnoptimierung in die Sequenzierung bei Wahrung der erforderlichen Sicherheitsabstände zwischen den Luftfahrzeugen. Im Rahmen einer "Strategie A" wird eine robuste Flugbahnoptimierungsmethode entwickelt, die die Berücksichtigung mehrerer Luftfahrzeuge ermöglicht. Bisherige stochastische, robuste Flugbahnoptimierungsverfahren sind auf einzelne einzelne Luftfahrzeuge begrenzt. So soll es möglich werden, individuelle Flugbahnen in das Verkehrsmanagement eines Hub-Flughafens zu integrieren. Die neuartige Optimierungsmethode soll auf der Optimal Control (OC)-basierten Theorie bei der Erzeugung diesbezüglich robuster Flugbahnen aufsetzen, mit der sich der Antragsteller seit Jahren beschäftigt. Hierbei sollen zahlreiche Unsicherheiten wie zukünftiges Wetter entlang der Flugbahn, Bestimmung der Flugzeugmasse und deren Änderung sowie Reisegeschwindigkeit und -höhe als Nebenbedingungen Berücksichtigung finden. Die zweite "Strategie B" sieht die Entwicklung einer Methode zur Integration der robusten Flugbahnoptimierung in die Sequenzierung und Separation mehrerer Luftfahrzeuge vor. Diese Integration ermöglicht die Untersuchung der Kopplungsbedingungen der einzelnen Flugbahnen (mikroskopische Perspektive) und dem resultierenden Verkehrsfluss (makroskopische Perspektive). Zudem soll diese integrierte Optimierungsmethode die Ausbreitung der Unsicherheit von einzelnen Flugbahnen auf den Verkehrsfluss berücksichtigen und so dazu beitragen, den Grad der Unsicherheit bei Sequenzierung und Separation kontinuierlich quantifizieren zu können. Auf Grundlage dieser methodischen Entwicklungen schlägt der Antragsteller neue Funktionen für Ankunftsmanagementsysteme der nächsten Generation "AMAN+" vor. Zu den neuen Funktionen gehören ein optimaler Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Luftfahrzeugen im Sinkflug (Strategie A) und eine optimale Abfolge ab Endanflug (FAF) (Strategie B). Es werden nicht nur einfache Anflugroutenstrukturen, sondern auch komplexere, aber realistische Strukturen wie Posaunen, insbesondere auch das Point Merge System (PMS), Wegabkürzungen und Konfigurationen mit mehreren Landebahnen berücksichtigt. Die Leistung der AMAN+-Funktionalitäten wird durch Simulationsstudien bewertet. Ein derartiger AMAN+ soll sodann auf einen realen Anwendungsfall angewendet werden, um das Potenzial eines weiterentwickelten, den Optimierungsergebnissen entsprechend adjustierten PMS Design - hier für den Flughafen Leipzig/Halle - zu ermitteln. Hierzu stellen der Flughafen und die Flugsicherung Testdatensätze zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen