Trajectory optimization of an innovative-turbofan-powered aircraft based on particle swarm approach for low environmental impact

La planificación de la ruta de vuelo en la aviación civil trata de reducir al mínimo el costo total de la operación, manteniendo al mismo tiempo altos niveles de seguridad. Por lo tanto, el aumento del número de rutas aéreas, así como del tráfico aéreo en la aviación comercial, plantea nuevos desafí...

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Autores:
Colmenares Quintero, Ramón Fernando
Góez Sánchez, Germán David
Colmenares Quintero, Juan Carlos
Tipo de recurso:
Article of journal
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Cooperativa de Colombia
Repositorio:
Repositorio UCC
Idioma:
OAI Identifier:
oai:repository.ucc.edu.co:20.500.12494/17436
Acceso en línea:
https://doi.org/10.1080/23311916.2019.1575637
https://hdl.handle.net/20.500.12494/17436
Palabra clave:
Emisiones aeronáuticas
Objetivos de Desarrollo Sostenible
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description La planificación de la ruta de vuelo en la aviación civil trata de reducir al mínimo el costo total de la operación, manteniendo al mismo tiempo altos niveles de seguridad. Por lo tanto, el aumento del número de rutas aéreas, así como del tráfico aéreo en la aviación comercial, plantea nuevos desafíos para la planificación de rutas óptimas. En este trabajo se propone un método para planificar las rutas utilizando una técnica de bioinspiración llamada Optimización de los enjambres de partículas (PSO). Dicho método tiene como objetivo obtener la distancia más corta entre dos puntos, reduciendo así las emisiones de NOX, CO2 y H2O. El análisis del consumo de combustible y de las emisiones se llevó a cabo utilizando una herramienta de simulación multidisciplinaria, el Preliminary Marco de Diseño Multidisciplinario (PMDF). Este último se aplicó a una aeronave de configuración convencional impulsada por un innovador motor turbofán. El planificador proporciona una nueva ruta con la distancia de vuelo más corta posible y, al mismo tiempo, tiene en cuenta los obstáculos inesperados en la ruta, minimizando así el consumo de combustible y las posibles emisiones contaminantes a la atmósfera. Este es uno de una serie de trabajos que utilizarán la herramienta de diseño propuesta. Una vez concluidos estos estudios, se evaluarán diferentes escenarios económicos y medioambientales.
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En este trabajo se propone un método para planificar las rutas utilizando una técnica de bioinspiración llamada Optimización de los enjambres de partículas (PSO). Dicho método tiene como objetivo obtener la distancia más corta entre dos puntos, reduciendo así las emisiones de NOX, CO2 y H2O. El análisis del consumo de combustible y de las emisiones se llevó a cabo utilizando una herramienta de simulación multidisciplinaria, el Preliminary Marco de Diseño Multidisciplinario (PMDF). Este último se aplicó a una aeronave de configuración convencional impulsada por un innovador motor turbofán. El planificador proporciona una nueva ruta con la distancia de vuelo más corta posible y, al mismo tiempo, tiene en cuenta los obstáculos inesperados en la ruta, minimizando así el consumo de combustible y las posibles emisiones contaminantes a la atmósfera. Este es uno de una serie de trabajos que utilizarán la herramienta de diseño propuesta. Una vez concluidos estos estudios, se evaluarán diferentes escenarios económicos y medioambientales.Flight route planning in civil aviation seeks to minimize the total cost of the operation while maintaining high safety standards. Therefore, the increase in the number of air routes as well as air traffic in commercial aviation poses new challenges for planning optimal routes. This work proposes a method to plan routes using a bio-inspired technique called Particle Swarm Optimization (PSO). Such method aims to obtain the shortest distance between two points, thus reducing NOX, CO2 and H2O emissions. The analysis of fuel consumption and emissions was carried out using a multidisciplinary simulation tool, the Preliminary Multidisciplinary Design Framework (PMDF). The latter was applied to an aircraft with a conventional configuration powered by an innovative turbofan engine. The planner provides a new route with the shortest possible flight distance and, at the same time, considers unexpected obstacles on the route, thus minimizing fuel consumption and possible polluting emissions into the atmosphere. This is one of a series of works that will use the proposed design tool. Different economic and environmental scenarios will be evaluated once such studies are concluded.https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000192503https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001358296https://orcid.org/0000-0003-1166-1982http://orcid.org/0000-0001-7658-0994http://orcid.org/0000-0003-3701-6340https://scienti.minciencias.gov.co/gruplac/jsp/visualiza/visualizagr.jsp?nro=00000000019115ramon.colmenaresq@campusucc.edu.cogermangoez@itm.edu.cojcarloscolmenares@ichf.edu.plhttps://scholar.google.com/citations?user=9HLAZYUAAAAJ&hl=eshttps://scholar.google.pl/citations?user=9spgFMUAAAAJ&hl=pl1-13 p.Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingenierías, Ingeniería Civil, Medellín y EnvigadoIngeniería CivilMedellínhttps://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23311916.2019.1575637Cogent EngineeringAeronautica Civil Colombiana. (2014a). B0-10 FRTO Mejores operaciones mediante trayectorias en ruta mejoradas. Retrieved from http://www.aerocivil.gov. co/Aerocivil/PlanGestControl/PoliticasPlanesProy/ ProgramasyProyectosenEjecucion/PNA COLASBU B0- 10 FRTO.pdfAeronautica Civil Colombiana. (2014b). B0-40 TBO Mayor seguridad operacional y eficiencia mediante aplicación inicial de servicios en ruta de enlace de datos. Retrieved from http://www.aerocivil.gov.co/ Aerocivil/PlanGestControl/PoliticasPlanesProy/ ProgramasyProyectosenEjecucion/PNA COLASBU B0- 40 TBO.pdfAeronáutica Civil Colombiana. (2015). Autoridad Aeronáutica. Retrieved from http://www.aerocivil. gov.co/AAeronautica/Paginas/Inicio.aspxBerton, J. J., & Guynn, M. D. (2012, April). Multi-objective optimization of a turbofan for an advanced, single-aisle transportCarlos, J., Quintero, C., & Carlo, M. (2009). GT2009–59096, C (pp. 1–15). Retrieved from http://proceedings.asme digitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid= 1647074Clerc, M. (2005). 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Cogent Engineering, 5, 1. doi:10.1080/ 23311916.2018.1429984Góez, G.-D. (2016). Planeamiento de rutas en vehículos aéreos no tripulados usando algoritmos bio-inspirados sobre sistemas. Instituto Tecnológico Metropolitano. Retreived from https://repositorio.itm.edu.co/jspui/bit stream/itm/107/1/GoezSanchezGermanDavid2016. pdfGóez, G.-D., Velásquez, R.-A., & Botero, J.-S. (2016). Online route planning of Uav using particle swarm optimization on microcontrollers. IEEE Latin America Transactions, 14, 4. doi:10.1109/TLA.2016.7483504Goez, J. V. (2018). Performance comparison of particle swarm optimization and Cuckoo search for online route planning. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 33(10), 40–50. doi:10.1109/ MAES.2018.170116ICAO. 2009. Manual de diseño de procedimientos de performance de navegación requerida con autorización obligatoria (RNP AR). O. de A. C. Internacional, 2009th, 2010. 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Online route planning for UAV based on model predictive control and particle swarm optimization algorithm. 60925011. 397–401. doi:10.1109/WCICA.2012.6357907Emisiones aeronáuticasObjetivos de Desarrollo SosteniblePlanificación de la trayectoriaOptimización multiobjetivoTrayectoria optimaAircraft emissionsSustainable Development GoalsTrajectory planningMultiobjective optimizationOptimal trajectoryTrajectory optimization of an innovative-turbofan-powered aircraft based on particle swarm approach for low environmental impactArtículohttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionAtribucióninfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2PublicationORIGINALTrajectory_optimization_innovative_licenciauso.pdfTrajectory_optimization_innovative_licenciauso.pdfLicencia de 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