Dynamischer Sinkflug für sparsameres Landen

Hohe Verkehrsdichten, kurzfristige Geschwindigkeitsvorgaben der Flugsicherung und Änderungen der geplanten Flugroute zwingen Besatzungen häufig dazu, das Flugprofil anzupassen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat daher fast 1.000 simulierte Anflüge, mit mehr als 70 Pilotinnen und Piloten an sieben Flughäfen erprobt. Das Forschungsprojekt DYN-MARS (Dynamic Management of Aircraft Configuration and Route Structures) konnte neue Verfahren für treibstoffsparende und lärmärmere Sink- und Landeanflüge unter realitätsnahen Verkehrsbedingungen zeigen.

Sinkprofil im Anflug dynamisch

DYN-MARS verbindet zwei Ansätze: Die dynamische Neuberechnung des vertikalen Flugprofils und die digitale Übermittlung erwarteter Flugrouten in das Cockpit. Die Forscher entwickelten ein erweitertes Flugmanagementsystem, das das vertikale Flugprofil nach taktischen Geschwindigkeitsanweisungen der Flugsicherung automatisch neu berechnet. Dadurch kann ein Flugzeug seinen Sinkflug auch unter veränderten Bedingungen möglichst lange mit Leerlaufschub fortsetzen.

"Mit der dynamischen Neuberechnung kann das Flugmanagementsystem kurzfristige Vorgaben der Flugsicherung berücksichtigen und zugleich einen möglichst energieeffizienten Sinkflug beibehalten. Die Versuche zeigen, dass sich dieses Prinzip auch in komplexen und stark frequentierten Flughafennahbereichen umsetzen lässt", sagte Dr. Fethi Abdelmoula, Koordinator des Projekts DYN-MARS vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik.

Flugroute ins Cockpit hochgeladen

Zusätzlich erprobte das Projektteam sogenannte Routen-Uplinks über Controller-Pilot Data Link Communications, kurz CPDLC. Damit können Fluglotsinnen und Fluglotsen eine erwartete Abkürzung oder Routenänderung direkt an das Flugmanagementsystem übermitteln.

Das System lädt die Route zunächst als sekundären Flugplan. Sobald die Freigabe vorliegt, kann die Besatzung sie aktivieren. Das Flugmanagementsystem kennt dadurch den voraussichtlichen weiteren Flugweg früher und kann das Sinkprofil genauer darauf abstimmen.

"Die digitale Routenübermittlung verbessert die Planbarkeit des Anflugs für Cockpit und Flugsicherung. Gleichzeitig verringert sie manuelle Eingaben und schafft eine wichtige Voraussetzung für stärker automatisierte und effizientere Anflugverfahren", sagte Abdelmoula.

Air Traffic Management für den Simulator

Für die Validierung integrierten die Forscherinnen und Forscher das erweiterte Flugmanagementsystem in die Simulationsumgebung des DLR-Simulatorzentrums AVES (Air Vehicle Simulator) des DLR-Instituts für Flugsystemtechnik. Dafür koppelte das Team den Simulator mit dem Air Traffic Management Simulator ATMOS (Air Traffic Management and Operations Simulator) des DLR-Instituts für Flugführung und mehreren Desktop-Pilotenstationen. In einem weiteren Versuchsschritt verbanden sie die Umgebung mit dem Simulator ESCAPE (EUROCONTROL simulation capability and platform for experimentation) von EUROCONTROL.

Die Pilotinnen und Piloten flogen über 60 Szenarien mit unterschiedlichen Verkehrssituationen, Geschwindigkeitsvorgaben und Routenänderungen. Mehr als 70 Pilotinnen und Piloten absolvierten fast 1.000 simulierte Anflüge, die ihnen durch Fluglotsen aus den gekoppelten Air Traffic Management Simulatoren vorgegeben wurden. Die Ergebnisse zeigten die realitätsnahe Umsetzbarkeit energieoptimierter Sinkflüge mit Leerlaufschub und digital übermittelte Routen auch bei hoher Verkehrsdichte.

Grundlage für das Folgeprojekt DYN-MAX

Die in DYN-MARS validierten Technologien entwickeln die Forscher im Folgeprojekt DYN-MAX (Dynamic Aircraft Energy Management in ATC-Complex Environments) weiter. Geplant ist unter anderem die Einbindung eines Optimierungssystems für das Steigverhalten beim Abflug (Air Departure Optimizer, ADO). Damit wollen sie die energieeffiziente Flugführung künftig auch auf Abflugverfahren ausweiten.

Auf den Bildern

DLR-Testpilot im DLR-Airbus-A320-Simulatorcockpit: Die Funktionalität des erweiterten DYN-MARS-Flugmanagementsystems wurde mit Hilfe von Testpiloten im Airbus-A320-Simularorcockpit in umfangreichen Experimenten getestet und bewertet.

Forschende im DYN-MARS-Versuch im DLR-ATMOS: Bis zu 30 weitere Flugzeuge wurden im DLR Air Traffic Management Simulator (ATMOS) oder bei EUROCONTROL generiert, um die Verkehrsdichte auf ein reelles Niveau zu erhöhen.

Piloten am Desktopsimulator im DYN-MARS-Versuch: Die DYN-MARS-Lösung wurde für den komplexen, stark frequentierten Flughafennahbereich entwickelt. Zur Erforschung des Potentials der Lösung wurde das Verkehrsgeschehen mittels Desktop-Simulations-Stationen im AVES realitätsgetreu nachgebildet, wobei DLR-Testpiloten sowohl herkömmliche Flugmanagementsysteme als auch Systeme mit DYN-MARS-Funktionalitäten testeten.

Fluglotsen im Simulatorzentrum von EUROCONTROL: Im Zuge des EU-geförderten DYN-MARS-Projekts wurden die Simulatorzentren von EUROCONTROL und DLR miteinander verbunden. Der im DLR simulierte Flugverkehr wurde von DYN-MARS-Testlotsen in Brétigny, Frankreich überwacht und gesteuert.

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