AI Summary & Key Takeaways
AI InsightThe contribution of this work in terms of its originality and broader impact is summarized in the results section.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Air Traffic Controllers can issue commands such as altitude changes, heading adjustments, or speed modifications to pilots based on the position and velocity of aircraft in the airspace. While these instructions play a crucial role in maintaining airspace safety and have been the focus of numerous studies in the literature, the process of aircraft returning to their original trajectories after conflict-avoidance maneuvers emerges as a distinct and less explored problem. On the other hand, fuel costs constitute one of the largest components of total operational expenses in the aviation industry. Reducing fuel consumption not only offers economic benefits but also contributes significantly to lowering carbon emissions and promoting environmental sustainability. This study proposes an approach to determine the type and timing of maneuvers required for an aircraft to return to its original route after conflict-avoidance commands involving changes in heading, altitude, or speed. The objective is to enhance flight performance while minimizing fuel consumption. Additionally, the fuel cost incurred during the return phase is directly influenced by the initial conflict-avoidance maneuvers. In this study, a mathematical model was developed to optimize return-to-route scenarios following conflict-avoidance actions. A user-friendly decision support system was also designed using the Python programming language to assist air traffic controllers. Simulations conducted using the ESCAPE flight simulator analyzed fuel consumption and carbon emissions by taking variables such as speed, altitude, and heading as inputs and fuel consumption as the dependent variable. Furthermore, this study contributes to the United Nations Sustainable Development Goal of “Affordable and Clean Energy” by offering a potential solution to reduce fuel consumption in high-energy-demand aviation operations. The contribution of this work in terms of its originality and broader impact is summarized in the results section.
Özet
Hava Trafik Kontrolörleri, hava sahasındaki uçakların konum ve hız bilgilerine göre gerekli durumlarda pilotlara irtifa, uçuş açısı, hız değişikliği gibi talimatlar verebilmektedir. Bu talimatlar, hava sahası güvenliğinin sağlanmasında önemli rol oynarken literatürde de birçok çalışmanın odak noktası olmuştur. Ancak çakışma önleyici bu değişikliklerin ardından uçakların kendi yörüngelerine dönüş süreci, ayrı bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu alandaki çalışmalar ise sınırlı sayıda kalmıştır. Öte yandan havayolu taşımacılığı sektöründe yakıt maliyetleri, toplam operasyonel giderlerin en büyük kalemlerinden birini oluşturmaktadır. Bununla birlikte, yakıt tüketiminin azaltılması yalnızca ekonomik fayda sağlamakla kalmayıp aynı zamanda karbon salınımını düşürmek ve çevresel sürdürülebilirlik açısından önemlidir. Bu çalışma, uçuş esnasında çakışmaları önlemek amacıyla verilen yön, irtifa ya da hız değişiklikleri komutları sonrası uçağın kendi orijinal rotasına dönüşü için gerçekleştirmesi gereken manevraların türünü ve zamanlamasını hem uçuş performansını artıracak hem de yakıt tüketimini azaltacak şekilde belirleyecek bir yaklaşım önermektedir. Ayrıca dönüş sürecindeki yakıt maliyeti, önceden verilen çakışma önleyici manevralarla doğrudan ilişkilidir. Bu çalışmada çakışma önleyici faaliyetler sonrası rotaya dönüş senaryolarını optimize edecek bir matematiksel model geliştirilmiş ve Python programlama diliyle, hava trafik kontrolörüne yardımcı olacak kullanıcı dostu bir bilgi sistemi tasarlanmıştır. ESCAPE uçuş simülatöründe yapılan çalışmalarla elde edilen sonuçlar; hız, irtifa, yön komutları gibi değişkenleri girdi, yakıt tüketimini ise bağımlı değişken alarak yakıt tüketimi ve karbon emisyonu açısından analiz edilmiştir. Bu çalışma ayrıca, Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları’ndan biri olan “Erişilebilir ve Temiz Enerji” hedefi doğrultusunda yüksek enerji tüketimli hava araçlarında yakıt tasarrufu sağlama potansiyeline katkı sunmaktadır. Özgün değer ve yaygın etki açısından çalışmamızın katkısı sonuçlar bölümünde özetlenmiştir.