Flyveveje for bier og gøg kan give flyselskaber besparelser

Passagerflys flyruter er generelt veletablerede. I praksis, uforudsete faktorer, hovedsageligt relateret til vejret, tvinger ofte piloter til at tilbagelægge flere kilometer end forventet. Et polsk-colombiansk team af forskere og ingeniører, inspireret af adfærd fra insekter og fugle, har udviklet software, der tillader rationel ændring af flyruter i realtid. Systemet viste målbare økonomiske og miljømæssige fordele.

Dyrelivet har ofte tjent som inspiration for forskere. Dette var tilfældet for forskere og ingeniører fra Institute of Physical Chemistry ved det polske videnskabsakademi (IPC PAS) i Warszawa og Universidad Cooperativa de Colombia (UCC). Teamet brugte deres tværfaglige viden til at optimere flyruter. Målet var at reducere drivhusgasemissioner, reducere støjforurening og reducere driftsomkostninger. Opgaven blev udført ved hjælp af algoritmer, der afspejler de karakteristiske træk ved adfærd hos bier og gøer.

"I Warszawa, vi beskæftiger os hovedsageligt med katalyse. For nylig, metoder inspireret af løsninger fundet i naturen blev anvendt i analysen af ​​katalytiske problemstillinger, "forklarer prof. Juan Carlos Colmenares, af IPC PAS. "Vi var interesserede i at se, om vi kunne bruge vores viden til at optimere brændstofforbrændingen i flymotorer. Med vores partnere fra Colombia, vi begyndte at arbejde med et modul, men programmet begyndte hurtigt at vokse til at omfatte flere, under hensyntagen til andre faktorer, der påvirker flyvemønstre. "

Under udvikling i tre år, softwaren er blevet udarbejdet med hensyn til at indstille optimale flyveveje til kortdistancefly udstyret med turbo-fan motorer med et konstant forbrændingsvolumen. Inden for denne gruppe, hver type fly repræsenteres af et passende sæt parametre. I fremtiden, forskere planlægger at udvide softwaren med algoritmer og data under hensyntagen til de specifikke egenskaber ved fly med motorer af andre typer. Softwaren indeholder allerede en lang række parametre, ikke kun relateret til den anvendte brændstofstype motorydelse eller aerodynamik, men også til de oprindeligt antagne flyveveje, klatre- og nedstigningsprofiler, Lufthavns landingsbaner og lokal topografi. Kemikalie- og støjemissionsmoduler beskæftiger sig med optimering af miljøpåvirkningen. Pakken opfylder de sikkerhedsstandarder, der er pålagt af International Civil Aviation Organization (ICAO).

Hjertet i softwaren er to algoritmer til at finde potentielle flyveveje. Den grundlæggende algoritme bruger principper, der ses i naturen, i bevægelse af grupper af dyr, især i fiskeskoler eller bjergesværme. Hvert individ i gruppen bestemmer den næste bevægelse baseret på den akkumulerede viden om de bedste steder, som den enkelte og andre i gruppen besøger; det tager også højde for bevægelsens inerti.

I pakken, der optimerer flyveveje, 'bierne' er forskellige punkter omkring flyet, hver af dem behandles som en separat person, der navigerer i området. Algoritmen begynder at arbejde fra en sværm af punkter, der bevæger sig rundt i flyet. I de næste iterationer af algoritmen, 'bierne' begynder at klynge sig omkring det optimale sted på et givet tidspunkt, som betragtes som den næste fase af flyvevejen.

Den anden algoritme til at søge efter den næste fase af flyvningen efterligner gøgens adfærd, en fugl, der lægger sine æg i andre fugles reder. Flyveveje designet med gøgalgoritmen er kendetegnet ved lange, lige sektioner, hurtigt drejer 90 grader.

"Den store fordel ved den software, vi har udviklet, er den kendsgerning, at den fungerer i realtid. Som et resultat, flyvelederen og piloten modtager regelmæssigt tip. Ikke alene kan de træffe en beslutning hurtigt, men også bevidst, når du vælger en lidt mere risikabel rute, men en der er mere økonomisk, andre gange vælger du en maksimalt sikker rute, men tager lidt længere tid "siger prof. Colmenares.

For at teste softwaren, forskerne analyserede effektiviteten af ​​dens forudsigelser med hensyn til det populære Airbus A320-fly med CFM56-5-motorer, betjener ruter på omkring 350 km med typiske flyveparametre (krydshastighed 828 km/t, 39, 370 fod, etc.). Simuleringerne viser, at i utraditionelle situationer, de ruter, softwaren foreslog, var gennemsnitlig, omkring 11 km kortere end de typiske alternative, afgrænset på klassisk vis på grundlag af flyveplanen. Ultimativt, optimeringen gjorde det muligt at reducere de samlede driftsomkostninger for en maskine med 1,16 procent.

"Fortjeneste på et niveau, der ikke er meget større end 1 procent, ser ikke særlig godt ud. Vores simuleringer viser, imidlertid, at i tilfælde af et enkelt, men ofte brugt fly, besparelserne over et år kan nå op på selv hundredtusinder af dollars. Og alligevel er vi kun lige begyndt at udvide vores software, og den er endnu ikke fuldt optimeret! Så, i fremtiden, vi kan forvente lidt højere besparelser end dem, der i øjeblikket forventes ... men vi bør ikke forvente mirakler ", siger Dr. Eng. Ramón Fernando Colmenares-Quintero, Prof. UCC.

I de kommende år, de enkelte dele af pakken, der optimerer flyruter, vil blive forbedret, og selve pakken udvides med nye moduler.