Konzeptioneller Entwurf der agentenbasierten Simulation zur Untersuchung des Formationsfluges in der zivilen Luftfahrt unter Zugrundelegung des biologischen Schwamverhaltens

Farschtschi, Yousef

Der Formationsflug wird in der Natur von Zugvögeln zur Einsparung von Energie während des Flugs eingesetzt, um Distanzen von mehreren tausend Kilometer am Stück zu fliegen. Hierbei wird durch das Anfliegen der Wirbelschleppe des vorausfliegenden Tieres der Luftwiderstand reduziert und somit müssen weniger Flügelschläge getätigt werden. Dieses Phänomen wurde vor Jahrzehnten von der Luftfahrt erkannt und soll zur Senkung von Treibstoffverbrauch und Emissionen genutzt werden. Diese Arbeit untersucht den Formationsflug mit Hilfe eines entwickelten agentenbasierten Simulationsmodells. Dabei ist der Fokus auf die Algorithmen zur Bildung, des Haltens, der Rotation und der Rekonfiguration der Formationen gerichtet. Mit Hilfe eines adaptierten Flugleistungsmodells, das für den Formationsflug und den Alleinflug berücksichtigt wird, werden anhand des Relativvergleichs Aussagen über die Effizienz der Algorithmen getroffen. Darüber hinaus wird ein Beitrag zur Entwicklung eines für den Formationsflug ausgerichteten Lufttransportsystems gegeben. Flugpläne können im XML-Format mit den entsprechenden Formationsinformationen an das Simulationsmodell übergeben werden, um Flugzeuge in der Simulation zu initialisieren.

Migratory birds fly in formation to conserve precious energy during flight, to fly distances of several thousand miles. Holding the position in the vortex of the preceding bird allows reducing the wing hit rate. This phenomenon was recognized decades ago by the aviation industry and should be used to reduce fuel consumption and emissions. This thesis investigates the formation flight using an implemented agent-based simulation model. The focus is on the algorithms to build, hold, rotate and reconfigure the formations. An adapted fuel calculation model has been used to conclude the efficiency of the algorithms on the basis of a relative comparison of formation flight and solo flight. In addition, a contribution to develop an air transportation system for formation flight is given. Flight plans can be transferred in XML format with the corresponding formation information to the simulation model to initialize aircrafts in the simulation.

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Farschtschi, Yousef: Konzeptioneller Entwurf der agentenbasierten Simulation zur Untersuchung des Formationsfluges in der zivilen Luftfahrt unter Zugrundelegung des biologischen Schwamverhaltens. 2015.

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