 | Linke F. Ökologische Analyse operationeller Lufttransportkonzepte: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut fur Lufttransportsysteme, Hamburg. - Köln: DLR, 2016. - XV, 259 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2016-10). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S.199-214. - ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2016-10) 02
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Abbildungsverzeichnis ......................................... vii
Tabellenverzeichnis ............................................ ix
Nomenklatur .................................................... xv
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Motivation .............................................. 3
1.2 Zielsetzung der Arbeit .................................. 5
1.3 Struktur der Arbeit ..................................... 6
2 Grundlagen ................................................... 9
2.1 Luftverkehr und Umwelt ................................. 9
2.1.1 Klimametriken und ihre Verwendung ............... 10
2.1.2 Triebwerksemissionen und ihre Klimawirkung ...... 12
2.1.3 Maßnahmen zur Reduktion der Umweltwirkung
des Luftverkehrs ............................... 17
2.2 Mehrstufenbetrieb ..................................... 21
2.3 Aspekte der Flugplanung, -Vorbereitung und
-durchführung ......................................... 24
2.3.1 Trajektorienoptimierung ......................... 25
2.3.2 Kraftstoffplanung ............................... 35
2.4 Startleistungen ........................................ 37
3 Stand der Technik ........................................... 41
3.1 Bisherige Erkenntnisse zum Mehrstufenbetrieb ........... 41
3.2 Existierende Verfahren zur ökologischen Bewertung
des Luftverkehrs ....................................... 44
3.2.1 Relevante Softwarewerkzeuge ..................... 44
3.2.2 Luftverkehrsemissionskataster ................... 55
3.2.3 Sonstige relevante Vorarbeiten .................. 61
3.2.4 Zusammenfassende Darstellung .................... 66
3.3 Anforderungen an ein fortschrittliches
Bewertungssystem ....................................... 69
4 System zur ökologischen Analyse von
Lufttransportkonzepten ...................................... 71
4.1 Überblick .............................................. 71
4.2 Trajectory Calculation Module ......................... 72
4.2.1 Berechnungsablauf ............................... 73
4.2.2 Definition der Sollflugbahn ..................... 74
4.2.3 Simulation der Flugbewegung ..................... 77
4.2.4 Modellierung der Atmosphäre ..................... 82
4.2.5 Hilfsmittel zur Nutzung des TCM ................. 84
4.3 BADA-Flugleistungsmodelle .............................. 87
4.3.1 Vergleich der Modellfamilien .................... 88
4.3.2 Abdeckungsanalyse BADA 4 ........................ 89
4.4 Modelle zur Flugplanung ................................ 90
4.4.1 Flugwegoptimierung .............................. 91
4.4.2 Flugprofiloptimierung ........................... 96
4.5 Modellierung der Triebwerksemissionen ................. 97
4.5.1 Proportional zum Kraftstoffverbrauch
entstehende Emissionen .......................... 98
4.5.2 Nicht-proportional zum Kraftstoffverbrauch
entstehende Emissionen .......................... 98
4.6 Reduzierte Emissionsprofile ........................... 101
4.6.1 Konzeption und Erstellung der
Emissionsprofil-Datenbank ...................... 101
4.6.2 Verwendung und Skalierung der
Emissionsprofile ............................... 104
4.7 Rasterung von Emissionen (Katastererstellung) ......... 106
4.8 Modellierung der Klimawirksamkeit ..................... 108
4.9 Modellierung der Startstrecke ......................... 113
4.10 Validierung des Modellsystems ......................... 115
5 Ein effizientes Verfahren zur Berücksichtigung von
Wind ....................................................... 119
5.1 Hintergrund und Motivation ............................ 119
5.2 Über die Mittelung von Wind ........................... 121
5.3 Beschreibung des gewählten Ansatzes ................... 124
5.3.1 Datenvorverarbeitung für eine effiziente
Berechnung ..................................... 125
5.3.2 Berechnung mittlerer Luftdistanzen ............. 126
5.3.3 Bestimmung von Luftdistanzquantilen ............ 127
5.4 Validierung der gewählten Methode ..................... 128
6 Anwendung und Ergebnisse: Mehrstufenbetrieb ................ 133
6.1 Beschreibung des Anwendungsfalls und Definition von
Systemgrenzen ......................................... 133
6.2 Modellarchitektur und Analysekonzept .................. 135
6.3 Verwendete Datenbanken ................................ 138
6.3.1 Flugbewegungen ................................. 138
6.3.2 Luftverkehrsinfrastruktur ...................... 140
6.3.3 Meteorologie ................................... 141
6.4 Lage geeigneter Zwischenlandeflughäfen ................ 144
6.4.1 Einfluss von Wind auf die Flughafeneignung .... 146
6.4.2 Verteilung der Flughäfen bei Verwendung
von Tageswinddaten ............................ 153
6.4.3 Einfluss der Startstrecke auf die
Flughafeneignung ............................... 156
6.4.4 Klimaoptimierte Flughafenlage .................. 163
6.4.5 Flughafenlage bei windoptimaler Flugplanung .... 167
6.4.6 Weitere Aspekte bei der Wahl des geeigneten
Flughafens ..................................... 170
6.5 Ökologie des Mehrstufenbetriebs ....................... 171
6.5.1 Verteilung von Schadstoffemissionen ............ 171
6.5.2 Klimawirkung ................................... 185
7 Diskussion und Ausblick .................................... 189
7.1 Zusammenfassung der Arbeit ............................ 189
7.2 Diskussion der Methodik ............................... 192
7.3 Bewertung der Machbarkeit des Mehrstufenbetriebs ...... 195
7.4 Schlussbemerkung ...................................... 197
Literaturverzeichnis .......................................... 198
Anhang ........................................................ 214
A Ableitung des sec θ-Gesetzes für die Kugel ................. 217
B Weiterführendes zu den Grundlagen .......................... 221
B.l. Prozeduren zur Minimierung der Betriebskosten ......... 221
B.2. Betriebsmodi im Steig- und Sinkflug ................... 223
B.3. Startleistungen ....................................... 226
C Ergänzendes Material zum Stand der Technik ................. 231
C.1. Literatur zum Mehrstufenbetrieb ....................... 231
C.2. Detaillierte Gegenüberstellung der
Emissionskataster ..................................... 237
C.3. Initiativen zur Verringerung der Umweltwirkungen im
Luftverkehr ........................................... 241
D Zusatzinformationen zum entwickelten Modellsystem .......... 243
D.I. Kursabhängige Auswahl von Flugflächen ................. 243
D.2. Randbedingungen einer TCM-Standardmission ............. 244
D.3. Analyseergebnisse zur Abdeckung von BADA 4 ............ 245
D.4. Verwendete Flugzeug-Triebwerkskombinationen (BADA 4) .. 246
D.5. Weitere Modelle zur Bestimmung der Klimawirksamkeit ... 247
D.6. Validierungsergebnisse der Windverteilungsmethode ..... 251
D.7. Definition der Model-Levels ........................... 252
D.8. Erdellipsoid .......................................... 253
E Ergänzende Abbildungen und Tabellen zu den Ergebnissen ..... 255
E.1. Einfluss von Wind auf die Flughafeneignung ............ 255
E.2. Flughafenübersicht .................................... 257
E.3. Ökologie des Mehrstufenbetriebs ....................... 258
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