Calculation of Fuel-Optimal Aircraft Flight Profile

Sedan världens första konventionella flygplan lyfte 1914 har flygindustrin förbättrats konstant under de 104 åren sedan dess. År 2017 transporterades över 4.1 miljarder passagerare med ungefär 36.8 miljoner flights av världens alla flygbolag. Statistik visar på att ungefär 2% av människoskapad emission av koldioxid kommer från flygindustrin.För att värna om miljön och reducera emission av koldioxid så blir det därmed viktigt att reducera konsumtionen av flygbränsle. Flygplanstillverkare har redan tillämpat många metoder för att spara flygbränsle, såsom förbättringar av aerodynamik för flygplan och förbättring av motoreffektivitet, samt i senare år att applicera kompositmaterial för att reducera flygplanens vikt. För flygbolag så är en lämplig och ekonomisk färdplan hjälpsam för att reducera konsumtion av flygbränsle. Utöver konsumtion av flygbränsle så är även tid en lika viktig faktor för flygbolag. Denna avhandling tar ett flygledningsperspektiv och etablerar en numerisk simulering baserad på dynamic programming för att beräkna den mest optimala vertikala flygbanan som följer ATC:s (Air Traffic Control) begränsningar och som använder sig av högupplöst väderdata.Since the world’s first fixed-wing scheduled aircraft took-off in 1914, with the development on commercial aircraft, the aviation industry has improved constantly in the following 104 years [1]. In 2017, over 4.1 billion of passengers were carried by about 36.8 million of flights by the world’s airlines. Statistic number also shows that about 2% of human-induced carbon dioxide emission should be responsible by the aviation industry [2].To protect the environment and reduce carbon dioxide emission, one important way is to reduce jet fuel consumption. Aircraft manufacturers has already employed many fuel saving methods such as improving aircraft aerodynamics and engine efficiency, and apply composite materials to reduce aircraft weight in recent years. For airlines, a suitable and economical flight plan is helpful to reduce fuel consumption. However, in addition to fuel consumption, time is another equally important factor for airlines at the same time.This thesis starts from the flight management point of view, based on dynamic programming method, establish a numerical simulation to calculate the most optimal vertical flight trajectory under ATC (Air Traffic Control) constrains and up-to-date high-resolution weather information