Anwendbarkeit und Integration von bordseitigen Separationsverfahren für das Flugverkehrsmanagement im Flughafennahbereich

In der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendbarkeit von ASAS Verfahren für die Erstellung und Umsetzung eines integrierten Anflugkonzeptes auf Basis relativer Flugführung mittels ADS-B im Flughafennahbereich (TMA) im ASPA Delegationskontext untersucht. Die Analysen im Rahmen dieser Arbeit ergaben, dass der Grund für das bisher ineffiziente manuelle Bilden und Auflösen von Lfz-Ketten im Fehlen eines durchgängigen Konzeptes für die nahtlose Anwendung von ASAS Verfahren vom Einflug in die TMA bis hin zum stabilisierten Final Approach zu suchen ist. Die vorliegende Arbeit stellt ein solches Konzept vor und untersucht dessen Anwendbarkeit am Beispiel eines typischen TMA Aufbaus. Es wurden zunächst für die einzelnen Anflugphasen Teilkonzepte zur Anwendung von ASAS Verfahren bei bekannten und bei unbekannten Target-Lfz erstellt und mittels Simulation die Übergangsbedingungen zwischen den Teilphasen abgeleitet, woraus schließlich für beide Szenarien jeweils ein einheitlicher übergreifender Ablauf erstellt werden konnte. Voraussetzung ist, dass in einer langen Kette von Lfz durch ein integriertes Konzept keine Instabilitäten entstehen. Aus diesem Grund fokussierte sich die vorliegende Arbeit auch auf die Untersuchung der möglichen Regelungsverfahren und deren Eigenschaften bei der Anwendung in einer langen Kette von 100 Lfz. Aus den bekannten Regelungsmethoden wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die bisher auftretende Propagationseffekte minimiert. Um die Flexibilität bei der Minimierung lokaler Umweltbelastungen durch laterale Streuung zu erhalten, führt die Arbeit das Konzept des Trackfächers ein. Der Trackfächer ist ein festgelegter Bereich, in dem ausgehend von einem Referenzpunkt (TCP) das Routing eines einzelnen Verkehrsstroms in einem bestimmten Winkelbereich variiert werden kann. Es wurden die jeweiligen Randbedingungen für die Einhaltung bestimmter Fehlertoleranzen bei vorliegender Geometrie hergeleitet, die das korrekte Detektieren des geplanten Tracks ermöglichen. Mittels Simulation in Matlab wurde analysiert, wie diese Randbedingungen erfüllt werden können, woraus sich die Abfolge der anzuwendenden Regelungsverfahren sowie eine Mindestwegstrecke stromaufwärts des TCP ergaben. Die Simulation hat gezeigt, dass die Einhaltung der Randbedingungen für das Merging, auch bei der Verwendung eines Trackfächers am TCP, ohne Geschwindigkeitseinschränkungen an der TMA Grenze gewährleistet ist und eine Angleichung der Geschwindigkeiten durch das Regelungsverfahren nach mit heutigen TMA-Layout kompatibler Strecke stattfindet. Zur Identifizierung des bevorstehenden ASAS Manövers und der dafür anzuwendenden Abfolge von Regelungsverfahren wurden entsprechende Flussdiagramme aufgestellt, die die Grundlage für das erstellte Betriebskonzept darstellen. Um im Szenario ohne Targetübermittlung für das Merging unter 0° bis 180° mögliche Target-fehlidentifikationen zu vermeiden, liefert die Arbeit Regeln für Routengestaltung und Targetwechsel. In der Simulation wurde gezeigt, dass die angewendete Abfolge von ASAS Regelungsverfahren sowohl für das Merging unter 0° bis 180° als auch bei Störungen durch Ungenauigkeiten eines Targets bei einem 180° Turn geeignet ist. Die Schlussfolgerung lautet, dass das vorgestellte durchgängige Konzept auf Basis einer kontinuierlichen Abfolge von ASAS Manövern in einer langen Kette von Lfz im Flughafen-nahbereich in einer (teil)automatisierten Umgebung Anwendung finden kann, ohne dass unkontrollierbare Effekte auftreten, die die Wiederauflösung der Ketten nach sich ziehen. Dies gilt sowohl für ein Szenario mit, als auch ein Szenario ohne Targetübermittlung. Die Ergebnisse liefern somit den indirekten Nachweis, dass der erwartete Nutzen in Bezug auf Reduzierung der Arbeitsbelastung und Steigerung der Kapazität realisierbar ist