Flight Test Preparation of a 4D-controller for time constrained Continous Descent Operations (CDO)

Abstract

Within the Clean Sky European project, a flight test prepared by the German Aerospace Center (DLR) is foreseen and meant to prove the capability of flying a Continous Descent Operation (CDO) while satisfying a time constraint at a waypoint. In light of this event, the main objective of this project is the preparation and possible improvement of a 4D-Controller that enables this time constrained CDO. The main task of the 4D-Controller that must be evaluated is the transmission of advisories by the controller to a human-machine interface on board the aircraft. These advisories are the ones that the pilot will further on introduce into the main flight guidance systems of the aircraft in order to perform the time constrained CDO.\vspace{2mm} The methodology used to evaluate the functionality of the controller has been the use of different simulation environments through witch data regarding the controller's behavior has been collected. The distinctive elements between the different simulation environments are the aircraft performance model used, the accuracy in simulating the meteorological conditions, as well as the graphic interface. Besides the controller's behavior, observations have been made regarding the human- machine interference and the robustness of the system. In all cases, the simulations have been performed in real-time and in manual mode, using a similar method as the one the pilot will use during the flight test. \vspace{2mm} The results and observations achieved from the simulations indicate a correct behavior of the controller. The time accuracy at the control waypoint is small enough to fulfill the operational requirements from a controller point of view. The use of thrust and speedbrakes has been acceptable within the scenarios that included disturbances and null in the ones without any disturbance having observed certain differences depending on the simulation environment used. The advisories were sent by the 4D-at an acceptable rate without adding a high additional amount of workload to the pilot. These and other results are shown throughout this project.Dins del marc del programa europeu Clean Sky,un test de vol preparat per la DLR (Centre Aeroespacial Alemany) est ` a previst. Davant la previsi ́ o d’aquest test de vol, la preparaci ́ o i possible millora del comportament d’un controlador amb capacitats 4D utilitzat durant una aproximaci ́ o de descens continu ha estat el principal objectiu d’aquest projecte. La principal tasca a evaluar del controlador 4D ́ es l’enviament d’indicacions al pilot a trav ́ es d’una interf ́ ıcie home-m ` aquina disponible a bord de l’avi ́ o. Aquestes indicacions s ́ on les que el pilot posteriorment introduir ` a en els principals sistemes de guiatge de l’avi ́ o per tal de possibilitar el vol d’una aproximaci ́ o de descens continu amb restriccions de temps al sobrevolar determinats punts de navegaci ́ o de manera acurada. La metodologia utilitzada per avaluar la funcionalitat del controlador ha estat l’utilitzaci ́ o de diversos entorns de simulaci ́ o a trav ́ es dels quals la recopilaci ́ o de dades i les posteriors observacions s’han dut a terme. Els entorns de simulaci ́ o es diferencien per la manera de modelar el comportament de l’avi ́ o, per les capacitats de simular condicions meteo- rol ` ogiques, aix ́ ı com tamb ́ e per la seva interf ́ ıcie gr ` afica. A m ́ es de la resposta del con- trolador, s’han realitzat observacions relacionades amb la interacci ́ o home-m ` aquina i la robustesa del sistema. En tots els casos, les simulacions han estat en temps real i ma- nuals , utilitzant un m ` etode similar al que el pilot haur ` a d’executar durant el test de vol. Els resultats i les observacions extretes a partir de les simulacions realitzades indiquen un bon funcionament del controlador. La precisi ́ o en temps obtinguda en el punt de control del descens cont ́ ınu est ` a dins els marges de temps rellevants des del punt de vista opera- cional del controlador. L’ ́ us del motor i els aerofrens ha estat acceptable en els escenaris amb interfer ` encies exteriors, i nul en els escenaris sense interfer ` encies, havent-hi certs canvis segons l’entorn de simulaci ́ o. Les indicacions enviades pel controlador han es- tat enviades amb una freq ̈ u ` encia considerada acceptable pel pilot que no li causaria una gran c ` arrega de treball. Aquests i altres resultats obtinguts es mostren al llarg d’aquest project