Development of optimal scheduling strategy and approach control model of multicopter VTOL aircraft for urban air mobility (UAM) operation

Abstract

La movilidad aérea urbana (UAM) está surgiendo como una nueva alternativa para resolver el problema del tráfico en el área metropolitana. Las industrias y las agencias gubernamentales se están preparando para el futuro sistema y operación de UAM. Se requiere una nueva estrategia ATC (Control de Tráfico Aéreo) o método de separación de aeronaves que refleje las características de vuelo de las aeronaves multicópteras VTOL (Despegue y Aterrizaje Vertical). En particular, el control de aproximación alrededor del vertipuerto es uno de los problemas esenciales para la operación segura y eficiente de UAM, y se requieren estándares de seguridad estrictos para el servicio en áreas urbanas pobladas. En este estudio, se introduce el concepto de puntos de espera donde las aeronaves multicópteras pueden sobrevolar, y se desarrollan y evalúan tres estrategias de programación para aeronaves que llegan comparando el rendimiento a tiempo (OTP) con el tiempo de sobrevuelo y el tiempo en tierra. Se proponen y comparan los modelos BQA (Aproximación de Cola de Rama), SBA (Aproximación basada en Secuencia) y SBAM (Aproximación basada en Secuencia con Círculos Móviles). El modelo BQA prioriza la seguridad del espacio aéreo al limitar la trayectoria de viaje de la aeronave; El modelo SBA permite que la aeronave se mueva libremente dentro del espacio aéreo y prioriza la secuencia de llegada de la aeronave; y finalmente, SBAM agrega el concepto de círculo móvil al modelo SBA. Para cada modelo, se encuentran el riesgo de OTP y pérdida de separación (LOS) de los modelos propuestos y se comparan mediante simulaciones. El resultado de la simulación muestra que SBA y BQA tienen un rendimiento de puntualidad similar y el modelo BQA sin riesgo de LOS es el modelo de control de aproximación más eficiente para aeronaves VTOL multicópteros de UAM.