Massakeskipisteen sijainnin optimointi lentokoneen lastausprosessissa

Abstract

Alati kiristyvä kilpailu ilmailualalla vaatii lentoyhtiöiltä uusia ratkaisuja kustannuksissa säästämiseksi. Lentokoneet tuottavat tulosta vain siirtyessään paikasta toiseen, joten jokainen maassa käytetty minuutti on suoraan rahaa pois lentoyhtiöiltä. Näin ollen, erityisesti kääntöaikojen minimointi on äärimmäisen tärkeää rahallisen tuloksen maksimoinniksi. Tätä nopeuttamista voidaan tehdä esimerkiksi erilaisilla optimointimalleilla, joilla saataisiin lastausmestarille mahdollisimman nopeasti valmistettua lastausohje. Koska ilmailu alana on erittäin turvallisuuskriittinen, on syytä myös tarkastella, millaisia vaikutuksia tällaisella optimoinnilla olisi lentokoneen lento-ominaisuuksiin. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, mitä massakeskipiste tarkoittaa fysiikan näkökulmasta ja miten lentokoneen massakeskipisteen sijainti vaikuttaa kyseisen lentokoneen lento-ominaisuuksiin ohjattavuuden ja polttoaineenkulutuksen kannalta. Tämän jälkeen tutkimuksessa selvitettiin, miten massakeskipisteen sijaintia voidaan optimoida luomalla kuormausohje lastausmestarille kombinatorisilla optimointimalleilla ja simulaatiolla. Tutkimuksessa huomattiin, että epäoptimaalisella ja optimaalisella massakeskipisteen sijainnilla voi olla jopa 10 % ero kokonaisilmanvastuksessa trimmin asennon takia, jolla taas on suora vaikutus polttoaineenkulutukseen. Tämän lisäksi todettiin erään lentoturman tutkintaraportin kautta, että massakeskipisteen siirtyminen liian taakse voi aiheuttaa jopa maahansyöksyn. Tutkiessa massakeskipisteen sijainnin optimointia huomattiin, että kombinatorisilla optimointimalleilla sekä simulaatiolla on mahdollista luoda huomattavasti nopeammin lastausohje kuin käsin tekemällä. Normaalisti lastausohjeen tekeminen prosessina vie noin kymmenen minuuttia, mutta mainittuja optimointityökaluja hyödyntäen voidaan laskenta-aikaa lyhentää vain muutamiin sekunteihin. Etuna näissä on myös se, että mikäli lentokoneeseen lastattava kuorma muuttuukin lastauksen aikana, saadaan uusi lastaussuunnitelma nopeasti tehtyä ilman, että lastausmestarin tarvitsee käyttää uudestaan kymmentä minuuttia uuden suunnitelman laatimiseen tai tyytyä kompromisseihin. Vertaillessa käsin tehtyjä sekä optimointimallien luomia lastaussuunnitelmia, voitiin tutkimuksessa osoittaa, että optimointimallit suoriutuvat nopeammin. Jos optimointimallin matematiikka on kuitenkin liian monimutkainen, saattaa se johtaa laskenta-ajan merkittävään pidentymiseen liian usean ulottuvuuden takia. Eroa massakeskipisteen sijainnille verrattuna optimaaliseen sijaintiin ei vertailussa syntynyt. Breguetin kantamayhtälöä hyödyntäen voitiin kuitenkin todistaa, että mikäli massakeskipisteen sijaintia ei optimoida, voi se aiheuttaa jopa usean tuhannen kilometrin teoreettiseen kantaman lyhenemisen.