«Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο» Συνέδριο της Ελληνικής Αεροπορικής Ένωσης Αθήνα, Απριλίου 2010 «Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο» Συνέδριο της Ελληνικής Αεροπορικής Ένωσης Αθήνα, Απριλίου 2010 Επισκόπηση Παρούσας Κατάστασης και Ανάλυση Απαιτούμενων Δράσεων για την Ανάπτυξη Προσωπικών Συστημάτων Αερομεταφορών Μαστραποστόλης Θεόδωρος, ερευνητής Μιχαηλίδης Παύλος, ερευνητής Φασόης Σπήλιος, καθηγητής {mastras, mixail, Εργαστήριο Στοχαστικών Μηχανολογικών Συστημάτων & Αυτοματισμού Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών Πανεπιστήμιο Πατρών

Περιεχόμενα Παρουσίασης 1.Εισαγωγή • Το γενικό πρόβλημα • Το PPlane 2.Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ • Το εργαστήριο ΣΜΣΑ • S&A • FDI • SHM 3.Συμπεράσματα

Εισαγωγή Πρόσφατες έρευνες έδειξαν πως λύση στην ολοένα αυξανόμενη κυκλοφοριακή συμφόρηση αναμένεται να δώσουν μικρά αεροσκάφη υψηλού αυτοματισμού, με εξειδικευμένα –ατομικά – χαρακτηριστικά. Αύξηση αριθμού οχημάτων  Κυκλοφοριακή Συμφόρηση Το Γενικό Πρόβλημα

 Τι είναι το πρόγραμμα PPlane (Personal Plane); Πρόκειται για πρόγραμμα επιδοτούμενο από την Ε.Ε για την ανάλυση και το σχεδιασμό συστήματος προσωπικών αερομεταφορών για την αποσυμφόρηση του οδικού δικτύου.  Τι είναι το προσωπικό αεροσκάφος του PPlane; Πρόκειται για μικρών διαστάσεων (2-6 θέσεων) και υψηλού αυτοματισμού αεροσκάφος για την κάλυψη μεσαίων αποστάσεων (~500km), που θα επιτρέπει την χρήση του από μη εξειδικευμένο πλήρωμα.  Ποιες θα είναι οι χρήσεις του PPlane; - Οικογενειακή χρήση με κόστος αγοράς ανάλογο σημερινού πολυτελούς αυτοκινήτου. - Αεροταξί με εύκολη και σύντομη πρόσβαση, και κόστος ανάλογο με αεροπορικού εισιτηρίου.  Τι είναι το πρόγραμμα PPlane (Personal Plane); Πρόκειται για πρόγραμμα επιδοτούμενο από την Ε.Ε για την ανάλυση και το σχεδιασμό συστήματος προσωπικών αερομεταφορών για την αποσυμφόρηση του οδικού δικτύου.  Τι είναι το προσωπικό αεροσκάφος του PPlane; Πρόκειται για μικρών διαστάσεων (2-6 θέσεων) και υψηλού αυτοματισμού αεροσκάφος για την κάλυψη μεσαίων αποστάσεων (~500km), που θα επιτρέπει την χρήση του από μη εξειδικευμένο πλήρωμα.  Ποιες θα είναι οι χρήσεις του PPlane; - Οικογενειακή χρήση με κόστος αγοράς ανάλογο σημερινού πολυτελούς αυτοκινήτου. - Αεροταξί με εύκολη και σύντομη πρόσβαση, και κόστος ανάλογο με αεροπορικού εισιτηρίου. Εισαγωγή PPlane

Στα πλαίσια του προγράμματος PPlane συνεργάζονται ερευνητικά κέντρα, πανεπιστήμια και βιομηχανίες από 11 ευρωπαϊκές χώρες. 13 συμμετέχοντες από 11 χώρες  5 Ερευνητικά Ινστιτούτα Αεροναυπηγικής  4 Πανεπιστήμια  3 Μικρομεσαίες Επιχειρήσεις  1 Αεροπορική Βιομηχανία 13 συμμετέχοντες από 11 χώρες  5 Ερευνητικά Ινστιτούτα Αεροναυπηγικής  4 Πανεπιστήμια  3 Μικρομεσαίες Επιχειρήσεις  1 Αεροπορική Βιομηχανία PPlane Εισαγωγή

Στα πλαίσια του PPlane η εργασία έχει διαιρεθεί σε υποκατηγορίες έτσι ώστε να αντιμετωπιστεί καλύτερα και αποδοτικότερα :  Ασφάλεια  Αυτοματισμοί και Χειρισμός  Περιβάλλον  Ανθρώπινοι Παράγοντες Σε κάθε ένα από αυτά τα κριτήρια έχουν τεθεί ποσοτικοποιημένοι στόχοι που περιλαμβάνουν:  Επίπεδα ασφάλειας παρόμοια με αυτά των μεγάλων αεροσκαφών  Σημαντική αύξηση της απόδοσης καυσίμου  Μείωση θορύβου και ρύπων  Χαμηλό κόστος λειτουργίας ανάλογο με αυτό ενός αεροπορικού εισιτηρίου PPlane Εισαγωγή

Το αεροσκάφος του PPlane, αν και βάσει μεγέθους μοιάζει με αεροσκάφος γενικής αεροπορίας (General Aviation – GA), το επιδιωκόμενο επίπεδο αυτοματισμού το φέρνει κοντά στα σημερινά μη-επανδρωμένα αεροσκάφη (Unmanned Aerial Vehicles - UAV). UAV Κυρίως στρατιωτικές εφαρμογές Μεγάλο μερίδιο πολιτικών εφαρμογών ΤηλεχειρισμόςΤηλε-πλοήγησηΕπίβλεψηΓενικές Εντολές Hunter Pioneer Shadow Global Hawk PPlane Εισαγωγή

Τεχνολογικά Πεδία Παρακολούθηση Υγείας Κατασκευών Πειραματική Δυναμική Κατασκευών Μοντελοποίηση Κατασκευών Ευφυή Συστήματα Οχημάτων Αυτοματισμοί Αεροσκαφών Συστήματα Αεροσκαφών Προσωπικό  3 μέλη ΔΕΠ  8 ερευνητές και υποψήφιοι διδάκτορες  τεχνικό προσωπικό Προσωπικό  3 μέλη ΔΕΠ  8 ερευνητές και υποψήφιοι διδάκτορες  τεχνικό προσωπικό Το Εργαστήριο ΣΜΣΑ Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ

Στα πλαίσια του PPlane, το Εργαστήριο ΣΜΣΑ ασχολείται ερευνητικά με τον τομέα της ασφάλειας, συγκεκριμμένα: • Σύστημα Ανίχνευσης και Αποφυγής Σύγκρουσης (Sense and Avoid - S&A) • Σύστημα Αυτόματης Διάγνωσης Βλαβών Υποσυστημάτων (Fault Detection and Isolation - FDI) • Σύστημα Παρακολούθησης της Υγείας της Αεροκατασκευής (Structural Health Monitoring - SHM) Στα πλαίσια του PPlane, το Εργαστήριο ΣΜΣΑ ασχολείται ερευνητικά με τον τομέα της ασφάλειας, συγκεκριμμένα: • Σύστημα Ανίχνευσης και Αποφυγής Σύγκρουσης (Sense and Avoid - S&A) • Σύστημα Αυτόματης Διάγνωσης Βλαβών Υποσυστημάτων (Fault Detection and Isolation - FDI) • Σύστημα Παρακολούθησης της Υγείας της Αεροκατασκευής (Structural Health Monitoring - SHM) Το Εργαστήριο ΣΜΣΑ Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ

Η αύξηση της εναέριας κυκλοφορίας σε συνδυασμό με την έλλειψη εξειδικευμένου προσωπικού, κάνει απαραίτητο το σχεδιασμό ενός Συστήματος Αυτόματης Ανίχνευσης και Αποφυγής Σύγκρουσης (Sense & Avoid – S&A). Γνώση παρούσας θέσης και ταχύτητας Πρόβλεψη μελλοντικής θέσης Σύγκριση με θέσεις άλλων αεροσκαφών Ανίχνευση Σύγκρουσης Επιλογή Ελιγμού Αποφυγής ΝΑΙ ΟΧΙ TCAS I • Σχεδιασμένο για μικρά αεροσκάφη • Εμβέλεια περίπου 40 μίλια • Προειδοποιητική ένδειξη σύγκρουσης TCAS II • Υπολογίζει κάθετους ελιγμούς αποφυγής • Συντονισμός ελιγμών με άλλο ανάλογα εξοπλισμένο αεροσκάφος TCAS I • Σχεδιασμένο για μικρά αεροσκάφη • Εμβέλεια περίπου 40 μίλια • Προειδοποιητική ένδειξη σύγκρουσης TCAS II • Υπολογίζει κάθετους ελιγμούς αποφυγής • Συντονισμός ελιγμών με άλλο ανάλογα εξοπλισμένο αεροσκάφος Συστήματα σε χρήση Προκλήσεις S&A Συστήματος  Αξιόπιστη εφαρμογή σε πραγματικό χρόνο  Δυνατότητα ανίχνευσης πολλαπλών σεναρίων σύγκρουσης  Παρακολούθηση του περιβάλλοντα τρισδιάστατου χώρου  Επιλογή βέλτιστων τρισδιάστατων ελιγμών Προκλήσεις S&A Συστήματος  Αξιόπιστη εφαρμογή σε πραγματικό χρόνο  Δυνατότητα ανίχνευσης πολλαπλών σεναρίων σύγκρουσης  Παρακολούθηση του περιβάλλοντα τρισδιάστατου χώρου  Επιλογή βέλτιστων τρισδιάστατων ελιγμών S&A Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ

Ως Σύστημα Αυτόματης Διάγνωσης Βλαβών ορίζεται το σύστημα το οποίο παρακολουθεί την κατάσταση κρίσιμων σημείων του αεροσκάφους (κινητήρες, αισθητήρια, επιφάνειες ελέγχου) και ενημερώνει για τυχόν βλάβες. FDI Εφεδρικά συστήματα Μοντελοποίηση συστημάτων Αποτίμηση κατάστασης Γνωστά χαρακτηριστικά λειτουργίας Σε σημερινά αεροσκάφη η διάγνωση βλάβης και η βελτίωση της αξιοπιστίας συστημάτων, επιτυγχάνονται μέσω εφεδρικών συστημάτων (multiple redundancy). Εφεδρικά συστήματα δεν μπορούν να αποτελέσουν λύση για το PPlane λόγω του αυξημένου κόστους, βάρους, πολυπλοκότητας και έλλειψης χώρου. Υπό έρευνα μέθοδοι που αξιοποιούν αναλυτικά μοντέλα συστημάτων ξεπερνούν αυτά τα προβλήματα. Μοντελοποίηση τρέχουσας κατάστασης FDI Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ

Σκοπός του SHM είναι να κάνει τον Μη-Καταστροφικό Έλεγχο (Non Destructive Testing – NDT) αναπόσπαστο μέρος του αεροσκάφους. Η βασική ιδέα του συστήματος είναι να επιτύχει λειτουργία βασισμένη στη λειτουργία του ανθρώπινου νευρικού συστήματος. Σκελετός Αεροσκάφους Εκτίμηση Μοντέλου Κατασκευής Σύγκριση με γνωστές καταστάσεις κατασκευής (υγιείς ή υπό βλάβη) Αποτίμηση Υγείας αισθητήρια SHM Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ

Πλεονεκτήματα SHM  Εξατομικευμένη συντήρηση / Στρατηγική επισκευής (μειωμένο κόστος)  Συντήρηση βάσει κατάστασης έναντι βάσει χρονοδιαγράμματος  Παρακολούθηση μη προσβάσιμων τμημάτων της κατασκευής.  Βελτιστοποιημένος σχεδιασμός (αυξημένη ασφάλεια  μειωμένος συντελεστής ασφαλείας  ελαφρύτερη κατασκευή etc.)  Παρακολούθηση της υγείας της κατασκευής σε πραγματικό χρόνο. Πλεονεκτήματα SHM  Εξατομικευμένη συντήρηση / Στρατηγική επισκευής (μειωμένο κόστος)  Συντήρηση βάσει κατάστασης έναντι βάσει χρονοδιαγράμματος  Παρακολούθηση μη προσβάσιμων τμημάτων της κατασκευής.  Βελτιστοποιημένος σχεδιασμός (αυξημένη ασφάλεια  μειωμένος συντελεστής ασφαλείας  ελαφρύτερη κατασκευή etc.)  Παρακολούθηση της υγείας της κατασκευής σε πραγματικό χρόνο. Προκλήσεις στην εφαρμογή του SHM  Γνώση των πιθανών βλαβών  Αξιοπιστία αισθητηρίων  Κατάλληλη επιλογή θέσεων αισθητηρίων  Επικύρωση αλγορίθμου  Ανθρώπινοι παράγοντες Προκλήσεις στην εφαρμογή του SHM  Γνώση των πιθανών βλαβών  Αξιοπιστία αισθητηρίων  Κατάλληλη επιλογή θέσεων αισθητηρίων  Επικύρωση αλγορίθμου  Ανθρώπινοι παράγοντες Τα συστήματα SHM αποτελούν αντικείμενο έρευνας σε μεγάλες αεροπορικές βιομηχανίες (AIRBUS κλπ.) SHM Η συνεισφορά του ΣΜΣΑ

Συμπεράσματα • Η Ε.Ε. αναλαμβάνει ήδη τις απαραίτητες δράσεις για την αποφυγή της επικείμενης κυκλοφοριακής συμφόρησης. • Η λύση της αποσυμφόρησης των επιγείων οδών βρίσκεται στον ουρανό. • Μη-επανδρωμένα αεροσκάφη τείνουν προς μεγαλύτερα επίπεδα αυτονομίας – απαραίτητα και για το PPlane. • Για την υλοποίηση του προγράμματος αναπτύσσονται καινοτόμα συστήματα που προάγουν την ασφάλεια (S&A, FDI, SHM). • Το PPlane αναμένεται να πρωτοπορήσει στον τρόπο λειτουργίας, συντήρησης και χρήσης των συστημάτων αερομεταφορών.