Uzun menzilli uçuşların performans ve planlama yöntemlerine dayalı maliyet iyileştirmesi
Cost improvement based on performance and planning methods of long-haul flights
Yazar: ZAFER CAN ÇINAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering

Özet:
Havayolu taşımacılığı, 20.yüzyıl içerisinde önemini her geçen yıl arttırmış ve herkes tarafından tercih edilen bir noktaya gelmiştir. Artan talep ve rekabet ortamı, havayolu şirketlerini maliyet hesaplamalarında ciddi çalışmalara iterek özellikle yakıt tasarrufuyla maliyet iyileştirmesi hedeflerin başını çekmektedir. Bu zamana kadar maliyet iyileştirmesi için birçok çalışma yapılmış ve olumlu etkileri görülerek havayolu şirketlerine kar sağlanmıştır.
Literatürde yer alan çalışmalar, yakıt tasarrufunda birçok etken parametre olduğunu göstermektedir. Toplam kazanç eldesinde, uçağın yapısal ve operasyonel ağırlığı düşürülerek maksimum ticari yük miktarı kapasitesiyle uçuşun gerçekleştirilmesi en etkin yollardan biri olmuştur. Seyir uçuş sürati ve irtifası optimizasyonu, üstgeçiş maliyetleri, meteorolojik şartlar ve hava sahalarının kapalılıkları ele alınarak gerçekleştirilen rota optimizasyonları, periyodik motor bakımları, tek motor ile yapılan taksi planlamaları, uçağın bekleme esnasında yedek motor yerine harici elektrik ve hava ünitelerin kullanımı, uçak aerodinamik yapısındaki geliştirmelerin uygulanması, uçak ağırlığına etki eden uçak içi eğlence sistemleri, kitaplar, dergiler ve kullanılabilir su kaynaklarının azaltılması gibi çalışmalar toplam uçuş maliyetini olumlu yönde etkilemektedir.
Yapılan çalışmalar ve araştırmalar uzun menzilli uçuşlarda oluşturulan uçuş planlarının meteorolojik şartlara, uçuş sürati ve irtifasına göre optimize edilmesi ve bu planlamaların gerçeğe en yakın tahminler ile yapılması toplam uçuş maliyetinde önemli ölçüde azalma sağladığını göstermektedir. Bu nedenle havayolu şirketleri günümüzde piyasada bulunan ve maliyet açısından fayda sağlayan ve optimizasyonların en etkin biçimde yapılabildiği ticari uçuş planlama paket programlarını kullanmaktadır.
Bu çalışmada, Boeing 777-300 ER uçağının maksimum kalkış ağırlığı ile gerçekleştirilen uzun menzilli İstanbul-Los Angeles uçuşu performans ve planlama yöntemlerine dayalı maliyet iyileştirmesi amaçlanmıştır. Örnek uçuş planlamaları, günümüzde dispeçer eğitimlerinde ve sanal havacılık platformlarında kullanılan, ticari uçuş planlama yazılımlarına yakın sonuçlar veren "Professional Flight Planner X - PFPX" paket programı kullanılarak oluşturulmuştur. Literatürde yer alan maliyet iyileştirmelerinde en etkin performans yöntemlerinden biri olan Cost Indeks metodu ve planlama yöntemi olarak da Redispatch metodu İstanbul – Los Angeles uzun menzil uçuşunda incelenmiştir.
Öncelikle Büyük Daire Mesafesi planlama yöntemi ile İstanbul - Los Angeles arası uçuş menzili belirlenerek en kısa mesafe tespit edilmiştir. Bu bilgiden yola çıkarak navigasyonel veriler doğrultusunda 3 noktadan oluşan büyük daire mesafesine en yakın menzile sahip GCD rotası ve bu zamana kadar yapılan gerçek uçuş planlamalarının menzil ortalaması olarak ele alınan OPT rotası oluşturulmuştur. Çalışmada, tırmanma ve süzülüş performans verileri kullanılan paket programının veri tabanı dahilinde ele alınacaktır. Her iki rotaya etki eden ortalama rüzgar şiddeti ve ISA sapması, "Climate Reanalizer" yaz ve kış dönemi veri tabanı incelenerek belirlenmiş ve planlamalarda kullanılmıştır. 
Elde edilen planlama parametreleri kullanılarak oluşturulan İstanbul - Los Angeles uçuş planlarında farklı Cost Indeks değerleri uygulanarak en düşük maliyetli uçuş rotası ve Cost Indeks değeri saptanmıştır. Bir havayolu şirketinin filosundaki uçak sayısı ve yıllık uçuş sayısı toplam maliyeti etkilediğinden dolayı bu çalışmadaki yaklaşımlar tek bir uçak ve rota üzerinden değerlendirilmiştir.
Cost Indeks metoduyla en düşük uçuş maliyetine ulaşılan rota ve dönem ele alınarak Redispatch metodu aynı planlamaya uygulanmıştır. Hedef, standart planlamada elde edilen ticari yük miktarı sabit tutularak Redispatch metoduyla aynı uçuş planındaki yedek (Contingency) yakıt miktarını azaltmak olmuştur. Bu sayede uçuş için gerekli yakıt miktarı azaltılacak ve tasarruf sağlanacaktır.
Tüm bu veriler bir araya getirilerek sonuçlar karşılaştırıldığında rota optimizasyonunda ve planlama yöntemlerinde kullanılan parametrelerin uzun menzil uçuşlarında maliyete ne kadar büyük etkisi olduğu açıkça görülmektedir. Ayrıca halihazırda uygulanan uçuş planlarına doğru hesaplamalar sonucu Cost Indeks ve Redispatch metodu uygulandıktan sonra tek bir uzun menzil uçuşunun yıllık operasyonu ele alındığında, en kötü şartlarda bile 120000$ maliyet iyileştirmesi sağlandığı sonuçlarda görülmektedir. Bu yüzden elde edilen sonuçlar, uzun menzil uçuşlarında performans ve planlama yöntemlerinin havayolu şirketleri tarafından imkanlar dahilinde uygulanması ve derinlemesine çalışmalar yapılması gerektirdiğini kanıtlar haldedir.

Abstract:
In the 20th century every passing year, Airline transportation has increased its own importance and come to a point where it is preferred by everyone in the world. Fuel consumption and cost improvement research and studies in the aviation world have been intensified especially after the Arab oil embargo in the 1970s. Moreover increasing demand and competitive environment pushes the Airline Companies to enter into a study deeply about their total operational costs, which in particular leads to the goal of improving total costs through fuel saving strategies. Up to this time, a lot of researches have been done to improve the total airline operational cost efficency and the Airline companies have been profitable by gaining the positive effects of researches.
The studies in the literature show that there are many effective parameters in fuel saving strategies. Within the extend of operational cost improvement studies, it was clearly understood that one of the most effective ways to operate the aircraft with the maximum payload capacity by reducing the structural and operational weight of the aircraft. Optimization of cruising speed and altitude, route optimizations taking into consideration overfly costs, meteorological conditions and closures of airspaces, periodic engine maintenance, planning taxi with single engine, application of external electrical and air units instead of APU engine during standby of aircraft on ground, implementation of aircraft aerodynamic improvements such as winglets, reductions books, magazines, potable water resources and in-flight entertainment systems that affect aircraft weight, are all positively affecting the overall flight costs.
The studies and researches show that the flight plans created for long-haul flights are optimized according to meteorological conditions, flight speed and altitude, and that making these plans with the closest estimates provides a significant reduction in total flight cost. For this reason, airline companies use commercial flight planning package softwares on the market that are cost effective and optimizations are most effective. These planning softwares which have high cost for non commercial uses, also provide the airline total cost analysis within route optimization and helping to create flight plans with fewer errors.
In this study, it was aimed to improve the total airline operational cost which is based on performance and planning metods of the long-range Istanbul-Los Angeles flight by Boeing 777-300 ER aircraft with maximum take-off weight. The exemplary flight plans in this research were created using the '' Professional Flight Planner X - PFPX '' package program, which is used today in dispatcher training and virtual aviation platforms and the package software has significantly close results like commercial flight planning softwares used by airline companies. The Cost Index metod, one of the most effective performance metods in the total operational cost improvements in the literature for fuel saving strategies, and the Redispatch metot as a planning metot have been examined in Istanbul - Los Angeles long range flight.
First, the shortest distance was determined by determining the flight distance between Istanbul and Los Angeles with the Great Circle Distance planning metod. In the view of such information and in the direction of the navigational data lead to create the GCD route consisting of 3 points with the closest range to the great circle distance, and the OPT route which is regarded as the range average of the actual flight plans made up to this time. In the study, the climb and glide performance data will be handled within the database of the PFPX package program used. The average wind values and ISA deviation affecting both routes were determined by examining the summer and winter period data of the "Climate Reanalizer" and used in planning.
In this thesis, aircraft performance parameters are presented with general approaches, calculation metods and informations. This data has been added to the study to help planners to make general flight performance calculation without using flight planning softwares.
In general, Cost Index is defined as the ratio of time related costs, such as hourly overages for flights and cabin crews, hourly rates for motor and structural maintenance of aircraft and fuel cost. The time related costs also include the hourly rate of the aircraft owner or the leased company in the parameters such as costs arising from delays in the planning of the connected flights. However, since these cost parameters vary too much and the effect is small, the above mentioned crew and maintenance cost are taken as basis in general calculations in this study. With Cost Index, the faster the airplane travels, the more earnings are recorded for airline companies. This is due to the fact that the aircraft is flying faster, more distance and time dependent components are available, and the maintenance cost is reduced at this rate. However, if the aircraft travels faster than necessary to reduce time related costs, fuel consumption increases and saving is lost. Therefore, the flight cruising speed should be determined in flight planning by rating all flight parameters and fuel consumption parameters optimally.
For years in the flight plans, constant cruising speed metot at the determined optimum altitude is used. It has been theoretically and practically proven that there are high cost savings in the planning which is made by the Cost Index metot compared to the plans made with the constant speed. Since the number of aircraft in an airline's fleet and the annual number of flights affect the total operational costs, the approach in this study was evaluated on a single aircraft and route. In this study, four different Cost Index values were applied to Istanbul - Los Angeles flight plans which were created by using the obtained planning parameters and the lowest cost flight route and Cost Index value were determined. 
In addition to the Cost Index metod, applying the Redispatch metot on flight plans especially on long-range flights reduces aircraft weight and provides less fuel with the same payload. With the Redispatch metot contingency fuel is planned as the ratio of the fuel required from the decision point to the main destination rather than the ratio of fuel required for the entire flight. Thus, the weight of the aircraft over all phases is reduced by reducing fuel consumption and cost improvement is achived due to the standart flight planning at the same routes.
In this thesis, the Redispatch metot was applied to the same plan, taking into account the route and period that reached the lowest flight cost with the Cost Index metod. The goal is to reduce the amount of contingency fuel on the same flight plan by using the Redispatch metod, keeping the amount of payload on standard flight plans that is achived with Cost Index metot planning constant. In this way, the amount of fuel required for the flight will be reduced and the savings will be achieved in total operational costs.
When all these data are combined and the results are compared, it is clear that the determined parameters used in route optimization and planning metods are the greatest effect of the financials on long range flights. In addition, it is observed that, after applying the correct Cost Index value and Redispatch metot to the currently applied flight plans, the annual operation of a single long-haul flight is taken into consideration, even in the worst case conditions in this study, total operational cost improvement of $ 120000 is achieved. Therefore, the results obtained are evidence that the performance and planning metods should be implemented by airlines in long-haul flights, and that in depth studies should be undertaken.
In order to obtain more efficient results for total operational cost improvement efforts in the next long haul flight researches, wind data and ISA deviation approaches along the route to be selected need to be analyzed in detail. In addition, more realistic results could be achived by examining in detail the actual step climbs that are needed for aircraft performance for fuel saving strategies. Also, aircraft performance parameters can be examined more closely in climbing and descending phases to obtain cost improvement results close to the actual weather conditions. For determination of real time related costs and direct cost analysis, the crew and maintenance costs are needed to calculate precisely acording to the airline company data. This would help to choose the correct value of Cost Index for actual flight plans and reduce the direct operational costs. In addition to this information, Redispatch metot can be considered more effectively to select most efficent redispatching point on the flight plan route and the total amount of fuel savings can be increased by detailed studies.