Increasing single runway airport capacity without enlarging airports : case study and evaluation of innovative solutions

While European traffic is expected to increase from 9.5 million flights per year in 2012 to 14.4 million in 2035, it is crucial to adapt existing infrastructure to meet future demand, otherwise delays and cancellations will occur. Building new airports or adding runways to existing airports is a long and costly process, in addition to requiring a lot of space. However, various solutions exist to increase airport capacity without increasing airport size. Considering the case study of Geneva Airport, which needs to increase its runway capacity from 40 to 47 movements per hour in order to cope with future demand, the impact of adding new Rapid Exit Taxiways (RET) and applying Wake Turbulence Recategorization (RECAT-EU) was analyzed, through the use of REDIM, in order to get Runway Occupancy Time (ROT) and study runway exits utilization, and the Airfield Capacity Spreadsheet Model, from the Federal Aviation Administration, to get the capacity of the runway. Results highlighted the importance of reducing Arrival Runway Occupancy Time, and mainly the one of the most represented category flying at the airport. In the case of GVA, by placing a RET as to minimize ROT of Medium aircrafts, great enhancement of capacity was observed, as medium aircrafts constitute 80% traffic. The results also demonstrate the impact that the composition of traffic operating at the airport has on runway capacity, particularly the negative impact of Light aircraft, due to slow approach procedures and long Departure Runway Occupancy Time. Finally, applying RECAT categories and separations in the case of Geneva Airport didn’t bring any benefits in terms of capacity, as the aircraft mix operating at the airport counts with 15% of Light aircrafts, mostly penalized by RECAT, and only 5% of Heavy aircrafts. In the future, various new technologies will emerge, in particular the Ground Based Augmentation System, which will allow enhanced arrival procedures such as landing on a steeper glide slope (Increased Glide Slope) and guiding aircrafts to different touch down points on the runway (Multiple Runway Aiming Points). In this thesis, it has been demonstrated that IGS and MRAP can bring benefits in terms of capacity, as they can help importantly reduce wake vortex separation on approach. Moreover, depending on the runway exit configuration, MRAP can help reduce Arrival Runway Occupancy Time. However, the sequence of the aircrafts on approach is very important in order to get the maximum benefits from the concepts.

Mentre il traffico europeo dovrebbe passare da 9,5 milioni di voli all'anno nel 2012 a 14,4 milioni nel 2035, è fondamentale adattare le infrastrutture esistenti per soddisfare la domanda futura, altrimenti si verificheranno ritardi e cancellazioni. La costruzione di nuovi aeroporti o l'aggiunta di piste agli aeroporti esistenti è un processo lungo e costoso, oltre a richiedere molto spazio. Tuttavia, esistono varie soluzioni per aumentare la capacità aeroportuale senza aumentare le dimensioni dell'aeroporto. Considerando il caso studio dell'aeroporto di Ginevra, che deve aumentare la capacità della propria pista da 40 a 47 movimenti all'ora per far fronte alla domanda futura, è stato analizzato l'impatto dell'aggiunta di nuovi Rapid Exit Taxiways (RET) e dell'applicazione della ricategorizzazione delle categorie di turbolenze di scia (RECAT-EU), attraverso l'utilizzo di REDIM, per ottenere i tempi di occupazione di pista (ROT) e studiare l’utilizzo delle uscite di pista, e del Airfield Capacity Spreadsheet Model, della Federal Aviation Administration, per ottenere la capacità della pista. I risultati hanno evidenziato l'importanza di ridurre il tempo di occupazione di pista di arrivo, e soprattutto quello della categoria più rappresentata volando in aeroporto. Nel caso di GVA, posizionando una RET in modo da minimizzare il ROT degli aeromobili medi, si è osservato un grande miglioramento della capacità, in quanto gli aeromobili medi costituiscono l'80% del traffico. I risultati dimostrano anche l'impatto che la composizione del traffico operante in aeroporto ha sulla capacità della pista, in particolare l'impatto negativo degli aeromobili leggeri, a causa delle lente procedure di avvicinamento e dei lunghi tempi di occupazione della pista in partenza. Infine, l'applicazione delle categorie e delle separazioni RECAT nel caso dell'aeroporto di Ginevra non ha portato alcun beneficio in termini di capacità, in quanto il mix di aeromobili operanti in aeroporto conta con un 15% di velivoli leggeri, in gran parte penalizzati da RECAT, e solo un 5% di velivoli pesanti. In futuro emergeranno diverse nuove tecnologie, in particolare il Ground Based Augmentation System, che consentirà procedure di arrivo migliorate, come l'atterraggio su una pendenza più ripida (Increased Glide Slope) e la possibilità di guidare gli aeromobili verso diversi punti di mira sulla pista (Multiple Runway Aiming Points). In questa tesi, è stato dimostrato che IGS e MRAP possono portare benefici in termini di capacità, in quanto possono aiutare a ridurre la separazione per turbolenza di scia in avvicinamento. Inoltre, a seconda della configurazione delle uscite di pista, MRAP può contribuire a ridurre il tempo di occupazione della pista in arrivo. Tuttavia, la sequenza degli aeromobili in avvicinamento è molto importante per ottenere i massimi benefici dai concetti.