Muitas das 'variáveis' que você menciona são, na verdade, fixas e, em grande escala, determinadas pelo despacho (as pessoas inteligentes na empresa). Para voos comerciais, o plano de voo será apresentado com antecedência (geralmente pelo despacho da empresa) e conterá todos os pontos de passagem, incluindo os níveis de voo esperados. O despacho faz o cálculo para o voo mais eficiente em estreita colaboração com as autoridades do ATC, por exemplo, reservando slots em certas vias aéreas.
Desvios do plano de vôo não são comuns - você não ouvirá o ATC dizer a um avião no meio do vôo para percorrer o caminho mais longo - em vez disso, qualquer alteração de rota é comunicada aos pilotos quando eles ainda estão no solo, e, se necessário, combustível extra é levado a bordo.
Este plano de vôo é dado aos pilotos e programado no FMC. O FMC é um software muito sofisticado e pode, de fato, calcular o combustível necessário para essa perna sozinho - você pode até programá-lo para calcular a melhor relação entre eficiência e velocidade (veja este vídeo da KLM às 1:40). Eu não estou totalmente certo sobre os detalhes, mas você provavelmente pode programar o SID e STAR dos aeroportos de partida e destino, respectivamente.
Além disso, o combustível extra é absorvido para coisas como taxi , padrões hold esperados (seu despachante saberá o quão ocupado você pode esperar que seja seu aeroporto de destino, por exemplo, Heathrow é geralmente muito ocupado e você pode querer ter algum combustível extra a bordo), e combustível suficiente para pelo menos ser capaz de realizar algumas voltas ou um desvio, se as circunstâncias o exigirem. No final, o piloto é responsável por levar combustível suficiente a bordo, mas contará com o FMC e despachará para fazer um palpite.