航空宇宙機の動的応答と飛行特性を分析する

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航空宇宙機の動的応答と飛行特性を分析する

Aerospace Blockset™ は、航空宇宙機の動的応答と飛行特性を分析するために使用できる飛行制御分析ツールを提供します。

飛行制御分析ライブスクリプト — MATLAB^® ライブスクリプトは、Sky Hogg および de Havilland Beaver の機体の動的応答と飛行品質の分析を示します。
飛行制御解析テンプレートの変更 — テンプレートを使用して、3 自由度および 6 自由度の機体モデルの飛行特性を分析できます。デフォルトの機体で解析を実行することに慣れたら、それを独自の機体に置き換えて解析することができます。
短周期非減衰固有振動数の結果をプロットする — 横方向のハンドリング特性を計算した後、Aerospace Toolbox 短周期関数を使用して、短周期の減衰のない固有周波数応答をプロットします。

メモ

機体の動的応答と飛行特性を分析するには、Simulink^® Control Design™ ライセンスが必要です。

飛行制御分析ライブスクリプト

各飛行制御分析テンプレートには、デフォルトの機体の飛行品質分析ワークフローをガイドする MATLAB ライブスクリプトが関連付けられています。スクリプトを操作して、分析ワークフローを調べることができます。

DehavillandBeaverFlyingQualityAnalysis — De Havilland Beaver 機体の縦方向および横方向の飛行特性を計算します。
SkyHoggLongitudinalFlyingQualityAnalysis — Sky Hogg 機体の縦方向の飛行特性を計算します。

ライブスクリプトの実行の詳細については、コードのセクションの作成と実行を参照してください。

いずれかのテンプレートを開きます。たとえば、次のようになります。
```
asbFlightControlAnalysis('6DOF')
```
Getting Started セクションに移動し、最初のリンクをクリックします。
または、コマンドウィンドウで次のように入力します。
```
open('DehavillandBeaverFlyingQualityAnalysis')
```
このスクリプトでは、Simulink でモデル化された航空機の縦方向の飛行特性 (長周期フゴイドモードと短周期モード) と横方向の飛行特性 (ダッチロールモード、ロールモード、スパイラルモード) を固有値解析を使用して決定する方法について説明します。
スクリプトを実行すると、該当する場合は実行結果がインラインで表示されます。

フライト分析テンプレートの変更

Aerospace Blockset は次のテンプレートを提供します:

flightControl6DOFAirframeTemplate — このテンプレートは、線形化と品質分析用に構成された 6 自由度の機体を使用します。初期化のために、テンプレートは de Havilland Beaver 機体パラメータを使用します。
flightControl3DOFAirframeTemplate — このテンプレートは、線形化と品質分析用に構成された 3 自由度の縦方向の機体を使用します。初期化のために、テンプレートは Sky Hogg 機体パラメータを使用します。

デフォルトの機体で飛行制御解析テンプレートを操作することに慣れたら、独自の機体モデル用にテンプレートをカスタマイズすることを検討してください。

飛行制御分析テンプレート

Aerospace Blockset 飛行制御分析テンプレートについて詳しく知るには:

テンプレートの 1 つを開きます。たとえば、3DOF テンプレートを開くには、次のようにします。
```
asbFlightControlAnalysis('3DOF')
```
6DOF テンプレートを開くには:
```
asbFlightControlAnalysis('6DOF')
```
飛行制御解析モデルが開きます。
Analysis Workflow セクションには、縦方向および横方向の飛行特性を計算し、その値を MIL-F-8785C 要件と比較するためのクリック可能なガイド付きワークフローが含まれています。各ステップでは、そのステップに必要な変数が作成されます。飛行品質分析を実行するには、手順内のリンクを順番にクリックします。
1. モデルリニアライザーを使用して、機体モデルのベースワークスペースに動作点仕様オブジェクトを作成します。または、手順 2 で提供されたデフォルトのオブジェクトをロードします。
2. 機体をトリムするには、手順 3 で Trim the airframe をクリックします。このアクションは trimAirframe 関数を呼び出します。
3. トリムされた動作点を中心に機体を線形化するには、手順 4 で Linearize the airframe をクリックします。このアクションは linearizeAirframe 関数を呼び出します。
4. 縦方向の飛行特性を計算するには、Compute longitudinal handling qualities をクリックします。このアクションは computeLongitudinalFlyingQualities 関数を呼び出します。
5. 横方向のハンドリング特性を計算するには、手順 6 で Compute lateral-directional handling qualities をクリックします。このアクションは computeLateralDirectionalFlyingQualities 関数を呼び出します。

飛行制御解析テンプレートの変更

3DOF および 6DOF の飛行制御解析テンプレートを使用して、デフォルトの機体の縦方向および横方向の操縦特性をトリミング、線形化、計算することに慣れたら、テンプレートをカスタマイズして独自の機体を含めることを検討してください。

3DOF または 6DOF テンプレートを開き、機体を独自のものに変更します。たとえば、テンプレートの機体を外部モデルに変更するには、次のようにします。
```
asbFlightControlAnalysis('6DOF', 'sixDOFAirframeExample','DehavillandBeaver6DOFAirframe')
```
このコマンドは、de Havilland Beaver サブシステムを DehavillandBeaver6DOFAirframe モデルに置き換え、参照モデルとして含めます。
または、対応するキャンバスで、青い領域にあるデフォルトのモデルの機体を手動で独自の機体に置き換えます。
キャンバス上で、入力マッピングサブシステムと出力マッピングサブシステムを使用して、機体の入力と出力を揃えます。
新しい動作点仕様オブジェクトを作成します。Analysis Workflow セクションで手順 2 に進み、Launch をクリックしてモデル線形化ツールを起動します。
opCond.OperatingSpec オブジェクトをベースワークスペースに保存するには、ダイアログウィンドウで Export をクリックします。
機体モデルの縦方向および横方向の操縦特性をトリミング、線形化、計算するには、ワークフロー手順 3、4、5、および 6 のリンクをクリックします。

飛行制御解析機能の探索

飛行制御分析のライブスクリプトとテンプレートワークフローでは、次の機能が使用されます。

asbFlightControlAnalysis
trimAirframe
linearizeAirframe
computeLongitudinalFlyingQualities
computeLateralDirectionalFlyingQualities

独自のスクリプトをカスタマイズして、動作点の周囲で機体をトリムし、機体を線形化し、縦方向および横方向の操縦特性を計算するには、ワークフローで次の関数を使用します。

asbFlightControlAnalysis 関数を使用して飛行制御解析テンプレートを作成します。
trimAirframe 関数を使用して、動作点の周囲で機体モデルをトリミングします。
このステップでは、linearizeAirframe 関数に必要なトリムされた動作ポイントを作成します。
linearizeAirframe 関数を使用して、トリムされた動作点の周囲で機体モデルを線形化します。
このステップでは、調整された動作点での機体モデルの線形化されたダイナミクスを記述する状態空間モデルを作成します。
computeLongitudinalFlyingQualities を使用して、指定された状態空間モデルの短周期および長周期 ( フゴイド ) モード特性を含む機体の飛行特性を計算します。computeLateralDirectionalFlyingQualities を使用して、横方向（ダッチロール、ロール、スパイラル）モード特性を計算します。

次に例を示します。

asbFlightControlAnalysis('6DOF', 'DehavillandBeaverAnalysisModel');
opSpecDefault = DehavillandBeaver6DOFOpSpec('DehavillandBeaverAnalysisModel');
opTrim = trimAirframe('DehavillandBeaverAnalysisModel', opSpecDefault);
linSys = linearizeAirframe('DehavillandBeaverAnalysisModel', opTrim);
lonFlyingQual = computeLongitudinalFlyingQualities('DehavillandBeaverAnalysisModel', linSys)
latFlyingQual = computeLateralDirectionalFlyingQualities('DehavillandBeaverAnalysisModel', linSys)

短周期非減衰固有振動数の結果をプロットする

横方向のハンドリング特性を計算した後、shortPeriodCategoryAPlot 関数を使用して、短周期の減衰のない固有周波数応答 ω_nSP をプロットできます。カテゴリー B またはカテゴリー C の飛行フェーズをプロットするには、shortPeriodCategoryBPlot または shortPeriodCategoryCPlot 関数を使用します。この例では、Sky Hogg モデルの短周期非減衰固有周波数応答をプロットする方法について説明します。

3DOF 構成の飛行制御解析テンプレートを開始します。
```
asbFlightControlAnalysis('3DOF')
```
3DOF Sky Hogg Longitudinal Flying Quality Analysis プロジェクトは Simulink エディターで開始されます。
縦方向および横方向の飛行特性を計算するには、Analysis Workflow セクションでガイド付きワークフローをクリックし、プロンプトが表示されたら OK をクリックします。
縦方向と横方向の飛行特性を計算した後、ワークスペースで lonFQ 構造を見つけてダブルクリックします。
変数ビューアで、ShortPeriodMode 変数をダブルクリックします。
wn 変数が存在することを確認します。wn 変数は、プロットする短周期の減衰のない固有周波数応答です。
短周期の減衰のない固有周波数応答をプロットします。MATLAB コマンドウィンドウで関数 shortPeriodCategoryAPlot を使用します。たとえば、迎え角あたりの荷重係数が 10 の場合、このコマンドを入力します。
```
shortPeriodCategoryAPlot(10, lonFQ.ShortPeriodMode.wn, 'ro')
```
短周期の減衰のない固有周波数応答がプロットされた図ウィンドウが表示されます。
結果が許容範囲内であるかどうかを評価するには、赤い点が許容範囲内にあることを確認します。

参考