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HL-20 の飛行計器ブロックと Unreal Engine を使用した視覚化

このモデルは、視覚化に Unreal Engine® を使用して、Simulink ® および Aerospace Blockset ™ でモデル化された NASA の HL-20 揚力体とコントローラーを示しています。このモデルは、自動着陸コントローラを使用して、進入および着陸飛行段階をシミュレートします。計器パネルサブシステムは、Aerospace Blockset ™ 飛行計器ライブラリの航空機固有のゲージを使用します。

HL-20 は、有人宇宙船打上げシステム (PLS) としても知られ、スペースシャトルオービターを補完するために設計された揚力体再突入体です。HL-20リフティングボディは最大10人の乗員とごく少量の貨物を運ぶように設計されており[1]、ブースターロケットで垂直に打ち上げられるか、スペースシャトルの軌道船のペイロードベイで輸送されて軌道上に配置される予定でした。HL-20 揚力体は、搭載された推進システムによって動力による軌道離脱が達成されるように設計されており、再突入は機首を先にして水平に、動力なしで行われることになっていた。

HL-20 揚力体は、低地球軌道への往復のための低コストのソリューションとして開発されました。HL-20 の提案された利点は、着陸と発進の間の迅速なターンアラウンドによる運用コストの削減、飛行安全性の向上、および滑走路への従来の着陸能力です。HL-20 の潜在的なシナリオとしては、軌道上で取り残された宇宙飛行士の救助、スペースシャトルの軌道船が利用できない場合の国際宇宙ステーションの乗組員交換、観測ミッション、衛星整備ミッションなどがありました。

メモ: この例は Simulink Online ではサポートされていません。

HL-20 スケルタルメッシュを作成する

Unreal Engine® (UE) ビジュアライゼーションを備えた Aerospace Blockset ™ で使用する新しい航空機を準備するには、カスタムスケルトンの 1 つを使用するスケルタルメッシュを作成します。これは、Custom 航空機スケルトンと次のワークフローを使用して HL-20 に対して実行されました。

~/matlab/toolbox/aero/animation/HL20/Models/HL20.ac から AC3D ファイルを取得します。
変換に Blender を使用する場合は、AC3D ファイルをインポートするように設定します (cf. https://wiki.flightgear.org/Howto:Work_with_AC3D_files_in_Blender)。
Unreal エディタ用のカスタム航空機メッシュを準備するの 7 つの手順に従って、ファイル「HL20.ac」を「HL20.fbx」に変換し、そのスケルタルメッシュを UE にインポートします。

HL-20 の場合、多くのボーンは不要であるため、どのメッシュオブジェクトにも接続されません。たとえば、第 2 の翼やプロペラはありません。ただし、サポートパッケージ内のカスタムスケルトンと一致するように、すべてのボーンを作成する必要があります。

Aerospace Blockset の HL-20 モデルには、次の骨格骨接続があります。

Unreal Engine の視覚化を使用する

カスタムメッシュが UE の航空宇宙アセットとして利用できるようになると、Aerospace Blockset > Animation > Simulation 3D > Simulation 3D Aircraft ブロックはそれを使用して HL-20 機体を実装できるようになります。

NASA HL-20 揚力体機体の例

モデル例を開きます。

mdl = "aeroblk_HL20_UE";
open_system(mdl);

モデルは次のようになります。

UE Visualization サブシステム (以下に表示) は、ボディの位置 (Xe) と回転 ([phi, theta, psi]) を Simulation 3D Custom Pack ブロックに送信します。このブロックは、Simulation 3D Aircraft ブロックの移動マトリックスと回転マトリックスを組み立てて、HL-20 モデルとそのすべてのパーツを配置します。よりリアルにするために、このモデルでは、操縦翼面の回転と着陸装置の伸縮が追加されています。これらの回転は、アクチュエータブレイクアウトサブシステムで計算されます。

この空港シーンで HL-20 を正しく配置するために、HL-20 サブシステムの Xe 調整によって、到着場所にオフセットが追加されます。

アクチュエータブレイクアウトサブシステム (下図) は、すべての制御面と着陸装置の位置を設定します。着陸装置は格納状態で初期化され、地上高 (AGL) が一定数 (例: 300 フィート) を下回ると伸長するように設定されます。HL-20 は、シングルフラップ、尾部なし、および 4 つのボディフラップ (上部に 2 つ、下部に 2 つ) を備えた高上反角翼を備えた特殊な航空機であるため、アクチュエータコマンドをすべて操縦面に直接適用することはできません。翼フラップはエルロンとエレベーターの両方の動作に使用され、一方、胴体フラップは従来のフラップ、スポイラーとして使用され、差動モードではエルロンを補助するために使用されます。

着陸装置の Retracted Action サブシステム (下記参照) は着陸装置を格納位置まで回転させますが、Extended Action サブシステムはすべての回転をゼロに戻します。

モデルを実行する前に、シミュレーションクロックがモデルデータが取得された速度と一致するように、シミュレーションペーシング がオンになっていることに注意してください。

実行ボタンをクリックした後、3D 視覚化ウィンドウが初期化されるまで数秒お待ちください。
HL-20 が着陸装置を格納した状態で空港に向かって降下しているのが見えるはずです。
シミュレーションが開始したら、まず 3D ウィンドウ内で左クリックし、次に 0 から 9 までのキーを使用して、事前設定された 10 個のカメラ位置から選択することで、カメラビューを切り替えることができます。カメラビューの詳細については、「Simulink と Unreal Editor を使用してシーンをカスタマイズする」の「シミュレーションの実行」セクションを参照してください。