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航空機の状態の追加による固定翼航空機のカスタマイズ
この例では、固定翼機のカスタム状態を構築および定義する方法を示します。
この例では次のことを説明します。
カスタム状態とそれが使用されるタイミングを定義します。
基本的なカスタム状態を作成します。
高度なカスタム状態を作成します。
固定翼機の解析でカスタム状態を使用します。
カスタム状態とは何ですか?
デフォルトでは、固定翼状態オブジェクトには固定された状態値のセットが存在します。これらには、迎角、対気速度、高度などが含まれます。
これらの状態は、固定翼オブジェクト内で、無次元係数を次元化したり、ルックアップ テーブルのブレークポイントにデータを提供したりするために使用されます。
ただし、このデフォルトの状態セットでは、航空機の望ましい状態がすべて取り込まれない場合があります。これはカスタム状態が使用される場合です。
カスタム状態を定義することで、固定翼機の任意のコンポーネント内で使用できる新しい状態値を作成できます。
カスタム状態の定義
Aero.FixedWing.State クラスを使用してカスタム状態を作成するには:
新しいクラスを定義します。このクラスは
Aero.FixedWing.Stateから継承する必要があります。クラスに新しい依存プロパティを追加して、カスタム状態を定義します。
カスタム状態クラスで get.State メソッドを定義します。
以下は、カスタム状態クラス MyState がカスタム状態値 MyValue で定義されている単純な状態の例です。
依存プロパティの get メソッドは、状態にある他の任意のプロパティにアクセスできます。この場合、MyValue は地上前進速度 U を使用します。
classdef MyState < Aero.FixedWing.State properties (Dependent) MyValue end methods function value = get.MyValue(obj) value = obj.U * 10; end end end
カスタム状態のより高度な例としては、デ・ハビランド・ビーバー航空機モデル[1]があり、このモデルでは、多数のカスタム状態を使用して係数を次元化しています。このカスタム状態は、以下では「astDehavillandBeaverState」として表示されます。
classdef astDehavillandBeaverState < Aero.FixedWing.State properties (Dependent) Alpha2 Alpha3 Beta2 Beta3 b2V cV qcV pb2V rb2V betab2V AileronAlpha FlapAlpha ElevatorBeta2 RudderAlpha end methods function value = get.Alpha2(obj) value = obj.Alpha ^ 2; end function value = get.Alpha3(obj) value = obj.Alpha ^ 3; end function value = get.Beta2(obj) value = obj.Beta ^ 2; end function value = get.Beta3(obj) value = obj.Beta ^ 3; end function value = get.b2V(obj) value = 14.6300 / (2*obj.Airspeed); end function value = get.cV(obj) value = 1.5875 / (obj.Airspeed); end function value = get.qcV(obj) value = obj.Q * obj.cV; end function value = get.pb2V(obj) value = obj.P * obj.b2V; end function value = get.rb2V(obj) value = obj.R * obj.b2V; end function value = get.betab2V(obj) value = obj.Beta * obj.b2V; end function value = get.AileronAlpha(obj) value = obj.getState("Aileron") * obj.Alpha; end function value = get.FlapAlpha(obj) value = obj.getState("Flap") * obj.Alpha; end function value = get.ElevatorBeta2(obj) value = obj.getState("Elevator") * obj.Beta2; end function value = get.RudderAlpha(obj) value = obj.getState("Rudder") * obj.Alpha; end end end
このカスタム状態は、固定翼状態の定義済み状態プロパティを直接使用するだけでなく、getState メソッドを使用して操舵面の偏向角度を抽出します。カスタム状態の get メソッドでは、状態またはメソッドの任意の組み合わせを使用できます。
カスタム状態の使用
カスタム状態を定義したら、分析方法でカスタム状態を使用します。
[beaver, cruise] = astDehavillandBeaver()
beaver =
FixedWing with properties:
ReferenceArea: 23.2300
ReferenceSpan: 14.6300
ReferenceLength: 1.5875
Coefficients: [1×1 Aero.FixedWing.Coefficient]
DegreesOfFreedom: "6DOF"
Surfaces: [1×3 Aero.FixedWing.Surface]
Thrusts: [1×1 Aero.FixedWing.Thrust]
AspectRatio: 9.2138
Properties: [1×1 Aero.Aircraft.Properties]
UnitSystem: "Metric"
TemperatureSystem: "Kelvin"
AngleSystem: "Radians"
cruise =
astDehavillandBeaverState with properties:
Alpha2: 0.0170
Alpha3: 0.0022
Beta2: 0.0036
Beta3: 2.1974e-04
b2V: 0.1625
cV: 0.0353
qcV: 0
pb2V: 0
rb2V: 0
AileronAlpha: 0.0012
FlapAlpha: 0
ElevatorBeta2: -1.5476e-04
RudderAlpha: -0.0060
Alpha: 0.1303
Beta: 0.0603
AlphaDot: 0
BetaDot: 0
Mass: 2.2882e+03
Inertia: [3×3 table]
CenterOfGravity: [0 0 0]
CenterOfPressure: [0 0 0]
AltitudeMSL: 2202
GroundHeight: 0
XN: 0
XE: 0
XD: -2202
U: 44.5400
V: 2.7140
W: 5.8360
Phi: 0
Theta: 0.1309
Psi: 0
P: 0
Q: 0
R: 0
Weight: 2.2448e+04
AltitudeAGL: 2202
Airspeed: 45.0026
GroundSpeed: 45.0026
MachNumber: 0.1357
BodyVelocity: [44.5400 2.7140 5.8360]
GroundVelocity: [44.5400 2.7140 5.8360]
Ur: 44.5400
Vr: 2.7140
Wr: 5.8360
FlightPathAngle: 0.1303
CourseAngle: 0.0609
InertialToBodyMatrix: [3×3 double]
BodyToInertialMatrix: [3×3 double]
BodyToWindMatrix: [3×3 double]
WindToBodyMatrix: [3×3 double]
BodyToStabilityMatrix: [3×3 double]
StabilityToBodyMatrix: [3×3 double]
DynamicPressure: 998.6513
Environment: [1×1 Aero.Aircraft.Environment]
ControlStates: [1×5 Aero.Aircraft.ControlState]
OutOfRangeAction: "Limit"
DiagnosticAction: "Warning"
Properties: [1×1 Aero.Aircraft.Properties]
UnitSystem: "Metric"
TemperatureSystem: "Kelvin"
AngleSystem: "Radians"
cruise.Alpha2
ans = 0.0170
[F, M] = forcesAndMoments(beaver, cruise)
F = 3×1
103 ×
0.4037
-1.3285
4.7465
M = 3×1
103 ×
-1.5125
2.3497
0.3744
dydt = nonlinearDynamics(beaver, cruise)
dydt = 12×1
44.9207
2.7140
-0.0276
0.1764
-0.5806
2.0743
-0.2619
0.3391
0.0297
0
0
0
⋮
[stability, derivatives] = staticStability(beaver, cruise)
stability=6×8 table
U V W Alpha Beta P Q R
________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________
FX "Stable" "" "" "" "" "" "" ""
FY "" "Stable" "" "" "" "" "" ""
FZ "" "" "Stable" "" "" "" "" ""
L "" "" "" "" "Stable" "Stable" "" ""
M "Stable" "" "" "Stable" "" "" "Stable" ""
N "" "" "" "" "Stable" "" "" "Stable"
derivatives=6×8 table
U V W Alpha Beta P Q R
_______ _______ _______ ___________ _______ _______ _______ _______
FX -32.531 2.7704 601.22 26968 124.91 0 -552.22 0
FY -33.152 -398.64 -16.894 -558.01 -17973 -467.59 0 1382.4
FZ -410.16 -4.8834 -2867.8 -1.2531e+05 -220.18 0 -2445.2 0
L -37.919 -469.28 -10.703 -254.35 -21158 -27832 0 9350.9
M 222.86 74.529 -930.3 -42740 3360.4 0 -20214 -1866.5
N 12.771 62.732 1.6733 -0.35231 2828.4 -8744.1 1909.6 -6134.6
状態は、 fixedWingStateCustom 関数を使用して作成することもできます。
この関数は、作成する状態オブジェクトを指定する文字列入力が追加されていることを除いて、 fixedWingState 関数と同じです。
state = fixedWingStateCustom("astDehavillandBeaverState",beaver)state =
astDehavillandBeaverState with properties:
Alpha2: 0
Alpha3: 0
Beta2: 0
Beta3: 0
b2V: 0.1463
cV: 0.0318
qcV: 0
pb2V: 0
rb2V: 0
AileronAlpha: 0
FlapAlpha: 0
ElevatorBeta2: 0
RudderAlpha: 0
Alpha: 0
Beta: 0
AlphaDot: 0
BetaDot: 0
Mass: 0
Inertia: [3×3 table]
CenterOfGravity: [0 0 0]
CenterOfPressure: [0 0 0]
AltitudeMSL: 0
GroundHeight: 0
XN: 0
XE: 0
XD: 0
U: 50
V: 0
W: 0
Phi: 0
Theta: 0
Psi: 0
P: 0
Q: 0
R: 0
Weight: 0
AltitudeAGL: 0
Airspeed: 50
GroundSpeed: 50
MachNumber: 0.1469
BodyVelocity: [50 0 0]
GroundVelocity: [50 0 0]
Ur: 50
Vr: 0
Wr: 0
FlightPathAngle: 0
CourseAngle: 0
InertialToBodyMatrix: [3×3 double]
BodyToInertialMatrix: [3×3 double]
BodyToWindMatrix: [3×3 double]
WindToBodyMatrix: [3×3 double]
BodyToStabilityMatrix: [3×3 double]
StabilityToBodyMatrix: [3×3 double]
DynamicPressure: 1.5312e+03
Environment: [1×1 Aero.Aircraft.Environment]
ControlStates: [1×5 Aero.Aircraft.ControlState]
OutOfRangeAction: "Limit"
DiagnosticAction: "Warning"
Properties: [1×1 Aero.Aircraft.Properties]
UnitSystem: "Metric"
TemperatureSystem: "Kelvin"
AngleSystem: "Radians"
state2 = fixedWingStateCustom("astDehavillandBeaverState",beaver,aircraftEnvironment(beaver,"COESA",1000))
state2 =
astDehavillandBeaverState with properties:
Alpha2: 0
Alpha3: 0
Beta2: 0
Beta3: 0
b2V: 0.1463
cV: 0.0318
qcV: 0
pb2V: 0
rb2V: 0
AileronAlpha: 0
FlapAlpha: 0
ElevatorBeta2: 0
RudderAlpha: 0
Alpha: 0
Beta: 0
AlphaDot: 0
BetaDot: 0
Mass: 0
Inertia: [3×3 table]
CenterOfGravity: [0 0 0]
CenterOfPressure: [0 0 0]
AltitudeMSL: 0
GroundHeight: 0
XN: 0
XE: 0
XD: 0
U: 50
V: 0
W: 0
Phi: 0
Theta: 0
Psi: 0
P: 0
Q: 0
R: 0
Weight: 0
AltitudeAGL: 0
Airspeed: 50
GroundSpeed: 50
MachNumber: 0.1486
BodyVelocity: [50 0 0]
GroundVelocity: [50 0 0]
Ur: 50
Vr: 0
Wr: 0
FlightPathAngle: 0
CourseAngle: 0
InertialToBodyMatrix: [3×3 double]
BodyToInertialMatrix: [3×3 double]
BodyToWindMatrix: [3×3 double]
WindToBodyMatrix: [3×3 double]
BodyToStabilityMatrix: [3×3 double]
StabilityToBodyMatrix: [3×3 double]
DynamicPressure: 1.3896e+03
Environment: [1×1 Aero.Aircraft.Environment]
ControlStates: [1×5 Aero.Aircraft.ControlState]
OutOfRangeAction: "Limit"
DiagnosticAction: "Warning"
Properties: [1×1 Aero.Aircraft.Properties]
UnitSystem: "Metric"
TemperatureSystem: "Kelvin"
AngleSystem: "Radians"
参考文献
Rauw, M.O.:「飛行力学と制御の解析のための Simulink 環境 - DHC-2「ビーバー」への応用」パートI:「Simulink でのモデル ライブラリの実装」。パートII:「『ビーバー』自動操縦の非線形解析」デルフト工科大学、航空宇宙工学部、修士論文。デルフト、オランダ、1993年。
