Aerospace Blockset

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Aerospace Blockset

航空宇宙機の運動のモデリング、シミュレーション、解析

 

Aerospace Blockset™ は、航空宇宙機のモデリング、シミュレーション、解析に使用する Simulink® ブロックを提供します。機体の運動、検証済みの飛行環境モデル、パイロットの挙動を組み込み、このモデルを FlightGear フライト シミュレーターに接続してシミュレーション結果を可視化します。

Aerospace Blockset では、空力係数や Data Compendium (Datcom) 導関数を使用して、固定翼機、回転翼機、およびマルチコプターのモデルを作成できます。また、事前構築済みのコンポーネント ライブラリを使用して、GNC アルゴリズムを設計しアクチュエーターの運動および推進サブシステムをモデリングすることができます。航空宇宙向けの数学演算、座標系、および空間変換が組み込まれており、3 自由度 (3DOF) および 6 自由度 (6DOF) の物体の挙動を表現できます。

このブロックセットには、大気、重力、風、ジオイド高、磁場に関する検証済みの環境モデルが含まれており、これらで飛行条件を表現することでシミュレーションの忠実度が向上します。機体制御解析ツールでは、航空宇宙機の動的応答と飛行特性を解析できます。解析の完成度を高めるため、事前構築済みの FlightGear フライト シミュレーター インターフェイスで、標準的なコックピット計器を使用して機体の飛行を Simulink から直接可視化することができます。

航空宇宙機のモデリング

ブロックを使用すると、さまざまな飛行条件や環境条件における航空宇宙機の運動のモデリング、シミュレーションの実行、システムの挙動の把握が可能です。

質点運動方程式

4 次および 6 次の質点ブロックを使用して、単一または複数の質点の負荷および並進運動や協調運動をモデリングできます。航空機群協調制御の例でブロックの使用方法をご覧ください。

航空機群協調制御の例。

3 自由度および 6 自由度の運動方程式

運動方程式ブロックを使用して、不変質量および可変質量による 3 自由度および 6 自由度の運動方程式のシミュレーションを実行できます。また、機体、風、地球中心地球固定 (ECEF) 座標系の運動方程式の表現を定義できます。

航空宇宙座標系。

Data Compendium 導関数

デジタルの Data Compendium (Datcom) 導関数を MATLAB® にインポートして、機体にかかる空気力学的な力やモーメントのシミュレーションを Simulink® で実行できます。Swineworks D-200 Sky Hogg 軽飛行機のモデル例でこのブロックの使用方法をご覧ください。

Datcom の空力係数の使用例。

GNC と飛行解析

テンプレートや関数を使用して、航空宇宙機の動的応答や、誘導、ナビゲーション、および制御 (GNC) ブロックの高度な解析を実行し、飛行の制御や調整を行えます。 

飛行制御解析

Aerospace Blockset および Simulink Control Design™ を使用して、航空宇宙機の動的応答の高度な解析を実行できます。初回使用時にはテンプレートを使用し、関数を使用して Simulink でモデリングされた機体の飛行特性の演算と解析を実行できます。

解析開始時には組み込みテンプレートを使用。   

誘導、ナビゲーション、および制御

誘導ブロックでは、2 機の機体間の距離を演算できます。ナビゲーション ブロックでは、加速度計、ジャイロスコープ、慣性計測装置 (IMU) をモデリングできます。制御ブロックでは、航空宇宙機の運動を制御できます。

手のひらサイズのドローンの GNC の例。        

環境モデル

検証済みの環境モデルを使用して、標準大気、重力、磁場のプロファイルを表現したり、標準的な風況を実装したりできます。

大気

ブロックを使用して、International Standard Atmosphere (ISA) や 1976 Committee on Extension to the Standard Atmosphere (COESA) の大気モデルなど、標準大気の数学表現を実装できます。

COESA 大気モデルを使用した DeHavilland Beaver の例。    

重力と磁場

1984 World Geodetic System、1996 Earth Geopotential Model (EGM96)、または World Magnetic Models (WMM) などの標準を使用して重力および磁場の演算を実行したり、天文データをダウンロードしてジオイド高およびジオイド起伏の演算を実行したりできます。

重力と磁場のモデルを適用。  

MIL-F-8785C、MIL-HDBK-1797、および U.S. Naval Research Laboratory Horizontal Wind Models (HWM) の標準による数学表現などを適用し、飛行シミュレーションで風の影響を考慮します。

ウィンドシア、突風、乱気流が発生する中での HL-20 の着陸。    

飛行の可視化

標準的なコックピット計器を使用して機体の飛行力学を可視化したり、そのシミュレーションを FlightGear フライト シミュレーターに接続したりできます。

飛行計器

飛行計器ブロックを使用してナビゲーション変数を表示できます。このブロックでは、対気速度計、上昇率計、排気温度計、高度計、人工水平儀、旋回傾斜計などの飛行計器ライブラリを使用できます。

飛行計器ブロックで飛行データを表示。    

フライト シミュレーター インターフェイス

ブロックを使用して、FlightGear フライト シミュレーターでインターフェイスを使用し、3 次元環境で航空宇宙機の運動を可視化できます。まずは NASA の HL-20 リフティングボディ宇宙往還機を使用した実行例をご覧ください。

HL-20 のシミュレーションの可視化例。    

機体コンポーネント

ブロックを使用して、線形および非線形のアクチュエーターなどの機体コンポーネント、人間のパイロットの挙動、エンジン システムをモデリングできます。

アクチュエーター

固有振動数、減衰比、飽和、比率、偏差の制限などに基づいて線形および非線形のアクチュエーターを表現できます。

非線形アクチュエーターとしての安定板の運動のモデリング。    

パイロットモデル

伝達関数を使用して運動モデル内でパイロットの応答を考慮し、反応時間を表現します。パイロットモデル ライブラリには 3 種類のブロックが含まれていて、双一次 (Tustin) 変換、精度、交差の各モデルを実装できます。

双一次 (Tustin) 変換パイロットモデルの伝達関数。    

エンジンシステム

ターボファン エンジンシステム ブロックでは、特定のスロットル位置、マッハ数、高度におけるターボファン エンジンおよび制御機器の推力および燃料流量の重量の演算を実行できます。

エンジンと制御機器の両方を含むブロック。 
    

惑星暦

太陽系の天体暦データを使用して、ユリウス暦の特定の日の惑星の位置と速度を演算し、地球の章動と月の秤動運動を表現できます。

天象ブロックライブラリ

Simulink で、NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) から取得したチェビシェフ係数を使用して、ユリウス暦の特定の日における太陽系小天体の、特定の物体中心に対する相対的な位置と速度、および地球の章動と月の秤動運動を表現できます。

NASA JPL から取得した係数を使用したブロック。    

新機能

飛行制御解析ツール

航空宇宙機の動的応答および飛行特性の解析

地球方位パラメーター

極運動、天体中間軸の変位の調整、UT1 と UTC のずれの演算

超音速時の修正

等価対気速度、較正対気速度、真対気速度の相互変換

運動方程式の状態名

航空宇宙工学独自の剛体の状態名を指定して線形化プロセスを簡略化

FlightGear インターフェイス

フライト シミュレーター ブロックで Version 2018.1 をサポート

これらの機能やそれに対応する機能の詳細については、リリースノートをご覧ください。 

Korean Air

「MATLAB と Simulink によりモデルの再利用と効率改善が可能になり、時間とコストが削減されています。当社では、モデルベース デザインにより、ハンドコーディングの場合と比較して 50% 以上の時間削減が達成されたと見積もっており、またプロジェクトの簡略化も実現されています。」

Korean Air、Jugho Moon 氏

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Aerospace Blockset Technical Expert の Greg Drayer Andrade へのお問い合わせ

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