Aerospace Blockset

航空宇宙機のダイナミクスのモデル化、シミュレーション、解析

Aerospace Blockset™ には、高忠実度の航空機プラットフォームおよび宇宙船プラットフォームのモデル化、シミュレーション、および解析を行うための Simulink^® の参照例とブロックが用意されています。また、機体のダイナミクスや検証済みの飛行環境モデルだけでなく、パイロットの挙動、アクチュエーターのダイナミクス、推進のブロックが含まれています。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、航空機および宇宙船の運動と方位を表現することができます。シミュレーション結果を検討するために、2D および 3D 可視化ブロックをモデルに接続することができます。

Aerospace Blockset には、再利用可能な機体プラットフォームモデルを構築するための標準的なモデルアーキテクチャが用意されています。これらのプラットフォームモデルは、自律飛行、レーダー、通信のアプリケーション向けの、飛行およびミッション解析、概念研究、詳細なミッション設計、誘導・ナビゲーション・制御 (GNC) アルゴリズムの開発、ソフトウェア統合テスト、ハードウェアインザループ (HIL) テストをサポートしています。

Aerospace Blockset とは

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スペースミッションの機械学習: 視覚ベース検出のゲームチェンジャー

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大気圏内の飛行体のモデル化

ブロックを使用すると、さまざまな飛行条件や環境条件下での大気圏内における飛行プラットフォームのダイナミクスのモデル化、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、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、不変質量または可変質量による大気圏内飛行体の質点と 3 自由度および 6 自由度のダイナミクスをモデル化し、シミュレーションします。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。モデルの整合性を確認するため、座標系間の変換および単位変換を行います。

運動方程式

航空宇宙座標系について

座標軸変換

単位変換

航空宇宙機のための機体固定座標系。

Data Compendium 導関数

デジタルの Data Compendium (DATCOM) 空力係数を MATLAB^® にインポートして、固定翼機ジオメトリをモデル化します。次に、Simulink^® で機体にかかる空気力学的な力やモーメントをシミュレーションします。

軽航空機設計

デジタル DATCOM の力およびモーメント

DATCOM の空力係数の使用例。

リファレンスアプリケーション

すぐにシミュレーション可能な例を使用して、Aerospace Blockset で航空機のダイナミクスをモデル化する方法をご紹介します。

ハイブリッドおよび電気航空機の電気部品の解析

バッテリー容量とペイロードのスイープを示すプロットを持つハイブリッド電気航空機のモデル。

ハイブリッド航空機向けダイナミクスのモデル例。

宇宙船のシミュレーション

CubeSat Vehicle および Spacecraft Dynamics ライブラリブロックを使用して、小型衛星の運動およびダイナミクスをモデル化、シミュレーション、解析、可視化します。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天体の位置と速度を計算し、地球の章動と月の秤動について表現します。

CubeSat および宇宙船ダイナミクス

衛星やコンスタレーションの運動とダイナミクスをモデル化します。さまざまなレベルの忠実度で軌道を伝播し、機体の姿勢操作に必要な回転を計算します。Aerospace Toolbox の satelliteScenario オブジェクトを使用して、軌道を可視化し、高レベルのミッションプランニングを行います。

CubeSats のモデル化とシミュレーション

Orbit Propagator

Attitude Profile

研究者が MATLAB ベースのシミュレーターで NASA SPHERES 衛星用制御アルゴリズムをテスト

Orbit Propagator ブロックでモデル化された衛星コンスタレーションの可視化。

惑星暦

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について表現します。地球の章動と月の秤動を組み込むことにより、モデルの精度を向上させることができます。

Celestial Phenomena

太陽系の天体の属性を表現するブロック。

リファレンスアプリケーション

すぐにシミュレーションできる宇宙船の例を使って始めます。

Orbit Propagator ブロックを使用したコンスタレーションモデリング

Orbit Propagator ブロックを使用したミッション解析

Orbit Propagator ブロックを使用した Simulink モデル。

すぐにシミュレーションできる、衛星軌道の高レベルなミッション計画を提供する例。

GNC および飛行解析

テンプレートや関数を使用して、航空宇宙機の動的応答に関する高度な解析を行い、GNC ブロックを使用して飛行の制御や調整を行います。

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。

クワッドコプタープロジェクト

誘導、ナビゲーション、および制御 (GNC)

Gulfstream Aerospace、パイロットインザループ航空機シミュレーターを開発

Naval Postgraduate School、ラピッドコントロールプロトタイピングのテストベッドで宇宙船の誘導アルゴリズムの開発とテストを高速化

手のひらサイズのドローンの GNC モデルの例。

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 MIL-F-8785C 規格および MIL-STD-1797A 規格に基づいて Simulink でモデル化された機体の飛行特性の計算と解析を実行します。

航空宇宙機の動的応答および飛行特性の解析

6 自由度の De Havilland Beaver の飛行特性を解析するための Simulink モデルの例。

解析開始時には組み込みテンプレートを使用。

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 De Havilland Beaver

大気モデルブロック

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

重力と磁場

標準的なモデルを使用して、重力や磁場を計算します。Environment ライブラリのブロックでは、EGM2008、WMM2020、IGRF13 などの Earth Geopotential Model、World Magnetic Model、International Geomagnetic Reference Field を実装することができます。また、アドオンエクスプローラーを介してダウンロード可能なジオイドデータを基に、高さや起伏を計算することもできます。

歳差運動の参照フレームを使用した重力モデル

World Magnetic Model: 特定の場所と時間における地磁場の計算

重力と磁場モデルブロック