飛行挙動計算向けライブラリ、Aircraft Dynamics Libraryの根幹を成すことになるコンポーネントの1つ。ページ名が示す通り、3次元翼の生む力を計算するコンポーネントである。機体の性能推定、質点飛行挙動シミュレーション、剛体飛行挙動シミュレーション、どれを行うにしても「揚力」「抗力」を算出するコンポーネントがなければ始まらない。
本コンポーネントは、parametersとして与えた2次元翼型の特性値(ex. 揚力係数曲線の傾きetc)を、翼の幾何形状(ex.翼面積、アスペクト比etc)を用いて3次元翼の特性値に補正する。そして、connectorsを介して与えられる飛行条件から「揚力」と「抗力」を計算する。下記に代表的なInput/Outputを挙げる。
Parameters:
Output variableのconnectorは、意図して以下4つの力を出力するものを設けた。
「揚力」≠「飛行機(翼)から見て上向きに働く力」
「抗力」≠「飛行機(翼)から見て後ろ向きに働く力」
というものが有り、コンポーネントを使う際に混同/取り違いしないように意識させるためだ。
少しだけ触れておくと、揚力・抗力の定義はそれぞれ次の通り。
「揚力」:翼の速度ベクトル対して垂直に働く力
「抗力」:翼の速度ベクトルと真反対に働く力
それだと、「揚力」=「飛行機(翼)から見て上向きに働く力」でいいのでは?と思う方が居られるかもしれない。しかし、飛行機・翼が空気の中を翔けるとき、「速度ベクトル(機の進行方向)」=「機/翼の鼻先の向き」とはなっていないのだ。細かい事と言えばそれまでだが、これを無視すると、大きく鼻先を持ち上げた姿勢で水平を維持する飛行をシミュレートできないし、離着陸時に起きる重要な現象(実際、この現象絡みで少なくない数の小型機操縦者が命を落としている)を無視してしまうことになる。詳細は、本記事では解説を省くので、学びたい方は航空力学の解説書を参照頂きたい。
今回はコンポーネントのIn/Out・機能の紹介までで終了。このコンポーネントを動かしてみてテストするのは次回の記事で。
本当は、2自由度(2次元・質点)飛行力学シミュレーションのコンポーネントまで作成完了し、妥当な動作を示すところまで確認できているのだが、、記事作成がとことん遅れている。。。。
<文献紹介>
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本コンポーネントは、parametersとして与えた2次元翼型の特性値(ex. 揚力係数曲線の傾きetc)を、翼の幾何形状(ex.翼面積、アスペクト比etc)を用いて3次元翼の特性値に補正する。そして、connectorsを介して与えられる飛行条件から「揚力」と「抗力」を計算する。下記に代表的なInput/Outputを挙げる。
Parameters:
- 翼面積
- アスペクト比
- 2次元翼型特性
- 外気条件(圧力、気温)
- 飛行速度/飛行マッハ数
- 迎え角
- 揚力 / 翼のlocal frameから見た上向きの力
- 抗力 / 翼のlocal frameから見た後ろ向きの力
Output variableのconnectorは、意図して以下4つの力を出力するものを設けた。
- 揚力
- local frameから見た上向きの力
- 抗力
- local frameから見た上向きの力
「揚力」≠「飛行機(翼)から見て上向きに働く力」
「抗力」≠「飛行機(翼)から見て後ろ向きに働く力」
というものが有り、コンポーネントを使う際に混同/取り違いしないように意識させるためだ。
少しだけ触れておくと、揚力・抗力の定義はそれぞれ次の通り。
「揚力」:翼の速度ベクトル対して垂直に働く力
「抗力」:翼の速度ベクトルと真反対に働く力
それだと、「揚力」=「飛行機(翼)から見て上向きに働く力」でいいのでは?と思う方が居られるかもしれない。しかし、飛行機・翼が空気の中を翔けるとき、「速度ベクトル(機の進行方向)」=「機/翼の鼻先の向き」とはなっていないのだ。細かい事と言えばそれまでだが、これを無視すると、大きく鼻先を持ち上げた姿勢で水平を維持する飛行をシミュレートできないし、離着陸時に起きる重要な現象(実際、この現象絡みで少なくない数の小型機操縦者が命を落としている)を無視してしまうことになる。詳細は、本記事では解説を省くので、学びたい方は航空力学の解説書を参照頂きたい。
今回はコンポーネントのIn/Out・機能の紹介までで終了。このコンポーネントを動かしてみてテストするのは次回の記事で。
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文献紹介
Modelica, Model-based degign
Modelicaによるシステムシミュレーション入門
入門者に最適の書。Modelicaって何?という導入から、簡単なコードベースやGUIベースの例モデルまで解説。筆者も入門時に手に取った。訳に少し癖が有る印象だが、英語書物がハードルになる方には確かな助けになる筈。
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Introduction to Modeling and Simulation of Technical and Physical Systems with Modelica
「Modelicaによるシステムシミュレーション入門」の英語版原書。英語に抵抗がなければこちらを入手したら良いと思う。
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Principles of Object-Oriented Modeling and Simulation with Modelica 3.3 A Cyber-Physical Approach (Wiley-IEEE Press)
本格的にModelicaを使い込むなら必携の書。辞書的に適宜調べものをするような形で手元に有ると頼もしい武器。量が多いので電子版もお勧め。筆者もKindle版を所有し、かなりの頻度で参照している。
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はじめてのModelicaプログラミング -1日で読める わかる Modelica入門-
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Modelicaによるモデルベースシステム開発入門-ModelicaとFMIの活用による実践的モデルベース開発-
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Introduction to Physical Modeling With Modelica
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Development of Modelica Library for Dynamics Simulation of CHP Plant: Modelica library structure design and modeling for transient simulation of Combined Heat and Power (CHP) plant
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Python
入門 Python 3
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かんたん Python
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スッキリわかるPython入門 (スッキリシリーズ)
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ゲームを作りながら楽しく学べるPythonプログラミング
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流体力学(Fluid Mechanics)
Fundamentals of Fluid Mechanics
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熱力学(Thermodynamics), 熱機関(Engine, power system)
Fundamentals of Engineering Thermodynamics
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Fundamentals of Jet Propulsion with Applications
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航空力学/飛行力学(Aerodynamics/Flight Dynamics)
航空機の飛行力学と制御
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Flight Stability and Automatic Control
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