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Aerodynamic Forces and Moments

공기역학 계수, 동압력, 중심점, 압력 중심, 속도를 사용하여 공기역학적 힘과 모멘트를 계산합니다.

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라이브러리:
Aerospace Blockset / Aerodynamics

설명

Aerodynamic Forces and Moments 블록은 중력 중심에 대한 공기역학적 힘과 모멘트를 계산합니다.

Aerodynamic Forces and Moments 블록 포트 레이블은 Input axes, Force axes, Moment axes 목록에서 선택한 좌표계에 따라 변경됩니다.

예제

HL-20 with Flight Instrument Blocks and Visualization Using Unreal Engine

Model NASA HL-20 lifting body and controller modeled in Simulink^® and Aerospace Blockset™, using Unreal Engine^® for visualization.

• 라이브 스크립트 열기

제한 사항

• 블록의 기본 상태에서는 V_b 입력 포트가 숨겨지고 변환이 body-body라고 가정합니다.

• 중력 중심과 압력 중심은 바디 축에 있다고 가정합니다.

• 이 블록은 안정 축에서 힘 및/또는 모멘트를 출력하는 기능을 갖추고 있는 반면, 운동 방정식 라이브러리의 블록은 현재 본체 또는 풍축에서만 힘과 모멘트를 허용하도록 설계되었습니다.

포트

입력

Coef — 공기역학 계수

요소를 6개 가진 벡터

힘과 모멘트에 대한 공기역학 계수(선택한 입력 축에서)는 벡터로 지정됩니다. 이러한 계수는 축 선택에 따라 벡터로 정렬됩니다.

입력 축	입력 벡터
본문	(축력 Cx, 측력 Cy, 수직력 Cz, 롤링 모멘트 Cl, 피칭 모멘트 Cm, 요잉 모멘트 Cn)
안정	(항력 CD(β=0), 측력 Cy, 양력 CL, 롤링 모멘트 Cl, 피칭 모멘트 Cm, 요잉 모멘트 Cn)
바람	(항력 CD, 횡풍력 Cc, 양력 CL, 롤링 모멘트 Cl, 피칭 모멘트 Cm, 요잉 모멘트 Cn)

데이터형: double

q_bar — 동적 압력

스칼라 | 요소를 3개 가진 벡터

1x3 배열로 지정된 동적 압력입니다.

데이터형: double

CG — 무게 중심

요소를 3개 가진 벡터

중심은 1x3 벡터로 지정됩니다.

데이터형: double

CP — 압력 중심

요소를 3개 가진 벡터

1x3 벡터로 지정된 압력 중심입니다. 나머지 모델이 모멘트 기준점의 사용을 반영하는 한, 이는 일반적인 모멘트 기준점으로 간주될 수도 있습니다.

데이터형: double

V_b — 바디 축의 속도

요소를 3개 가진 벡터

본체 축의 속도는 1x3 벡터로 지정됩니다.

종속성

Input axes 파라미터가 Wind 또는 Stability로 설정된 경우 이 포트가 활성화됩니다.

데이터형: double

출력

F — 공기역학적 힘

요소를 3개 가진 벡터

공기역학적 힘(선택한 출력 축)은 중심의 x-, y-, z-축에서 3개 요소 벡터로 반환됩니다.

데이터형: double

M — 공기역학적 모멘트

요소를 3개 가진 벡터

선택한 출력 축의 공기역학적 모멘트는 중심점인 x-, y-, z-축의 3개 요소 벡터로 반환됩니다.

데이터형: double

파라미터

Input axes — 입력 계수에 대한 좌표계

Body (디폴트 값) | Stability | Wind

입력 계수에 대한 좌표계는 Body(기본값), Stability 또는 Wind로 지정됩니다.

종속성

Stability 또는 Wind를 선택하면 입력 포트 Port_5가 활성화됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: inputAxes

유형: 문자형 벡터

값: 'Body' | 'Stability' | 'Wind'

기본값: 'Body'

Force axes — 공기역학적 힘에 대한 좌표계

Body (디폴트 값) | Stability | Wind

공기역학적 힘에 대한 좌표계는 Body(기본값), Stability 또는 Wind로 지정됩니다.

종속성

Stability 또는 Wind를 선택하면 입력 포트 Port_5가 활성화됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: outputForcesAxes

유형: 문자형 벡터

값: 'Body' | 'Stability' | 'Wind'

기본값: 'Body'

Moment axes — 공기역학적 모멘트에 대한 좌표계

Body (디폴트 값) | Stability | Wind

공기역학적 모멘트에 대한 좌표계는 Body(기본값), Stability 또는 Wind로 지정됩니다.

종속성

Stability 또는 Wind를 선택하면 입력 포트 Port_5가 활성화됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: outputMomentAxes

유형: 문자형 벡터

값: 'Body' | 'Stability' | 'Wind'

기본값: 'Body'

Reference area — 기준 면적

1 (디폴트 값) | 모든 double형 값

공기역학적 힘과 모멘트를 계산하기 위한 기준 면적이며, 임의의 두 배 값으로 지정됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: S

유형: 문자형 벡터

값: 모든 double 값

기본값: '1'

Reference span — 기준 길이

1 (디폴트 값) | 모든 double형 값

x축과 z축의 공기역학적 모멘트를 계산하기 위한 기준 길이이며, 임의의 double형 값으로 지정됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: b

유형: 문자형 벡터

값: 모든 double 값

기본값: '1'

Reference length — 기준 길이

1 (디폴트 값) | 모든 double형 값

y 축의 공기역학적 모멘트를 계산하기 위한 참조 길이이며, 임의의 두 배 값으로 지정됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: cbar

유형: 문자형 벡터

값: 모든 double 값

기본값: '1'

알고리즘

α를 공격각, β를 사이드슬립이라 하자. 바디에서 안정 축으로의 회전:

$$C_{s\leftarrow b}=\left[\begin{array}{ccc}\cos (\alpha )& 0& \sin (\alpha )\\ 0& 1& 0\\ -\sin (\alpha )& 0& \cos (\alpha )\end{array}\right]$$

안정성에서 풍축으로의 회전과 결합될 수 있습니다:

$$C_{w\leftarrow s}=\left[\begin{array}{ccc}\cos (\beta )& \sin (\beta )& 0\\ -\sin (\beta )& \cos (\beta )& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$$

몸체에서 바람 축으로의 순 회전을 생성하려면:

$$C_{w\leftarrow b}=\left[\begin{array}{ccc}\cos (\alpha )\cos (\beta )& \sin (\beta )& \sin (\alpha )\cos (\beta )\\ -\cos (\alpha )\sin (\beta )& \cos (\beta )& -\sin (\alpha )\sin (\beta )\\ -\sin (\alpha )& 0& \cos (\alpha )\end{array}\right]$$

모멘트 계수는 모든 시스템에서 동일한 표기법을 사용합니다. 힘 계수는 아래와 같습니다. 안정성 축의 힘 구성 요소에 대한 특정 기호는 없습니다. 그러나 안정성 축에는 다른 축과 변경되지 않는 두 가지 구성 요소가 있습니다.

$$F_A^w\equiv \left[\begin{array}{c}-D\\ -C\\ -L\end{array}\right]=C_{w\leftarrow b}\cdot \left[\begin{array}{c}{X}_A\\ Y_A\\ Z_A\end{array}\right]\equiv C_{w\leftarrow b}\cdot F_A^b$$

구성 요소/축	x	y	z
바람	CD	CC	CL
안정	—	CY	CL
본문	CX	CY	CZ (–CN)

이러한 정의를 바탕으로 D, C, Y(여기서 Y = -C), L의 표준 정의를 설명하기 위해 풍축의 힘 계수는 음의 항등원 diag(-1, -1, -1)로 곱해집니다. 안정축의 힘 계수는 diag(-1, 1, -1)로 곱해집니다. C_N와 C_X는 각각 수직력과 축력 계수입니다(C_N = -C_Z).

참고 문헌

[1] Stevens, B. L., and F. L. Lewis, Aircraft Control and Simulation, John Wiley & Sons, New York, 1992

확장 기능

C/C++ 코드 생성
Simulink® Coder™를 사용하여 C 코드나 C++ 코드를 생성할 수 있습니다.

버전 내역

R2006a 이전에 개발됨

참고 항목

Dynamic Pressure | Digital DATCOM Forces and Moments | Estimate Center of Gravity | Moments about CG due to Forces

도움말 항목

• NASA HL-20 Lifting Body Airframe