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Aerodynamic Forces and Moments

공기역학 계수, 동적 압력, 무게 중심, 압력 중심 및 속도를 사용하여 공기역학적 힘과 모멘트를 계산

• 

라이브러리:
Aerospace Blockset / Aerodynamics

설명

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

Aerodynamic Forces and Moments 블록 포트 레이블은 Input axes, Force axes, Moment axes 목록에서 선택된 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 디폴트 상태는 V_b 입력 포트를 숨기고 변환이 바디-바디(body-body)라고 가정합니다.

• 무게 중심과 압력 중심은 바디 좌표축상에 위치한다고 가정합니다.

• 이 블록은 안정성 축 방향으로 힘 및/또는 모멘트를 출력할 수 있지만, 운동 방정식(Equations of Motion) 라이브러리의 블록들은 현재 바디 축 또는 바람 축 방향의 힘과 모멘트만을 입력으로 받아들이도록 설계되어 있습니다.

포트

입력

Coef — 공기역학 계수

요소를 6개 가진 벡터

힘과 모멘트에 대한 공기역학 계수(선택된 입력 축 기준), 벡터로 지정됨. 이 계수들은 축 선택에 따라 벡터로 정렬됩니다:

입력 축	입력 벡터
바디	(축방향 힘 Cx, 측면 힘 Cy, 법선력 Cz, 구름 모멘트 Cl, 피칭 모멘트 Cm, 요잉 모멘트 Cn)
안정성	(항력 CD(β=0), 측력 Cy, 양력 CL, 롤링 모멘트 Cl, 피칭 모멘트 Cm, 요잉 모멘트 Cn)
바람	(항력 CD, 측풍력 Cc, 양력 CL, 롤링 모멘트 Cl, 피칭 모멘트 Cm, 요잉 모멘트 Cn)

데이터형: double

q_bar — 동적 압력

스칼라 | 요소를 3개 가진 벡터

동적 압력으로, 1×3 배열로 지정됩니다.

데이터형: double

CG — 무게 중심

요소를 3개 가진 벡터

무게 중심으로, 1×3 벡터로 지정됩니다.

데이터형: double

CP — 압력 중심

요소를 3개 가진 벡터

압력 중심으로, 1×3 벡터로 지정됩니다. 이것은 모델의 나머지 부분이 모멘트 기준점의 사용을 반영하는 한, 일반적인 모멘트 기준점으로 간주될 수도 있습니다.

데이터형: double

V_b — 바디 좌표축에서의 속도

요소를 3개 가진 벡터

바디 좌표축 방향의 속도로, 1×3 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(선택된 출력 축 기준)으로, 무게 중심의 x축, y축, z축의 3개 요소 벡터로 반환됩니다.

데이터형: double

M — 공기역학적 모멘트

요소를 3개 가진 벡터

공기역학적 모멘트(선택된 출력 축 기준)로, 무게 중심의 x축, y축, z축의 3개 요소 벡터로 반환됩니다.

데이터형: double

파라미터

Input axes — 입력 계수를 위한 좌표계

Body (디폴트 값) | Stability | Wind

입력 계수를 위한 좌표계로, Body (디폴트 값), 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'

디폴트 값: 'Body'

Force axes — 공기역학적 힘에 대한 좌표계

Body (디폴트 값) | Stability | Wind

공기역학적 힘에 대한 좌표계로, Body (디폴트 값), 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'

디폴트 값: 'Body'

Moment axes — 공기역학적 모멘트를 위한 좌표계

Body (디폴트 값) | Stability | Wind

공기역학적 모멘트 좌표계로, Body (디폴트 값), 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'

디폴트 값: 'Body'

Reference area — 기준 면적

1 (디폴트 값) | 임의의 double형 값

공기역학적 힘과 모멘트 계산을 위한 기준 면적으로, double형 값으로 지정됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: S

유형: 문자형 벡터

값: 임의의 double형 값

디폴트 값: '1'

Reference span — 기준 길이

1 (디폴트 값) | 임의의 double형 값

x-축 및 z-축에서의 공기역학적 모멘트 계산에 사용되는 기준 길이로, 임의의 double형 값으로 지정됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: b

유형: 문자형 벡터

값: 임의의 double형 값

디폴트 값: '1'

Reference length — 참조 길이

1 (디폴트 값) | 임의의 double형 값

y축에서 공기역학적 모멘트 계산을 위한 기준 길이로, double형 값으로 지정됩니다.

프로그래밍 방식 사용

블록 파라미터: cbar

유형: 문자형 벡터

값: 임의의 double형 값

디폴트 값: '1'

알고리즘

받음각을 α, 측면 미끄러짐을 β라 합니다. 바디 축에서 안정성 축으로의 회전은 다음과 같습니다.

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

위 회전은 안정성 축에서 풍향 축으로의 회전과 결합될 수 있습니다.

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

이를 통해 바디 축에서 풍향 축으로의 회전을 산출할 수 있습니다.

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

모멘트 계수는 모든 시스템에서 동일한 표기법을 사용합니다. 힘 계수는 아래와 같습니다. 안정성 축의 힘 성분에 대한 특정 기호는 없습니다. 그러나 안정성 축에는 다른 축들과 동일하게 유지되는 두 가지 성분이 있습니다.

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

성분/축	x	y	z
바람	CD	CC	CL
안정성	—	CY	CL
바디	CX	CY	CZ (–CN)

이러한 정의에 따라, D, C, Y (여기서 Y = -C), 그리고 L의 표준 정의를 설명하기 위해, 바람 축의 힘 계수들은 음의 항등원 diag(-1, -1, -1)과 곱해집니다. 안정성 축에서의 힘 계수는 diag(-1, 1, -1)로 곱해집니다. C_N와 C_X는 각각 법선 방향 힘과 축 방향 힘의 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