Symulacja ruchu bryły 6-DOF

Powiązany artykuł: Aerodynamika, struktura i obciążenia

Całkuje położenie, prędkość bryłową, kwaternion orientacji i prędkość kątową metodą RK4. Zwraca chwilowe pochodne początkowe, końcowy stan, ekstrema oraz przebieg wysokości. Obciążenia są stałe w osiach bryły, ale uwzględniono grawitację, człony transportowe i pełne sprzężenie Eulera.

Dane wejściowe

Stała masa w analizowanej chwili.
Składowa w osi x bryły.
Składowa w osi y bryły.
Składowa w osi z bryły.
Moment przechylający.
Moment pochylający.
Moment odchylający.
Główny moment bezwładności.
Główny moment bezwładności.
Główny moment bezwładności.
Składowa północna lokalnego układu NED.
Składowa wschodnia lokalnego układu NED.
Wysokość dodatnia przeciwnie do osi D układu NED.
Składowa wzdłuż osi x bryły.
Składowa wzdłuż osi y bryły.
Składowa wzdłuż osi z bryły.
Kąt Eulera 3-2-1 użyty tylko do inicjalizacji kwaternionu.
Kąt Eulera 3-2-1 użyty tylko do inicjalizacji kwaternionu.
Azymut osi x bryły.
Prędkość obrotu wokół x.
Prędkość obrotu wokół y.
Prędkość obrotu wokół z.
Stałe przyspieszenie w dodatnim kierunku osi D układu NED.
Końcowy czas całkowania.
Krok jest nieznacznie korygowany, aby dokładnie osiągnąć czas końcowy.

Wyniki

Przyspieszenie x2.2971 m/s²
Przyspieszenie y3.8 m/s²
Przyspieszenie z12.6577 m/s²
Przyspieszenie kątowe ṗ3.334 rad/s²
Przyspieszenie kątowe q̇-0.2555 rad/s²
Przyspieszenie kątowe ṙ0.1096 rad/s²
Końcowa pozycja północna540.4818 m
Końcowa pozycja wschodnia-0.0504 m
Końcowa wysokość72.7508 m
Przemieszczenie poziome540.4818 m
Końcowa prędkość x bryły111.3799 m/s
Końcowa prędkość y bryły-38.7534 m/s
Końcowa prędkość z bryły27.57 m/s
Końcowy moduł prędkości121.1091 m/s
Maksymalny moduł prędkości121.1091 m/s
Maksymalna wysokość117.3851 m
Końcowy przechył φ-74.4177 °
Końcowe pochylenie θ8.1357 °
Końcowe odchylenie ψ-8.874 °
Końcowa prędkość p16.8659 rad/s
Końcowa prędkość q0.0651 rad/s
Końcowa prędkość r-0.1325 rad/s
Liczba kroków RK4250
Efektywny krok całkowania0.02 s
072.751.2583.912.595.073.75106.235117.39czas [s]wysokość [m]

Pełny stan sztywnej bryły całkowano metodą RK4. Siły i momenty są stałe w osiach bryły; położenie zapisano w układzie NED, a orientację integrowano kwaternionem.

Równania i granice

ṙ_N=R_B^N(q)v_B; v̇_B=F_B/m+R_N^B g_N−ω_B×v_B; q̇=½q⊗[0,ω_B]; Iω̇=M_B−ω_B×(Iω_B)

Bryła jest sztywna, masa i diagonalny tensor bezwładności są stałe, Ziemia jest płaska i nierotująca, a grawitacja stała. Siły i momenty nie zmieniają się podczas symulacji; model nie wyznacza ich sam z atmosfery ani układu sterowania.

Interpretacja wyniku: Rachunek jest bezpośrednim obliczeniem podanych równań. Nie oznacza to dokładnego odwzorowania obiektu rzeczywistego: trafność fizyczna pozostaje ograniczona przez jawne założenia modelu.

Podstawa konkretnego równania

B. Etkin, L.D. Reid, Dynamics of Flight, 3rd ed. — równania Newtona–Eulera, wiatr względny, małe zaburzenia i pochodne ruchu. Powiązanie z tym kalkulatorem: ṙ_N=R_B^N(q)v_B; v̇_B=F_B/m+R_N^B g_N−ω_B×v_B; q̇=½q⊗[0,ω_B]; Iω̇=M_B−ω_B×(Iω_B).

Odtwarzalny przypadek dla danych domyślnych

Statyczny punkt regresyjny. Wartości wejściowe, oczekiwane wyniki i tolerancje są publikowane, aby zmianę modelu można było wykryć i niezależnie odtworzyć.

Dane wejściowe

ParametrWartość
Masa25 kg
Siła F_x100 N
Siła F_y20 N
Siła F_z-50 N
Moment M_x4 N·m
Moment M_y-2 N·m
Moment M_z1 N·m
Bezwładność I_x1.2 kg·m²
Bezwładność I_y8 kg·m²
Bezwładność I_z8.5 kg·m²
Pozycja początkowa N0 m
Pozycja początkowa E0 m
Wysokość początkowa100 m
Prędkość początkowa u100 m/s
Prędkość początkowa v0 m/s
Prędkość początkowa w0 m/s
Początkowy przechył φ0 °
Początkowe pochylenie θ10 °
Początkowe odchylenie ψ0 °
Prędkość p0.2 rad/s
Prędkość q0.05 rad/s
Prędkość r-0.03 rad/s
Grawitacja g9.80665 m/s²
Czas symulacji5 s
Żądany krok RK40.02 s

Oczekiwane wyniki i tolerancje

WynikWartość oczekiwanaTolerancja bezwzględna
Przyspieszenie x2.2970930984826 m/s²2.2970930984826e-9 m/s²
Przyspieszenie y3.8 m/s²3.8e-9 m/s²
Przyspieszenie z12.6576649510772 m/s²1.26576649510772e-8 m/s²
Przyspieszenie kątowe ṗ3.33395833333333 rad/s²3.33395833333333e-9 rad/s²
Przyspieszenie kątowe q̇-0.255475 rad/s²2.55475e-10 rad/s²
Przyspieszenie kątowe ṙ0.109647058823529 rad/s²1.09647058823529e-10 rad/s²
Końcowa pozycja północna540.481768431403 m5.40481768431403e-7 m
Końcowa pozycja wschodnia-0.0504276270481115 m5.04276270481115e-11 m
Końcowa wysokość72.7507699498104 m7.27507699498104e-8 m
Przemieszczenie poziome540.481770783883 m5.40481770783883e-7 m
Końcowa prędkość x bryły111.379940059885 m/s1.11379940059885e-7 m/s
Końcowa prędkość y bryły-38.7533795121732 m/s3.87533795121732e-8 m/s
Końcowa prędkość z bryły27.5700275597337 m/s2.75700275597337e-8 m/s
Końcowy moduł prędkości121.109132153618 m/s1.21109132153618e-7 m/s
Maksymalny moduł prędkości121.109132153618 m/s1.21109132153618e-7 m/s
Maksymalna wysokość117.385100134249 m1.17385100134249e-7 m
Końcowy przechył φ-74.4177276889024 °7.44177276889024e-8 °
Końcowe pochylenie θ8.135704239755 °8.135704239755e-9 °
Końcowe odchylenie ψ-8.87401657058085 °8.87401657058085e-9 °
Końcowa prędkość p16.8659324562834 rad/s1.68659324562834e-8 rad/s
Końcowa prędkość q0.0651027454622643 rad/s6.51027454622643e-11 rad/s
Końcowa prędkość r-0.132516839447771 rad/s1.32516839447771e-10 rad/s
Liczba kroków RK42502.5e-7
Efektywny krok całkowania0.02 s2.0e-11 s

Lokalny indeks

Przeszukaj serwis