Aerospace Blockset

Modellieren, Simulieren und Analysieren der Fahrzeugdynamik von Luftfahrzeugen

Das Aerospace Blockset™ bietet Simulink^®-Referenzbeispiele und -blöcke für die Modellierung, Simulation und Analyse von detailgetreuen Luft- und Raumfahrzeug-Plattformen. Es umfasst die Fahrwerksdynamik, validierte Modelle der Flugumgebung und Blöcke für das Pilotenverhalten, die Aktuator-Dynamik und den Antrieb. Integrierte Berechnungsfunktionen für die Luft- und Raumfahrt sowie Koordinatensysteme und räumliche Transformationen ermöglichen die Darstellung der Bewegung und Ausrichtung von Luftfahrzeugen und Raumfahrzeugen. Um Simulationsergebnisse zu untersuchen, können Sie zudem 2D- und 3D-Visualisierungsblöcke mit Ihrem Modell verbinden.

Das Aerospace Blockset bietet standardisierte Modellarchitekturen für den Entwurf wiederverwendbarer Fahrzeugplattformmodelle. Diese Plattformmodelle können Flug- und Missionsanalysen, Konzeptstudien, ein detailliertes Missionsdesign, die Entwicklung von Leit-, Navigations- und Kontrollalgorithmen (GNC), Software-Integrationstests und Hardware-in-the-Loop-Tests (HIL) für Anwendungen in den Bereichen des autonomen Fliegens, der Radartechnik und der Kommunikation unterstützen.

Jetzt beginnen:

Modellierung von atmosphärischen Flugkörpern
Simulation von Raumfahrzeugen
GNC und Fluganalysen
Umgebungsmodelle
Flugvisualisierung
Luftfahrzeugkomponenten

Was ist ein Aerospace Blockset?

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Modellierung von atmosphärischen Flugkörpern

Verwenden Sie Blöcke, um die Dynamik von atmosphärischen Flugplattformen zu modellieren, Simulationen durchzuführen sowie das Systemverhalten unter verschiedenen Flug- und Umgebungsbedingungen zu verstehen.

Massenpunkt-, 3DoF- und 6DoF-Bewegungsgleichungen

Modellieren und simulieren Sie mithilfe der Blöcke für Bewegungsgleichungen die Punktmassen-, 3DoF- und 6-DoF-Dynamiken von atmosphärischen Flugkörpern mit fester oder variabler Masse. Definieren Sie Darstellungen der Bewegungsgleichungen für Flugzeugkörper-, Wind- und ECEF-Koordinatensysteme (Earth-Centered, Earth-Fixed). Sie können die Transformation zwischen Koordinatensystemen und Umrechnungen von Einheiten durchführen, um die Konsistenz des Modells zu gewährleisten.

Bewegungsgleichungen

Über Koordinatensysteme für den Luftfahrtbereich

Achsen-Transformationen

Umrechnungen von Einheiten

3D-Darstellung eines Flugkörpers mit Hinweispfeilen auf die sechs Freiheitsgrade.

Ein am Objekt befestigtes Koordinatensystem für Luft- und Raumfahrzeuge.

Aus dem Data Compendium abgeleitete Elemente

Importieren Sie die aerodynamischen Koeffizienten des digitalen Datenkompendiums (DATCOM) in MATLAB^®, um Starrflügel-Fahrzeuggeometrien zu modellieren. Simulieren Sie im Anschluss die aerodynamischen Kräfte und Momente des Objekts in Simulink^®.

Leichtbau-Flugzeugkonstruktion

Kräfte und Momente aus digitalem Datcom ersetzen mit digitalem Datcom

Ein Starrflügel-Luftfahrzeug im Flug, das durch Importieren von DATCOM-Aerodynamikkoeffizienten erstellt wurde.

Beispiel mithilfe von aerodynamischen Koeffizienten aus dem DATCOM.

Referenzanwendung

Erkunden Sie ein simulationsfähiges Beispiel, um zu sehen, wie das Aerospace Blockset zur Modellierung der Luftfahrzeug-Dynamik verwendet wird.

Elektrische Komponentenanalyse für Hybrid- und Elektro-Luftfahrzeuge

Modell eines Hybrid-Elektro-Luftfahrzeugs mit einem Diagramm, das einen Verlauf der Batteriekapazität und Nutzlast zeigt.

Beispiel für die Modellierung der Dynamik eines Hybrid-Luftfahrzeugs.

Simulation von Raumfahrzeugen

Modellieren, simulieren, analysieren und visualisieren Sie die Bewegung und Dynamik von Kleinsatelliten mit Bibliotheksblöcken von CubeSat Vehicle und Spacecraft Dynamics. Berechnen Sie mithilfe von Ephemeridendaten des Sonnensystems die Position und Geschwindigkeit von Himmelsobjekten für ein bestimmtes Datum des julianischen Kalenders und beschreiben Sie die Erdnutation und Mondlibration.

CubeSat und Spacecraft Dynamics

Modellieren Sie die Bewegung und Dynamik von Satelliten und Konstellationen. Berechnen Sie Umlaufbahnen mit unterschiedlicher Auflösung sowie die benötigten Rotationen für Lagemanöver des Objekts. Visualisieren Sie Flugbahnen und führen Sie eine ausführliche Missionsplanung mit dem satelliteScenario-Objekt aus der Aerospace Toolbox durch.

CubeSats modellieren und simulieren

Orbit-Propagator

Attitude Profile

Wissenschaftler testen Regelungsalgorithmen für Satelliten der NASA SPHERES mit einem MATLAB-basierten Simulator

Modellierung einer GNSS-Satellitenkonstellation (5:19)

Visualisierung der mit dem Orbit Propagator-Block modellierten Satellitenkonstellation.

Planetare Ephemeriden

Mit Tschebyscheff-Koeffizienten vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA können Sie Simulink verwenden, um die Position und die Geschwindigkeit von Sonnensystemkörpern im Verhältnis zu einem angegebenen zentralen Objekt für ein gegebenes Datum des julianischen Kalenders zu beschreiben. Darüber hinaus lässt sich auch die Genauigkeit Ihres Modells verbessern, indem Sie die Erdnutation und die Mondlibration einbeziehen.

Himmelsphänomene

Blöcke zur Berechnung der Bewegung von Himmelskörpern und zur Implementierung der Erdnutation und Mondlibration.

Blöcke zur Beschreibung der Eigenschaften von Körpern des Sonnensystems.

Referenzanwendungen

Erste Schritte mit simulationsbereiten Beispielen von Raumfahrzeugen.

Modellierung von Konstellationen mit dem Orbit Propagator Block

Analyse einer Mission mit dem Orbit Propagator Block

Simulink-Modell mit dem Orbit Propagator Block.

Ein simulationsbereites Beispiel, das eine umfangreiche Missionsplanung für Satellitenumlaufbahnen ermöglicht.

GNC und Fluganalysen

Verwenden Sie Vorlagen und Funktionen, um erweiterte Analysen der dynamischen Reaktionen von Luftfahrzeugen und GNC-Blöcken durchzuführen und so ihren Flug zu steuern und zu koordinieren.

Guidance, Navigation & Control

Verwenden Sie Lenkungsblöcke, um den Abstand zwischen zwei Luftfahrzeugen zu berechnen, Navigationsblöcke, um Beschleunigungsmesser, Gyroskope und inertiale Messeinheiten (IMUs) zu modellieren und Steuerungsblöcke, um die Bewegungen von Luftfahrzeugen zu steuern.

Quadrocopter-Projekt

Guidance, Navigation & Control (GNC)

Gulfstream Aerospace entwickelt Pilot-in-the-Loop Aircraft-Simulator

Die Naval Postgraduate School forciert die Entwicklung und Testverfahren von Algorithmen zur Steuerung von Raumfahrzeugen mit einem Prüfstand für Rapid Control Prototyping.

Beispiel eines GNC-Modells für eine handtellergroße Drohne.

Flugsteuerungsanalysen

Verwenden Sie Aerospace Blockset und Simulink Control Design™, um erweiterte Analysen der dynamischen Reaktionen von Luftfahrzeugen durchzuführen. Verwenden Sie Vorlagen für die ersten Schritte sowie Funktionen, um die Flugqualitäten von Luftfahrzeugen, die in Simulink auf Basis der MIL-F-8785C und MIL-STD-1797A Standards modelliert sind, zu berechnen und zu analysieren.

Analysieren der dynamischen Reaktion und Flugqualitäten von Luftfahrzeugen

Beispiel eines Simulink-Modells für eine Flugqualitätsanalyse des 6DOF De Havilland Beaver.

Verwenden Sie integrierte Vorlagen als Startpunkt für Ihre Analysen.

Umgebungsmodelle

Verwenden Sie validierte Umgebungsmodelle zur Darstellung von Standardprofilen für Atmosphäre, Schwerkraft und magnetische Felder sowie für die Implementierung standardmäßiger Windbedingungen.

Atmosphäre

Verwenden Sie Blöcke, die mathematische Darstellungen atmosphärischer Standards implementieren, wie International Standard Atmosphere (ISA) und das Atmosphäremodell des Committee on Extension to the Standard Atmosphere von 1976 (COESA).

De Havilland Beaver mithilfe des COESA-Atmosphärenmodells

Atmosphärische Modell-Blöcke

Der De Havilland Beaver während des Flugs und der COESA-Atmosphärenmodellblock.

Beispiel eines De Havilland Beavers mithilfe des COESA-Atmosphärenmodells.

Schwerkraft und Magnetfelder

Berechnen Sie Schwerkraft und Magnetfelder mithilfe von Standardmodellen. Mit den Blöcken in der Environment-Bibliothek können Sie die Earth Geopotential Models, die World Magnetic Models und das International Geomagnetic Reference Field, einschließlich EGM2008, WMM2020 und IGRF13, implementieren. Außerdem lassen sich Höhe und Wellenbewegungen auf Basis von Geoiddaten berechnen, die als Download über den Add-On Explorer zur Verfügung stehen.

Schwerkraft-Modelle mit präzessivem Bezugsrahmen

World Magnetic Model: Kalkulation des Erdmagnetfelds zu einem bestimmten Ort und Zeitpunkt

Modell-Blöcke zu Schwerkraft und Magnetfeldern

Magnetfeldstärken der Erde mithilfe der 13. Generation des Internationalen Geometrischen Referenzfeldes.

Berechnen Sie das Erdmagnetfeld und die säkulare Variation mit dem IGRF-13 Magnetfeldmodell.

Wind

Berücksichtigen Sie in Flugsimulationen die Auswirkungen von Wind, indem Sie mathematische Darstellungen aus den Standards MIL-F-8785C und MIL-HDBK-1797 und den U.S. Naval Research Laboratory Horizontal Wind Models (HWM) verwenden.

HL-20 Simulation unter Einfluss von Windmodellen

Blöcke zu Windmodellen

HL-20-Landung mit simulierten Windscherungen, Windböen und Turbulenzen.

Flugvisualisierung

Visualisieren Sie die Flugdynamik von Luftfahrzeugen mithilfe von Standard-Cockpit-Fluginstrumenten oder verbinden Sie Ihre Simulation mit dem FlightGear-Flugsimulator.

Fluginstrumente

Verwenden Sie Blöcke für Fluginstrumente, um Navigationsvariablen anzuzeigen. Die Fluginstrumenten-Bibliothek bietet Blöcke für Fluggeschwindigkeit, Steigrate und Abgastemperaturindikatoren sowie den Höhenmesser, den künstlichen Horizont und den Wendezeiger.

HL-20 mit Fluginstrumentierungsblöcken

Fluginstrumente

Anzeigen von Flugdaten mithilfe von Fluginstrumentierungsblöcken.

Flugsimulator-Schnittstelle

Visualisieren Sie die Dynamik von Luft- und Raumfahrzeugen in einer 3D-Umgebung mithilfe der Flugsimulator-Schnittstelle für FlightGear. Nutzen Sie als Einstieg ein Beispiel mit dem Lifting-Body-Wiedereintrittskörper HL-20 der NASA.

Arbeiten mit der Flugsimulator-Schnittstelle – HL-20

Vorkonfigurierte 6DoF-Animation von FlightGear

Simulation von Luftfahrzeugen in einer auf Unreal Engine basierenden 3D-Umgebung (4:47)

Visualisierung eines in Simulink modellierten Luftfahrzeugs mithilfe der FlightGear-Schnittstelle.

Visualisierungsbeispiel einer HL-20-Simulation in FlightGear.

Luftfahrzeugkomponenten

Modellieren Sie Luftfahrzeugkomponenten, wie lineare und nichtlineare Aktuatoren, das Verhalten eines menschlichen Piloten und Triebwerksysteme.

Aktuatoren

Stellen Sie lineare und nichtlineare Aktuatoren anhand ihrer natürlichen Frequenz, ihres Dämpfungsgrads sowie ihrer Rate und der Ablenkung dar.

Entwurf eines Lenkungssystems mit MATLAB und Simulink

Erstellen eines einfachen Aktuatorsystems

Der Block für den nichtlinearen Aktuator zweiter Ordnung zeigt einen einzelnen Eingang und Ausgang.

Modellierung eines nichtlinearen Aktuators ohne Ableitung seiner Dynamik.

Pilotenmodelle

Nehmen Sie die Reaktionen des Piloten in dynamische Modelle auf, indem Sie dessen Reaktionszeit mithilfe von Transferfunktionen darstellen. Die Pilotenbibliothek enthält drei Blöcke, die das Tustin-, Precision- und Crossover-Modell implementieren.

Tustin-Pilotenmodell

Pilotenmodelle

Der Block des Tustin-Pilotmodells zeigt zwei Eingänge und einen einzelnen Ausgang.

Block zur Darstellung der Transferfunktion für das Tustin-Pilotmodell.

Triebwerksysteme

Der Block des Mantelstromtriebwerk-Systems berechnet den Schub und den Treibstoffmassendurchsatz eines gesteuerten Mantelstromtriebwerk-Systems bei einer bestimmten Schubstellung, Machzahl und Höhe.

Mantelstromtriebwerk-System