Aerospace Blockset

 

Aerospace Blockset

建模、仿真和分析航空航天飞行器动力学

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Aerospace Blockset™ 提供 Simulink® 参考示例和模块，用于建模、仿真以及分析高保真航空器和航天器平台。其中包括飞行器动力学、已验证的飞行环境模型，以及针对飞行员行为、作动器动力学和动力系统的模块。利用内置的航天航空数学运算、坐标系与空间变换，可以表示航空器和航天器的运动及方向。要检验仿真结果，可将二维和三维可视化模块与模型相连。

Aerospace Blockset 提供标准模型架构，用于构建可重用的飞行器平台模型。这些平台模型支持飞行及任务分析、概念研究、详细任务设计、制导/导航和控制 (GNC) 算法开发、软件集成测试以及硬件在环 (HIL) 测试，可应用于自主飞行、雷达与通信等领域。

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Aerospace Blockset 概述

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面向太空任务的机器学习：视觉传感领域颠覆者

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    大气飞行器建模

使用各种模块对大气飞行平台进行动力学建模、执行仿真，并了解各种飞行和环境工况下的系统行为。

质点、3DoF 和 6DoF 运动方程

使用运动方程模块，对固定质量或可变质量大气飞行器的质点、三自由度动力学和六自由度动力学进行建模和仿真。定义运动方程在机体、风和地心地固 (ECEF) 坐标系中的表示。变换坐标系并进行单位转换，以确保模型一致性。

运动方程
关于航空航天坐标系
坐标区变换
单位转换
飞行器的三维表示，箭头表示六个自由度。

航空航天飞行器的机体固定坐标系。

Data Compendium 导数

将数字 Data Compendium (DATCOM) 空气动力系数导入 MATLAB®，对固定翼飞行器的几何形状进行建模。然后，在 Simulink® 中对飞行器的空气动力和力矩进行仿真。

轻型飞机设计
数字 DATCOM 动力和力矩
飞行中的固定翼飞行器，通过导入 DATCOM 空气动力系数创建。

使用 DATCOM 空气动力系数的示例。

参考应用

探索可直接用于仿真的示例，了解如何使用 Aerospace Blockset 进行飞行器动力学建模。

混合动力电动飞行器的电气元件分析
混合动力电动飞行器模型，图中显示电池容量和有效负载的扫描。

混合动力飞行器动力学建模示例。

航天器仿真

使用 CubeSat Vehicle 和 Spacecraft Dynamics 库模块对小型卫星的运动及动力学进行建模、仿真、分析与可视化。使用太阳系星历数据计算给定儒略日期的天体位置和速度，并介绍地球章动和月球天平动。

立方体卫星与航天器动力学

卫星与星座的运动及动力学建模。以不同的保真度传播轨道，并计算飞行器姿态机动所需的旋转角度。使用 Aerospace Toolbox 中的 satelliteScenario 对象对轨迹进行可视化并执行高级任务规划。

立方体卫星建模和仿真
Orbit Propagator 模块
Attitude Profile 模块
研究人员利用基于 MATLAB 的仿真器测试 NASA SPHERES 卫星的控制算法
GNSS 卫星星座建模 (5:19)

使用 Orbit Propagator 模块建模的卫星星座的可视化。

行星历表

利用从 NASA 的喷气推进实验室 (JPL) 获得的 Chebyshev 系数，使用 Simulink 描述给定儒略日期的太阳系天体相对于指定中心星体的位置和速度。您还可以引入地球章动和月球天平动，以提高模型的精确度。

天象
用来计算天体运动以及实现地球章动和月球天平动的模块。

用来描述太阳系天体属性的模块。

参考应用

可直接用于仿真的航天器示例是一个很好的起点。

使用 Orbit Propagator 模块进行星座建模
使用 Orbit Propagator 模块进行任务分析
包含 Orbit Propagator 模块的 Simulink 模型。

可直接用于仿真的示例，支持您进行卫星轨道的高级任务规划。

GNC 与飞行分析

使用模板和函数对航空航天飞行器的动态响应进行高级分析，使用 GNC 模块控制和协调飞行器的飞行。

制导、导航和控制

使用制导模块计算两个飞行器之间的距离，使用导航模块为加速度计、陀螺仪和惯性测量单元 (IMU) 建模，使用控制器模块控制航空航天飞机器的运动。

四轴飞行器项目
制导、导航和控制 (GNC)
湾流航空航天公司开发飞行员在环飞行仿真器
海军研究生院利用快速控制原型试验台加快航天器制导算法的开发和测试

掌上无人机 GNC 模型示例。

飞行控制分析

使用 Aerospace Blockset 和 Simulink Control Design™ 对航空航天飞行器的动态响应进行高级分析。从模板起步，运用函数根据 MIL-F-8785C 和 MIL-STD-1797A 标准计算和分析机身 Simulink 模型的飞行品质。

分析航空航天飞行器的动态响应和飞行品质
用于分析六自由度 De Havilland Beaver 飞行品质的 Simulink 模型示例。

使用内置模板开始分析。

环境模型

使用已验证的环境模型表示标准大气、重力和磁场分布，并实现标准风力条件。

大气

使用各种模块以数学方式表示大气标准，如国际标准大气 (ISA) 和 1976 年标准大气扩展委员会 (COESA) 大气模型。

使用 COESA 大气模型的 De Havilland Beaver
大气模型模块
飞行中的 De Havilland Beaver 与 COESA Atmosphere Model 模块。

使用 COESA 大气模型的 De Havilland Beaver 示例。

重力和磁场

使用标准模型计算重力和磁场。利用 Environment 库中的模块，可以实现地球重力位模型、世界地磁模型以及国际地磁参考场等标准，包括 EGM2008、WMM2020 和 IGRF13。还可以根据大地水准面数据（可通过附加功能资源管理器下载）计算高度和起伏。

采用进动参考系的重力模型
世界地磁模型：计算地球在特定位置和时间的磁场
重力和地磁模型模块
使用第 13 代国际地磁参考场计算地球的磁场强度。

使用 IGRF-13 磁场模型计算地球的磁场和长期变化。

风

在飞行仿真中考虑风的效应，可使用 MIL-F-8785C 和 MIL-HDBK-1797 标准中的数学表示，以及美国海军研究实验室水平风模型 (HWM)。

受风模型影响的 HL-20 仿真
风模型模块

HL-20 着陆时的风切变、阵风和湍流仿真。 

飞行可视化

使用标准驾驶舱飞行仪表或将仿真与 FlightGear 飞行仿真器连接，对飞行器的飞行动态进行可视化。

飞行仪表

使用飞行仪表模块显示导航变量。Flight Instruments 库中提供的模块包括空速、爬升率、排气温度指示器、高度计、人工地平仪和转弯协调仪。

采用飞行仪表模块的 HL-20
飞行仪表

使用飞行仪表模块查看飞行数据。   

飞行仿真器界面

使用 FlightGear 的飞行仿真器界面，在三维环境中对航空航天飞行器动力学进行可视化。NASA 的 HL-20 升力式再入飞行器示例是一个很好的起点。

使用飞行仿真器界面 - HL-20
FlightGear Preconfigured 6DoF Animation 模块
在基于 Unreal Engine 的三维环境中仿真飞机 (4:47)
使用 FlightGear 界面对在 Simulink 中建模的飞行器进行可视化。

FlightGear 中对 HL-20 仿真的可视化示例。

飞行器组件

为飞行器组件建模，如线性和非线性作动器、驾驶员行为以及引擎系统。

作动器

根据作动器的自然频率、阻尼比、速率限制及挠度限制来表示线性和非线性作动器。

在 MATLAB 和 Simulink 中设计制导系统
构建简单的作动器系统
Nonlinear Second-Order Actuator 模块只显示一个输入端和一个输出端。

为非线性作动器建模，无需推导其动力学特征。

飞行员模型

使用传递函数表示飞行员反应时间，从而在动力学模型中包含飞行员响应信息。Pilot Models 库中包含三个模块，分别实现 Tustin 模型、精度模型和交叉模型。

Tustin Pilot Model 模块
飞行员模型
Tustin Pilot Model 模块显示两个输入和一个输出。

Tustin 飞行员模型中表示传递函数的模块。

引擎系统

Turbofan Engine System 模块计算受控涡扇引擎系统在特定油门位置、马赫数和高度下的推力及燃油质量流速。

Turbofan Engine System 模块
Turbofan Engine System 模块，用于计算引擎的推力和燃油流量。

包括引擎和控制器的 Turbofan Engine System 模块。

产品资源:

文档 示例 函数 系统要求 模块 技术文章 用户案例 发行说明 视频与网上研讨会
大韩航空

大韩航空利用基于模型的设计加速无人机飞行控制软件开发与验证

大韩航空设计并仿真了飞行控制律和操作逻辑、生成并验证了产品级代码，还进行了 HIL 测试。

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