Aerospace Toolbox

Analyse und Visualisierung der Bewegung von Luftfahrzeugen anhand von Referenzstandards und Modellen

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Die Aerospace Toolbox bietet standardbasierte Tools und Funktionen zur Analyse der Bewegung, Mission und Umgebung von Luftfahrzeugen. Sie umfasst mathematische Operationen, die Transformation von Koordinatensystemen und räumlichen Modellen für den Luftfahrtbereich sowie validierte Umgebungsmodelle zur Auswertung von Flugdaten. Außerdem beinhaltet die Toolbox 2D- und 3D-Visualisierungstools und Standard-Cockpitinstrumente zur Beobachtung der Luftfahrzeugbewegung.

Sie können Dateien aus dem Data Compendium (DATCOM) direkt in MATLAB importieren, um die Aerodynamik von Luftfahrzeugen darzustellen. Die Aerodynamik kann mit Referenzparametern kombiniert werden, um Konfiguration und Dynamik Ihres Luftfahrzeugs zur Analyse des Kontrolldesigns und der Flugqualitäten festzulegen.

Mit der Aerospace Toolbox lassen sich zudem Szenarien aus Satelliten und Bodenstationen entwerfen und analysieren. Sie können Satellitenbahnen aus Orbitalelementen oder zweizeiligen Elementmengen propagieren, Satelliten- und Konstellationsephemeriden dazuladen, Missionsanalyseaufgaben wie Sichtlinienzugang durchführen und Szenarien als Bodenspur oder Globus visualisieren.

Jetzt beginnen:

Bewegungsanalysen für Luftfahrzeuge
Analyse der Luftfahrzeugsteuerungen und Luftfahrzeugstabilität
Missionsanalyse kleiner Satelliten
Umgebungsmodelle
Flugvisualisierung

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Bewegungsanalysen für Luftfahrzeuge

Analysieren Sie Flugdynamik und Bewegung von Luftfahrzeugen in MATLAB mithilfe von Koordinatensystemtransformationen für den Luftfahrtbereich, Flugparametern und Quaternion-Mathematik.

Koordinatensystemtransformationen

Verwenden Sie die Koordinatensystemfunktionen, um Einheiten in verschiedenen Flugdynamik- und Bewegungsdaten zu standardisieren, räumliche Darstellungen und Koordinatensysteme zu transformieren sowie das Verhalten von Flugzeugkörpern mit drei oder sechs Freiheitsgraden zu beschreiben.

Überlagern simulierter und tatsächlicher Flugdaten

Schätzen der g-Kräfte für Flugdaten

Koordinatensysteme für die Navigation

Beispiel für das Überlagern simulierter und tatsächlicher Flugdaten.

Flugparameter

Verwenden Sie Schätzfunktionen für aerodynamische Flugparameter, wie Fluggeschwindigkeit, Einstell- und Schiebewinkel, Machzahl sowie Relativdruck-, Dichte- und Temperaturverhältnisse.

Berechnen optimaler Gleitflugwerte

Führen Sie Berechnungen zur Maximierung der Gleitleistung durch.

Beispiel zur Berechnung der optimalen Gleitleistung.

Quaternion-Mathematik

Verwenden Sie integrierte Funktionen zur Berechnung von Normalenform, Teilungsrest, natürlichem Logarithmus, Produkt, Quotienten, Kehrwert, Potenz oder Exponentialwert eines Quaternion. Interpolieren Sie mithilfe der linearen, sphärisch-linearen oder normalisiert-linearen Methode zwischen zwei Quaternionen.

Astrium erstellt die weltweit erste Zweiwege-Laserverbindung zwischen einem Flugzeug und einem Kommunikationssatelliten

Anwendung von Rotation im dreidimensionalen Raum mit komplexen Vektoren

Flugparameter und Quaternion-Mathematik

LOLA, eine optische Zweiwege-Laserverbindung zwischen einem Luftfahrzeug in der Luft und dem geostationären Satelliten Artemis.

Erstellung der weltweit ersten Zweiwege-Laserverbindung bei Astrium.

Analyse der Luftfahrzeugsteuerungen und Luftfahrzeugstabilität

Verwenden Sie Koeffizienten aus dem Data Compendium (DATCOM) je nach Flugbedingungen und Geometrie des Fahrzeugs, um Starrflügel-Luftfahrzeugobjekte zu erstellen, die aerodynamische Stabilität und Steuerungsmerkmale zu schätzen sowie eine numerische Analyse auszuführen.

Starrflügel-Luftfahrzeug

Durch das Importieren der Dateien des digitalen DATCOM der USAF können Sie ein Starrflügel-Luftfahrzeugobjekt mit individuell definierbaren Zuständen erstellen und in MATLAB eine Analyse der Linearisierung und statischen Stabilität durchführen.

Bestimmung der nicht linearen Dynamik und statischen Stabilität eines Starrflügel-Luftfahrzeugs

Analyse der Steuerungen und statischen Stabilität mit einem linearisierten Starrflügel-Luftfahrzeug

Individuelle Erstellung eines Starrflügel-Luftfahrzeugs mit zusätzlichen Luftfahrzeugzuständen

Diagramm des dynamischen Verhaltens eines linearisierten Starrflügel-Luftfahrzeugobjekts.

Dynamische Reaktion eines Starrflügel-Luftfahrzeugs mit der erwarteten Reaktion je nach Analyse der statischen Stabilität.

DATCOM-Daten

Importieren Sie aerodynamische Koeffizienten aus statischen und dynamischen Analysen, und übertragen Sie sie in MATLAB in Form eines Zell-Arrays von Strukturen, die Informationen zu einer DATCOM-Ausgabedatei enthalten.

Importieren aus Dateien des digitalen Datcom der USAF

Einbinden von Datcom-Dateien in MATLAB

Diagramm der Hubkurvenmomente aus digitalen DATCOM-Daten.

Importieren von DATCOM-Dateien.

Missionsanalyse kleiner Satelliten

Modellieren und visualisieren Sie Satelliten im Weltall und berechnen Sie den Sichtlinienzugang mit Bodenstationen mithilfe des satelliteScenario-Objekts. Verwenden Sie Ephemeridendaten des Sonnensystems, um Planetenposition und Schnelligkeit für ein vorgegebenes Datum des Julianischen Kalenders zu berechnen.

Satellitenszenarien

Erstellen Sie Satellitenszenarien, um Satelliten und Konstellationen zu modellieren und visualisieren, und analysieren Sie die Mission, indem Sie beispielsweise den Sichtlinienzugang mit Bodenstationen berechnen.

Übersicht über Satellitenszenarien

Satellitenkonstellationszugriff auf eine Bodenstation

Modellieren von Satellitenkonstellationen mithilfe von Ephemeridendaten

Studierende der Universität von Toronto arbeiten mit Raumfahrtlaboringenieuren zusammen, um Regelungssysteme für Nanosatelliten zu entwerfen und zu simulieren.

Visualisierung eines Satellitenszenarios mit 3D-Viewer.

Planetare Ephemeriden

Mit Tschebyscheff-Koeffizienten vom Jet Propulsion Laboratory der NASA können Sie MATLAB verwenden, um die Position und die Geschwindigkeit von Sonnensystemkörpern im Verhältnis zu einem angegebenen zentralen Objekt für ein vorgegebenes Datum des Julianischen Kalenders sowie die Erdnutation und die Mondlibration zu berechnen.

Seenavigation mithilfe planetarer Ephemeriden

Ephemeridendaten für die Aerospace Toolbox herunterladen

Schätzen des Sonnen-Analemmas mithilfe von planetaren Ephemeriden und einer Transformation von ECI in AER

Diagramm eines Analemmas der Sonne, am Greenwich-Observatorium beobachtet.

Schätzen Sie das Analemma der Sonne.

Umgebungsmodelle

Verwenden Sie validierte Umgebungsmodelle, um Standardprofile für Schwerkraft und magnetische Felder darzustellen, um atmosphärische Variablen für eine gegebene Höhe zu erhalten und um das Horizontal Wind Model des U.S. Naval Research Laboratory zu implementieren.

Atmosphäre

Verwenden Sie validierte Umgebungsmodelle, darunter COSPAR International Reference Atmosphere von 1986, COESA von 1976, International Standard Atmosphere (ISA), Lapse Rate Atmosphere und U.S. Naval Research Lab Exosphere von 2001, um die Erdatmosphäre darzustellen.

Berechnen der in einem Überschall-Windkanal erforderlichen Kompressorleistung

International Standard Atmosphere (Modell)

Visualisierung des Testbereichs eines Überschall-Windkanals.

Beispiel für einen Überschall-Windkanal mit dem ISA-Modell.

Schwerkraft und Magnetfelder

Berechnen Sie Schwerkraft und Magnetfelder mithilfe von Standardmodellen. Mit den Funktionen 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.

Implementierung der Kugelflächenfunktionsdarstellung der Planetenschwerkraft

Berechnung des Magnetmodells mithilfe von WMM2020

Visualisierung der Geoidhöhe für das Earth Geopotential Model 1996 (EGM96)

Geoiddaten für die Aerospace Toolbox herunterladen

Beispiel für die Geoidhöhe für das Earth Geopotential Model.

Wind

Verwenden Sie die Horizontalwindfunktion, um die Routine für das Horizontal Wind Model des U.S. Naval Research Laboratory zu implementieren und die meridionale und zonale Windkomponente für einen oder mehrere geophysikalische Datensätze zu berechnen.

Implementieren des Horizontal Wind Model des U.S. Naval Research Laboratory

Berechnen Sie Windmodelle für konkrete Zeitpunkte und Standorte.

Verwenden Sie die Funktion atmoshwm, um das Modell der horizontalen Windstille zu berechnen.

Flugvisualisierung

Visualisieren Sie die Bewegung von Luftfahrzeugen mithilfe von Standard-Cockpit-Fluginstrumenten und dem FlightGear-Flugsimulator.

Fluginstrumente

Verwenden Sie Standard-Cockpit-Fluginstrumente in MATLAB, um Navigationsvariablen anzuzeigen. Zur Verfügung stehen Instrumente wie Fluggeschwindigkeit, Steigrate und Abgastemperaturindikatoren sowie Höhenmesser, künstlicher Horizont und Wendezeiger.

Anzeigen von Flugbahndaten mithilfe von Fluginstrumenten und -animation

Komponenten von Fluginstrumenten in App Designer