太阳能动力开发先进的太阳能动力飞机

挑战

开发能够环游地球的太阳能飞机

使用MATLAB和Simuli万博1manbetxnk创造贸易研究和设计权衡分析,并为高保真模拟和飞行员培训飞机动力学模型系统模型

结果

  • 关键设计决策月初
  • 启用生命飞行员培训
  • 模型重用和整个发展共享

“与MATLAB和Simulink模拟,以评估可行性和评价万博1manbetx广泛的设计权衡以及制备详述设计决策等 - 的控制面的大小和垂直尾直接影响飞行器动力学和操纵品质是至关重要的。”

拉尔夫·保罗,阳光动力

太阳能动力的目的是通过建立仅能够使用太阳能发电环游地球的飞行器,推广使用可再生能源。阳光动力HB-SIA原型迈出时它飞不间断超过26小时,仅由太阳能和不产生污染排放供电这一目标的第一步。从HB-SIA的经验教训被应用到HB-SIB架飞机,其中阳光动力计划,用于在2015年的环游世界飞行。

阳光动力工程师们使用MATLAB®和Sim万博1manbetxulink®进行中,他们评估设计权衡,并确定关键技术参数先进的贸易研究。他们的HB-SIA样机模型,模拟飞机动力学万博1manbetx的设计和施工过程中使用MATLAB和Simulink和生产用于飞行员培训的飞行模拟器。

“MATLAB和Simu万博1manbetxlink使我们能够专注于高层次的建模与分析,而不是建立工具链或写底层代码的”飞行动力学的头部和飞行测试的太阳能动力拉尔夫保罗说。“他们很快给我们原型的能力和迭代,这是对像阳光动力号首个,其独一无二的项目是至关重要的。”

挑战

当阳光动力项目开始,没有人知道是否能够飞昼夜的太阳能飞机可以利用现有技术来构建。第一个挑战是分析关键因素,包括太阳能电池的效率,电池性能,翼展和体重,并进行权衡分析来平衡收集太阳能并保持空气动力学效率。

最初的贸易研究主要集中在性能过一段时间,但需要在更短的时间尺度分析,评估飞行力学,空气动力学和飞行品质。设计与HB-SIA样机的建造取决于飞机的精确的模拟。所以,也没有阳光动力测试飞行员,谁需要一个飞行模拟器复制的操纵品质和阳光动力飞机的飞行动态。

在试飞在旧金山湾的HB-SIA飞机。照片©阳光动力|Revillard |Rezo.ch

阳光动力工程师使用MATLAB和Simulink整个HB-SIA样机的研究,设计万博1manbetx,开发和任务规划阶段。

他们使用的Simul万博1manbetxink创建飞机的系统模型,其结构特性,并且其关键子系统,包括锂聚合物电池。与此模型的早期模拟表明,该区域所需的太阳能电池将需要80米的翼;模拟和评估权衡团队以确定最佳的设计参数,可实现64米翼展。

工程师然后仿照在Simulink飞行器动力学,包括其空气动力特性,机械控制系统,电动马达,推进器和变速箱万博1manbetx。模拟帮助球队验证和微调设计。

要创建HB-SIA飞行模拟器,球队延长了飞机动力学模型,加入S-功能接受飞行员控制和视觉反馈的X平面接口。

该团队使用MATLAB开发用于车载空气数据计算机,基于压力传感器的数据,其计算空气速度和高度的算法。MATLAB也被用来原型算法为欧米茄仪器,它报告了飞机的坡度角和飞行方向精确到一个程度。

使用控制系统工具箱™团队评估,自动驾驶系统的要求和产生波特图可视化系统的行为。

早期的测试飞行后,工程师们分析了MATLAB飞行数据。他们使用的分析结果来改进飞机动力学模型,估算传感器误差,提高了大气数据计算机算法。

使用Polyspace®代码核查员,团队分析了C语言实现的大气数据算法和识别潜在的运行时错误和不安全的代码。

阳光动力使用MATLAB和Simulink和重用修改的HB-SIA机万博1manbetx型,在HB-SIB飞机的研制。

结果

  • 关键设计决策月初。“的HB-SIA具有二面角的翅膀,与两端向上角度,”保罗说。“模拟在Simulink使我们能万博1manbetx够迅速,准确地确定将平衡飞行品质,结构球队的要求,以及太阳能效率的角度。”

  • 启用生命飞行员培训。“当飞行员转动轭来执行转弯时,飞机的机头最初在相反的方向向上移动10度,”保说。“我们的模拟预测这一点,但更重要的是,飞行模拟器,我们使用Simulink建立使我们的飞行员学习如何管理这种有悖常理的行为,特别是对着陆的最后阶段。”万博1manbetx

  • 模型重用和整个发展共享。“我们重复使用我们的飞机动力学模型的飞行模拟器和飞行计划系统模型,”保罗说。“低级别的代码相比,Simulink的框图使其更易于重用和共享万博1manbetx跨越我们的团队设计和想法。”