En cierto contexto, soy un desarrollador de juegos y estoy creando un juego de simulación de vuelo. Mi objetivo es tener una física de vuelo realista, no una física arcade.
Tengo problemas con las matemáticas: no se comporta como esperaría que se comportara un avión. Tenga en cuenta que no soy aerodinámico.
Utilizo un empuje constante dirigido hacia adelante (local), una fuerza de peso constante dirigida hacia abajo (mundo), elevación calculada con las siguientes ecuaciones dirigidas perpendicularmente a la velocidad y arrastre dirigido en dirección opuesta a la velocidad. También tengo una fuerza descendente proporcionada por los ascensores.
Mi avión se basa libremente en un A320 utilizando una amplia variedad de figuras que se encuentran en línea. La masa es de 72.000 kg, la envergadura es de unos 35 m, el área del ala es de unos 122 m, el empuje del motor es de 110.000 N cada uno.
se estima con una tabla contra ángulo de ataque donde , , etc.
se estima, donde , , y , como:
Cuando el avión acelera, no despega del suelo hasta unos 300 nudos. Cuando lo hace, vuelve a caer momentáneamente, rebota en la pista y luego asciende rápidamente.
Las fuerzas del ascensor están claramente equivocadas. Antes, solo usaba un control deslizante simple donde seleccionaba manualmente una fuerza para aplicar al elevador que oscilaba entre -300,000N y 300,000N. Luego intenté usar la ecuación de sustentación con una estimación del tamaño y el área del ala, pero la fuerza era demasiado fuerte. Producía demasiado torque y el avión giraba casi en el acto. Tampoco estaba seguro de cómo controlar la ecuación de elevación con la entrada del usuario.
La fuerza de arrastre tampoco funciona correctamente. Incluso cuando reduzco el empuje a cero, la fuerza de arrastre producida es tan minúscula que tardaría una eternidad en desacelerar el avión.
Esta es una captura de pantalla de mi avión en la pista. En el momento de tomar la captura de pantalla, la aeronave viajaba a 212 nudos, producía 444 000 N de sustentación y la resistencia aerodinámica era de 16 000 N. El cuadrado azul representa la fuerza resultante.
Si unity maneja las fuerzas por usted, debe aplicar cada fuerza en el punto del plano donde se genera. Por ejemplo, para sus alas, aplique la fuerza de sustentación de cada ala en el centro de masa de esa ala. No aplique la fuerza en el centro de masa de todo el avión. Esto se debe a que la unidad solo puede calcular el par correcto de esa manera.
Un juego que hace un buen trabajo en tal simulación es el programa espacial Kerbal. Te sugiero que leas este tutorial sobre el diseño de aviones para ese juego. Básicamente, el centro de elevación (CoL) debe estar por encima del centro de masa (CoM). Si tiene superficies de control móviles en su avión, deben colocarse de manera que el CoL esté ligeramente detrás del CoM para mayor estabilidad, pero el CoL se mueve ligeramente por delante del CoM cuando mueve las superficies de control. El avión solo despega cuando se detiene.
Para calcular el CoL, debe tomar la suma de todas las fuerzas de sustentación en el cuerpo y luego calcular el punto relativo al CoM en el que la fuerza de sustentación total generaría el mismo par que todas las fuerzas de sustentación juntas. Pero también puedes jugar con la posición de tus alas hasta que consigas un avión estable.
Encontré estas ecuaciones:
dónde: fuerza de empuje
fuerza de resistencia a la rodadura
fuerza de resistencia del aire
fuerza de elevación
área del ala
De la ecuación (2)
entonces para obtenemos:
de la ecuación (1) se obtiene:
después de algunos cálculos y con usted obtiene:
el avión solo puede despegar cuando
la distancia de despegue es:
Para Airbus A340 con:
600 [kN]
275 [toneladas]
usted obtiene:
y
No está claro cómo se tiene en cuenta la rotación del avión alrededor del eje horizontal transversal. Por ejemplo, cuando el avión despega, el empuje ya no se dirige horizontalmente. Debes tener en cuenta los puntos donde se aplican las fuerzas: la sustentación se aplica mayoritariamente a las alas, el peso se aplica al centro de masa, etc.
Esto va a tomar mucho más que dos ecuaciones. Si estuviera codificando este problema, comenzaría con un diagrama de cuerpo libre del avión y dibujaría todas las fuerzas que actúan sobre él. El plano de referencia (en lugar del marco de referencia) estaría nivelado. Las fuerzas tendrían que dividirse en componentes horizontales y verticales en relación con este plano.
Además, identificaría el centro de gravedad y determinaría el par del avión alrededor de los tres ejes de rotación conocidos, en función de las fuerzas que se han identificado. La tasa de rotación dependería del momento de inercia del avión en cada uno de estos ejes, lo que puede no ser tan fácil de obtener, ya que el avión no tiene una forma "conveniente" y su distribución de peso alrededor de esos ejes puede no ser ideal. . Además, habrá arrastre asociado con la rotación y tendrá un coeficiente de arrastre diferente asociado con cada eje de rotación.
Este NO es un problema simple. Puede ser mejor buscar el ejemplo de física arcade más realista que pueda encontrar, investigar un poco sobre ese ejemplo e implementar una solución que use su avión particular basado en ese ejemplo.
Tomas Fritsch
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).Sr. Matt
Azzinoth
Sr. Matt
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TazónDeRojo
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Juan Alexiou
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Juan Alexiou
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