FMS(R/C用フライトシミュレータ)のParファイル解析
FMSは、フリーソフトとして海外で開発されているラジコン用のフライトシミュレータです。Windows95/98/Meパソコン上で動作し、自分の使っているプロポをコントローラーとして使用できること、機体や風景のデータを作成／流用しやすいこと、リアルな操作感が得られることなどから、日本でも利用者が増加中です。
ここでは、parファイル（空力特性のデータファイル）の内容について、少しずつ解明していきたいと思います。
FMSはリアルな動きを再現しているにもかかわらず、使用している空力パラメータの数は、驚くほど少なくなっています（PPSimのパラメータ数はFMSの３倍以上です）。パラメータを整理することで、計算速度を向上し、スムーズな操作感が得られるように配慮しているものと思われます。おそらく、飛行計算よりも画面表示に重点を置いたプログラム設計なのだと思います。
この入力パラメータを前提として、自分でシミュレータを作る場合、どのように変数を設定し計算式を作成すれば計算量を減らせるか、という着目点から、パラメータの推定を行いました。ただし、まだ検証できていない項目が多いです。
使用しているパラメータ数が少ないため、理論的な計算値をそのまま使用するよりも、少し修正して入力したほうが実際の飛行に近くなる可能性もありますが、DamaxとVFormについては10倍以上の差があるため、基本的な計算式が違っているのかもしれません。特に、Damaxは、上記の計算値の1/10～1/20程度にしたほうが良さそうです。
推定したパラメータの検証のため、モデルを変更してフライトを行い、定常飛行状態（直線飛行）の飛行特性について、シミュレーション結果と予想値の比較を実施中です。FMS画面に表示される速度と高度の桁数が少ないため、検証精度はあまり高くありません。
CL=(CLa*(alpha0-k*Demax)+CM/Vhe)/(1-(hce/c-0.25)/Vhe)
V=Sqrt(2/1.2*9.8*Ws/CL)
になるように計算されているようです（失速しない場合）。ここで、kはエレベーターの操舵率で、フルアップでk=-1、トリムでk=0、フルダウンでk=1です。
主翼の吹き降ろしの影響は計算していないようです。(beta7でも修正されていないようです。)
CD=2*Cf+CDb+CL^2/A+0.02 ：beta6
CD=Cf+CDb+CL^2/(A*π)+0.04 ：beta7
になっているようです。誘導抗力の計算式が、beta6では通常の航空力学における計算式と異なっていましたが、beta7で修正され、通常の計算式になりました。このA*πとAとの差は大きく、beta6では、誘導抗力が、通常の3.14倍に大きく計算されていました。このため、グライダーのようにアスペクトレシオを大きくした機体でも、誘導抗力が大きくなり、極端に滑空比が劣化していましたが、beta7では少し改善されました。
それでも、抗力係数に固定値が加算されているため、滑空比には制限があります。Cf+CDbを負にすると、FMSの計算が発散する場合があるようです。計算アルゴリズムに問題があり、発散防止用に固定値を加算しているように思われます。
計算式の違いにより、beta6用の機体をbeta7で飛行させると、違和感が発生する場合があります。
このため、計算上、安定点が２ポイント発生してしまい、動きが不自然に感じる場合がありそうです。ParDesignerでも、少し変な値が表示されることがあります。
パラメータの静的検証用に作成したソフトを公開しています。
操舵応答や安定回復など、動的なパラメータの確認は、手計算では対応できないので、PPSimの計算式を変更して、比較シミュレーションを行う予定でしたが、
パラメータの静的検証で判明した内部計算式が、自分には納得できない内容だったので、取りやめました。
その分、独自のシミュレータソフトの作成に時間をかけたいと思います。
Copyright(C) 2001-12-04 桝岡 秀昭