Diseño de herramientas de simulación de vuelo basadas en software de código abierto

Abstract

Con el objetivo de implementar un simulador funcional, se hizo un análisis de varias herramientas utilizadas durante el Máster Universitario en Ingeniería Aeronáutica, siéndose estudiadas en profundidad Matlab/Simulink, Python y Flightgear. Se inicio un proceso de estudio individualizado de cada una de las herramientas para poder explorar sus virtudes e inconvenientes. Para Matlab/Simulink se implementó un prototipo de un modelo de dinámica de vuelo modular. Para modelo de dinámica de vuelo JSBSim se hizo un estudio exhaustivo, donde se integra la librería para el desarrollo un prototipo de simulador de vuelo en ley directa basado en Python y se ejecutan varios test predefinidos en bucle abierto para el estudio de la respuesta de las aeronaves ante diferentes escenarios. Finalmente, para Flightgear, se hizo un estudio de todas las posibilidades y herramientas disponibles para su utilización como núcleo central de la simulación. Después de un testeo intensivo a cada una de ellas, se llegó a la conclusión que una simulación matemática veloz es necesaria a la hora del diseño e integración de diferentes herramientas, pero debe estar acompañada siempre de herramientas con interfaces gráficas que ayudan a su comprensión y la manipulación de los parámetros de control desde un punto de vista del usuario final. Para conseguir los objetivos fijados, se implementó una cabina física de estructura escalable mediante la utilización de JSBSim y Flightgear como base de la simulación, y una red LAN con el objetivo de hacer las conexiones entre las diferentes herramientas externas, siéndose desarrollada un panel del autopiloto totalmente funcional gracias a herramientas Python.

With the aim to implement an actual simulator, an analysis has been performed among several tools utilised during the Universitary Master in Aeronautic Engineering, where Matlab/Simulink, Python y Flightgear were deeply studied. To that end, an individualized study of each tool has been performed, in order to expose their advantages and disadvantages. For Matlab/Simulink, it has been implemented a prototype of a modular flight dynamic model. It has been performed an exhaustive study for the flight dynamic model JSBSim, where this library has been implemented to developed a prototype of a direct-law flight simulator based in Python and where several predefined tests in open-loop have been executed to study the response of the aircraft against different scenarios. Finally, for Flightgear, a study of all possibilities and available tools has been performed to explore the chance of using it has a central hub of the simulation. After an intensive testing process for each solution, it was concluded that a powerful mathematical simulation is mandatory for designing and development goals, but it should come along with graphical interfaces tools for enhancing the comprehension and the feasibility of manipulating the control parameters of the final user. To achieve the original objectives, a functional scalable cockpit has been developed physically using JSBSim and Flightgear as the core of the simulation, and Local Area Network for the interconnection among the different external tools, where a totally functional autopilot panel has been developed through Python tools.