Unity飞机物理

Question

我想做一个简单的飞机控制器，看起来一点也不现实。我看了一些飞机物理学的视频。并统一编写一个简单的脚本，但是如果我开始，飞机无法移动，或者如果将阻力更改为零，飞机将无法升起。我试图使用真实数据并从Wiki（F22 Raptor）中获取数据。对于我的游戏对象，我给定了刚体组件的质量= 19670 kg。发动机推力= 2 * 116000.0f牛顿。

    private void calculateEnginePower()
    {
        EnginePower = engineThrust * ThrottleInput;
    }

    private void calculateForces()
    {
        angleOfAttack = Vector3.Angle(Vector3.forward, rb.velocity);
        angleOfAttack = Mathf.Clamp(angleOfAttack, 0, 90);

        coefficient = Mathf.Pow(1225.04f * rb.velocity.magnitude, 2) - 1; //M^2-2 where: M is mach.         

        if (coefficient > 0.0f)
            coefficientLift = (4 * angleOfAttack) / Mathf.Sqrt(coefficient);
        lift = 1.2754f * 0.5f * Mathf.Pow(rb.velocity.magnitude, 2) * coefficientLift * 78.04f; // densy1.2754 kg/m3, speed m/s , (F22)Wing area: 840 ft² (78.04 m²)

        coefficientDrag = 0.021f;
        rb.drag = coefficientDrag * 0.5f * Mathf.Pow(rb.velocity.magnitude,2) * 1.2754f * 78.04f;

        rb.AddForce(transform.up * lift);
        rb.AddForce(transform.forward * EnginePower);
    }

使用以下公式：

用于提升力： 用于提升系数的提升公式： 用于拖动的Cl公式： 拖动公式 ，对于用于拖动系数：我也使用了来自Wiki（0.021f）的数据。

Answer 1

因此，您的代码存在许多问题。我在下面概述了它们；

计算力

问题： angleOfAttack = Vector3.Angle(Vector3.forward, rb.velocity);

• Vector3.forward并且rb.velocity都在世界空间中。AoA是机翼的局部弦线与飞机的弦线之间的夹角velocity。
• Vector3.Angle将返回一个无符号的角度。AoA必须在正向和负向都起作用，否则将无法实现负俯仰和反向飞行。

解决方案： 移至rb.velocity局部空间并AoA使用三角函数求解。

// *flip sign(s) if necessary*
var localVelocity = transform.InverseTransformDirection(rb.velocity);
var angleOfAttack = Mathf.Atan2(-localVelocity.y, localVelocity.z);

问题： coefficient = Mathf.Pow(1225.04f * rb.velocity.magnitude, 2) - 1;

• 4?/sqrt(M^2?1)是M> 1的超声波系数。当速度为零时，该方程将减小sqrt(-1)为一个虚数NaN。马赫表示为M=V/Cwhere V=velocity和C=the speed of sound。您的1225.04f常数必须以Ckm / h为单位，而不是必需的m / s。你也倍增，而不是除以如方程给出。

解决方案： 使用提升线理论简化方程式。

var aspectRatio = (wingSpan * wingSpan) / wingArea; 
var inducedLift = angleOfAttack * (aspectRatio / (aspectRatio + 2f)) * 2f * Mathf.PI;
var inducedDrag = (inducedLift * inducedLift) / (aspectRatio * Mathf.PI);

资料来源： Aerospaceweb.org

问题： rb.drag = coefficientDrag * 0.5f * Pow(rb.velocity.mag,2) * 1.2754f * 78.04f;

• rb.drag 不需要，因为我们正在手动计算和应用拖动。

解决方案： 将rb.drag属性设置为最小的值。

rb.drag = Mathf.Epsilon; // set in Awake

问题： rb.AddForce(transform.up * lift);

• transform.up不正确的lift。升力作用垂直于velocity而drag行为平行。

解决方案： 通过将归一化矢量与飞机的横向方向相交来计算lift方向，velocity并drag与相对velocity。

// *flip sign(s) if necessary*
var dragDirection = -rb.velocity.normalized;
var liftDirection = Vector3.Cross(dragDirection, transform.right);
rb.AddForce(liftDirection * lift + dragDirection * drag);

您的提升方程看起来不错，因此将它们放在一起看起来像这样；（未经测试）

public float wingSpan = 13.56f;
public float wingArea = 78.04f;

private float aspectRatio;

private void Awake ()
{
    rb.drag = Mathf.Epsilon;
    aspectRatio = (wingSpan * wingSpan) / wingArea;
}

private void calculateForces ()
{
    // *flip sign(s) if necessary*
    var localVelocity = transform.InverseTransformDirection(rb.velocity);
    var angleOfAttack = Mathf.Atan2(-localVelocity.y, localVelocity.z);

    // ? * 2 * PI * (AR / AR + 2)
    var inducedLift = angleOfAttack * (aspectRatio / (aspectRatio + 2f)) * 2f * Mathf.PI;

    // CL ^ 2 / (AR * PI)
    var inducedDrag = (inducedLift * inducedLift) / (aspectRatio * Mathf.PI);

    // V ^ 2 * R * 0.5 * A
    var pressure = rb.velocity.sqrMagnitude * 1.2754f * 0.5f * wingArea;

    var lift = inducedLift * pressure;
    var drag = (0.021f + inducedDrag) * pressure;

    // *flip sign(s) if necessary*
    var dragDirection = rb.velocity.normalized;
    var liftDirection = Vector3.Cross(dragDirection, transform.right);

    // Lift + Drag = Total Force
    rb.AddForce(liftDirection * lift - dragDirection * drag);
    rb.AddForce(transform.forward * EnginePower);
}