Unity飞机物理

Question

我想做一个简单的飞行器控制器，统一起来看起来不太现实。我看了一些飞机物理学的视频。并统一制作一个简单的脚本，但是如果我开始，我的飞机无法移动，或者如果我将阻力更改为零，它就无法升起。我尝试使用真实数据并从 wiki(F22 Raptor) 获取。对于我的游戏对象，我给了刚体组件质量 = 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);
    }

使用了这些公式：

对于升力： Lift formula 对于升力系数： Cl formula 对于拖动： Drag formula 对于阻力系数：我也使用了来自 wiki 的数据（0.021f）。

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

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

• Vector3.forward 和 rb.velocity 都在 世界空间 中。 AoA 是您机翼的局部弦线与飞机的velocity 之间的角度。
• Vector3.Angle 将返回一个 unsigned 角度。 AoA 必须在正和负两个方向上工作，否则将无法实现负俯仰和倒飞。

解决方案： 将rb.velocity 移动到本地空间并用三角函数求解AoA。

// *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;

• 4α/sqrt(M^2−1) 是 M > 1 的超声波系数。在零速度下，这个方程将减少到sqrt(-1)，这是一个将产生NaN 的虚数。马赫表示为M=V/C，其中V=velocity 和C=the speed of sound。您的1225.04f 常数必须是C，单位为km/h，而不是m/s（按要求）。你也是乘法而不是除法，如等式中给出的那样。

解决方案： 用提升线理论简化你的方程。

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

来源：Aerospaceweb.org

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

• rb.drag 不是必需的，因为我们正在手动计算和应用阻力。

解决方案： 将rb.drag 属性设置为尽可能小的值。

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

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问题： rb.AddForce(transform.up * lift);

• transform.up 不适合 lift。 Lift 垂直作用于velocity，而drag作用于平行。

解决方案： 通过将归一化的velocity 向量与飞机的横向方向相交来计算lift 方向，并将drag 应用于velocity 的相反方向。

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

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你的升力方程看起来不错，所以把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);

    // α * 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);
}