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Flight Simulator, X-plane Y El Futuro


amalahama

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Buenas, bueno el otro día estuve leyendo con bastante atención y con tranquilidad el ya conocido documento que habla sobre el modelo de vuelo en el Flight Simulator que se puede descargar de:

 

http://download.microsoft.com/download/1/7...h_Zyskowski.pdf

 

Tras su lectura, junto con estos días que he estado probando X-plane, he sacado las sigueintes conclusiones:

 

Flight Simulator no es malo

 

Pues no. Al menos su motor dinámico es bastante completo. El documento no da muchos detalles sobre las simplificaciones aplicadas sobre las ecuaciones generales, pero yo apostaría a que parte de las ecuaciones dinámicas 6DoF (de 6 grados de libertad) para tierra plana, ya que comenta en el texto:

 

The Earth-fixed system is considered an inertial reference frame, neglecting the rotational velocity of the Earth and conforming to Newton’s laws of motion.

 

In addition, the SimEngine makes use of the “flat earth assumption,” which essentially aligns the acceleration of gravity along the vertical earth-fixed system. This is another common assumption used to simplify the equations of motion, and is generally negligible when not dealing with orbital mechanics.

 

Es decir, toma como inercial un sistema de ejes girando con la tierra y por tanto, no tiene en cuenta los efecto de Coriollis y demás, que en realidad es prácticamente despreciable en todos los casos, excepto de aeronaves que vuelen trayectos muyyy largos (que en realidad el efecto es suficiente pequeño como para que otras perturbaciones como el viento tengan más efecto) o para vehículos a muy alta velocidad y altura, reentradas y cosas así. Otra despreciación es considerar la fuerza de la gravedad constante, la cual es correcta incluso si se van a simular con un realismo moderado aeronaves en órbita baja (transbordador).

 

X-Plane, desde una versión X que no recuerdo, donde el creador hizo un overhaul a todo el modelo dinámico para prepararlo para la simulación correcta del entorno orbital, sí tiene en cuenta tanto la variación de la gravedad con la altura como la consideración de inercial un eje fijo no-giratorio, con lo que sí se tienen en cuenta los efectos de la rotación de la tierra en el movimiento del avión. En cualquier caso esto tiene muy poca implicación en la simulación normal de aviones típicos, aunque sí que la tiene para aviones hipersónicos que vuelen a 40000m de altura, simulación de vehículos orbitales y demás.

 

Flight Simulator también considera las inercias cruzadas (que a veces si se supone que el avión es simétrico se hacen 0, con lo que permite la modelización correcta de aviones no simétricos, al menos dinámicamente). El único "pero" que se le puede tachar a este sistema es el metodo numérico que usa para resolver las ecuaciones diferenciales. Usa un método de Euler, que es el más bastos de todos los métodos existentes; otros simuladores suelen usar un Runge-Kutta más preciso con el apoyo de un método de Euler en el caso de que el ordenador no pueda hacer los cálculos en la tasa de refresco determinada (Desconozco que método usa X-plane).

 

En cualquier caso, el motor dinámico de Flight Simulator es bastante general y en general correcto y suficiente para poder soportar la carga de una simulación aérea realista.

 

La gran diferencia: Parte y vencerás

 

Una vez definido el modelo 6DoF, hay que introducir las fuerzas. Y he aquí la gran diferencia entre X-plane y Flight Simulator, y donde posiblemente esté el punto de inflexión.

 

En Flight Simulator las fuerzas se aplican en el C.G del avión, según unas fuerzas y momentos predefinidos debidos a los componentes típicos de un avión: estabilizadores, alas, alerones, flaps, motor... Realmente estás resumiendo todo el modelo de vuelo en un punto, el C.G, y a partir de los datos recogidos en ese punto de velocidad, AoA, deslizamiento, altura y demás, busca en las tablas para obtener las diferentes fuerzas y momentos. En realidad no es el hecho de que use las tablas lo "malo" de Flight Simulator. Es el hecho de no separar el avión en partes y cacular las fuerzas y momentos en cada una de ellas, y luego aplicarlas todas en el C.G lo que hace que FS sea malo en general para maniobras acrobáticas.

 

Incidiendo más sobre el tema, un ejemplo; una barrena. En una barrena un ala está a mayor AoA que otra, y por tanto una está en pérdida mientras la otra está sustentando. Esto es fácilmente simulable de forma natural si calculas velocidades y angulos de incidencia en cada superficie aerodinámica por separado y luego vas a las tablas para obtener la fuerza que sea; si en un giro, debido a la rotación del avión, un ala "ve" el aire a más velocidad que la otra, pues puede llegarse a dar el caso de que una entre en pérdida y la otra no. Con el método de calculo "de punto" de FS, toda esta información se pierde.

 

En general si el avión vuela recto y nivelado, todas las superficies ven llegar el viento a la misma velocidad y entonces el modelo de vuelo de FS es correcto; por eso con aviones grandes y poco maniobrables, el modelo de FS, que por cierto fue el más usado durante muchos años, es más que suficiente.

 

X-Plane parte el avion en diferentes superficies, en las cuales hace los cálculos aerodinámicos pertinentes. No sólo X-plane; también Il-2 1946 y Lockon Flaming CLiffs hacen uso de este método, y en todos ellos se encuentra un vuelo fluido y natural que no tiene comparación con la "rigidez" de Flight simulator, a pesar de que estos dos últimos se apoyan de tablas para hacer los cálculos pertienentes

 

Con lo cual lo que quiero decir es que no es el uso de tablas lo que hace irreal a FS, es más, es lo que justamente lo hace más real frente a X-Plane, y si supieran los de microsoft aprovechar esa ventaja podrían batir totalmente el simulador de Martin.

 

El problema de X-plane

 

El problema de X-plane es la codicia: Pretende simular en tiempo real lo que grandes superordenadores tarda días. Lo cual, obviamente, implica numerosas simplificaciones y pérdidas de muchos efectos. Lo que suele ocurrir muy a menudo es que si tienes todos los datos para hacer un avión, lo haces perfectamente en el plane maker e introduces todos los valores que te piden con ls reales, e incluso si le creas el perfil exacto del ala del modelo a simular te encuentras con que en X-plane, el avión ni tiene el alcance que tiene en la realidad, ni tiene la misma velocidad máxima, ni tiene el mismo techo máximo operativo, etc.... Los creadores de aviones suelen suplir esto metiendo trampas aquí y allá para que se ajusten bien, pero esto denota claramente la imprecisión de los cálculos en X-plane. Es aun peor con la simulación de aviones supersónicos; ya que se pierden efectos como las pérdidas de presión de remanso en las entradas de aire de los motores y en general todos los aviones tienen comportamientos muy extraños cuando pasan Mach 1.

 

La solución: Fusión de ambos métodos

 

Bueno y ya para acabar el tocho, mi visión de la solucion que debería adoptar una persona que quisiera pegar fuerte en este mundo. Hemos dicho que el problema de FS es que toma el avión como un "todo" y hace los cálculos sobre ese "todo" para sacar las tablas. Lo óptimo sería partir en superficies, pero claro, aquí viene un problema claro: En general es raro tener las tablas de coeficientes para el avión completo, ¿Donde ostias vas a sacar la información para crear mil tablas para cada superficie? Y aún peor, ¿Quien se va a entretener pasando todos y cada uno de los datos, para cada una de las superficies a simular, en tablas de hasta 2 o 3 variables (Deslizamiento, AoA y si se quiere más precisión, nº de Mach)?

 

La solución correcta es seguir la buena idea de X-plane de "lo que ves es lo que vuelas". Pero para evitar las imprecisiones que llevan las simplificaciones a hacer para poder hacer esos cálculos en tiempo real, ¿por qué no hacerlas una vez, y guardar los resultados?. Es decir, que en el simulador tengamos un "creador de aviones", similar al de X-plane, donde podamos importar la geometria que nos dé la gana (en vez de limitarnos a crearlo en el limitado plane-maker, como en X-plane), introduciendo datos de interés que sean necesarios, y que luego dándole a un simple botón, el programa parta el avión en partes y eche una noche o un par de días creando las tablas que luego leera el sim. Para mí ese es el verdadero futuro y donde tanto Microsoft como Xplane deberían de converger.

 

¿Esto se está haciendo en la actualidad?. Pues sí. Pero no con estos dos simuladores. Es más, se está haciendo con un simulador que puede resultar hasta extraño. Se trata de Orbiter.

 

Aún tratandose de un simulador Orbital, en el SDK te permiten hacer los cálculos aerodinámicos partiendo la nave en varias superficies. Y como la comunidad de Orbiter en general están compuestos por una gran cantidad de físicos, ingenieros y demás, están trabajando en adaptar un programa CFD (de cálculo de mécanica de fluidos) para obtener las tablas que hacen falta para modelar de forma fiel, mediante un conversor y tal. Es una solución extrema, pues un programa CFD cuesta 2 o 3 kilos, y aparte, o eres ingeniero o olvídate de conseguir hacer una simulación. Por otro lado, para el 99% de las aplicaciones, no hace falta la precisión que te da un programa de este tipo. Por lo que apoyo la idea de un programa especialmente creado para simuladores que cree las tablas de una forma más sencilla y rápida.

 

Bueno me ha quedado un señor tocho al final jajaja pero espero que disfrutéis con la lectura y que discutáis vuestras opiniones al respecto.

 

Saludos!!!

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Guest Darkness
Esto tiene que ir a portada... :xd:

 

Pues súbela tú junto con lo de la f&b de Valencia y las fotos de Le Bourget de Stirillas, trabaja un poco aunque sea una vez al semestre coño!!! :D :D

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Guest Darkness
Ok, pero poco a poco, que tengo tantos frentes abiertos que a poco que me descuide pierdo la guerra... :xd:

 

Ya, eso dijo Hitler el invierno de 1944 :xd:

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Jaja bueno tampoco lo hice con la intención de que saliera en portada. Más que nada es para que se entienda que Flight Simulator podría (si microsoft quisiera) evolucionar muy favorablemente, y que X-plane no es el santo grial de la simulación, aunque hoy día me gusta más el modelo de éste que el de FS. Cada uno tiene sus puntos fuertes y débiles, y espero que en el futuro se vayan homogeneizando ambos. Por cierto que un tipo llamado Jouni estaba preparando un solver aerodinámico que hacia las tablas automaticamente y que estaba especificamente diseñado para sacar valores para simuladores de vuelo, pero no se que ostias le ha pasado al chaval que su pagina web desapareció. Una pena, porque también tenia un simulador propio de un F/A-18 que pintaba bien.

 

Saludos!!!

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  • 4 weeks later...

Bueno como he visto que gusta, pongo una cosa que leí hace unas semanas y me hizo gracia :icon_mrgreen:

 

La cosa es que en una página de simuladores de vuelo ponen la comparativa de los modelos de vuelo de la Cessna, la que viene por defecto en FSX, X-plane, y la de un addon de RealAir (para FsX). Podeis verlo aquí:

 

http://www.simpilotnet.com/index.php?optio...amp;Itemid=9999

 

La cosa es que pone a parir a X-plane, diciendo que no modela la mitad de las cosas que le ocurren a la cessna original, y que el modelo de vuelo de X-plane es una mierda etc...

 

Bueno pues no os perdais la contestación de Austin (el creador del modelo de vuelo de X-Plane)

 

"hello!

ok i am reading your article now... lots of really GOOD stuff, but

you miss a few important points as well... allow me to elaborate as

needed:

 

"Very small geometry variances, such as dents in propellers, or seams

where the wings join the fuselage have an impact on flying behaviour.

To model flight dynamics accurately, X-Plane would need very detailed

models of 100,000+ polygons"

 

HMM... this is NOT true for 2 reasons:

 

1: while there may be some TINY performance changes from nicks in

props imperfectly-riveted seams, these effects are very small.

 

2: i have tested SIMULATED roll rate with airplanes being simulated

by 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 50, 100, and 1000 elements. what was

the difference between 10 elements and 1000 elements? NO DIFFERENCE

COULD BE DETECTED. In other words, I actually TESTED the 10-element

versus 1000-element case, and there was NO MEASURABLE DIFFERENCE

BETWEEN THE TWO IN AIRCRAFT PERFORMANCE. In other words, I actually

ran the test, yet you are just making up numbers without any clue at

all as to where you are getting those numbers, or why, and with no

testing or verification on your part, at all, to indicate your make-

believe claim of "100,000+ polys". So, you are just plain wrong in

this area, and that really should NOT surprise you since you have

done zero testing or analisys in this area, but instead just MADE UP

A NUMBER FROM NOTHING AND PUT IT IN PRINT.

 

You may be tempted to simply remove the number "100,000" and replace

it with the word "many" in your article now, but you would still be

missing the point, and effectively wrong. The point is that 10 wing

elements gives an approximation close enough to 1000 that you really

do NOT need "tons" of polys to get a simulation that is as close as

anyone could want to the real thing... my experimentation has shown

that 10 is plenty.

 

...

 

But now, let's talk about flight-model differences that are NOT so tiny!

 

You are absolutely on the right track when you say the parametric

parameters can be PERFECTLY MATCHED TO THE REAL AIRPLANE, but X-

Plane's model is an ENGINEERING APPROXIMATION... there is no doubt

about that!

 

But here is what you seem to NOT know:

 

In the REAL 172, let's say you ADD FULL POWER AT NEAR-ZERO ANGLE OF

ATTACK.

Does the propwash hit the horizontal stab and increase elevator

effectiveness? YOU BET IT DOES!

Does the MS LOOK-UP table consider this? Dunno.. BUT X-PLANE DOES!

 

In the REAL 172, let's say you ADD FULL POWER AT VERY HIGH ANGLE OF

ATTACK!

Does the propwash stream into the local wind in such a way that it no

longer hits the horizontal stab to the same degree, thus changing

elevator effectiveness? YOU BET IT DOES!

Does the MS LOOK-UP table consider this? Dunno.. BUT X-PLANE DOES!

 

In a real Beech Baron, let's say you kill an engine.

Does the prop SOAK UP ENERGY FROM THE WIND, THUS REDUCING LIFT AND

DRAG ON PART OF THE WING? YOU BET IT DOES!

Does the MS LOOK-UP table consider this reduced LIFT ON ONE SIDE OF

THE PLANE ONLY DUE TO POWER CHANGES? Dunno.. BUT X-PLANE DOES!

 

In a real Beech Baron, let's say you kill an engine, yaw and pitch

the plane severely, and wind up getting the vertical stab into propwash.

Does the real vertical stab suddenly catch wind and change speed,

angle of attack, and rudder effectiveness in this new situation? YOU

BET IT DOES!

Does the MS LOOK-UP table consider this changed rudder effectiveness

as a function of engine power, angle of attack, and sideslip? Dunno..

BUT X-PLANE DOES!

 

In a REAL Beech Baron, does ONE wing stall BEFORE the other if you

have lots of power on one side, and little in the other? YOU BET IT

DOES!

Does this result in different stall characteristics based on

asymmetric power configurations? YOU BET IT DOES!

Does the MS LOOK-UP table consider this per-side wing lift and drag

as a function of engine power, angle of attack, and sideslip? Dunno..

BUT X-PLANE DOES!

 

Obviously, this is only the tiniest tip of the iceberg.. i could ring

off cases you have not considered ALL DAY LONG. I can find a million

holes in your lookup table WHERE THE LOOKUP TABLE DID NOT CONSIDER

ALL THE POSSIBILITIES OF THE ACTUAL FLIGHT. So, the lookup table may

be 100% PERFECT FOR ONE PARTICULAR BIT OF THE FLIGHT ENVELOPE, BUT I

100% GUARANTEE THAT THE REAL AIRPLANE WILL NOT MAKE IT'S ENTIRE

FLIGHT RIGHT AT THAT CORNER OF THE ENVELOPE, HUH? ;-)

 

So, a GOOD sim needs to really UNDERSTAND WHAT IS GOING ON, so it can

interact propwash, downwash, bits of stalled wing or rotor across the

ENTIRE FLIGHT ENVELOPE, not just the few pre-planned corners of the

envelope that live in your tables.

 

Yet, you seem to forget about all these possible CRITICALLY IMPORTANT

situations that your BLIND-IMITATION-TABLES can NOT foresee because

of (wait for it) you WANT TO KNOW ABOUT THE AIRFLOW OVER THE RIVETS

OR PROP DING. In other words, the premise of your article seems to be

that you obsess over only a few pre-planned datapoints that you want

to hit PERFECTLY... to the exclusion of all common-sense and actual

real-world flying encounters, which will go beyond whatever you plan

in your tables.

 

OOPS.

 

In the event that you claim that I am wrong, then please show me

where, in the MSFSX file for a 172 and a Baron, you specify:

1: the 172 elevator increase or decrease in authority and pitch-

stability, as a function of power, air-density (which effects

propwash!), and angle of attack

2: the baron change in lift, drag, and pitch-moment, on each wing,

with resultant change in performance and stall characteristics, as a

function of asymmetric power and air density (the things that will

control propwash for a given plane)

 

"The myth that X-Plane has superior flight dynamics than FSX has been

mercilessly shattered in this comparison"

Umm.. not really. You have not begun to touch things like phugoid

oscillations, short-period response, asymmetric power handling, take-

off distances, landing distance, climb-rates, cruise speeds.. do you

even know what all of these things ARE? You never even TOUCHED on

ground-handling... the Patty Wagstaffs Extra, as simulated in MSFS:

you can slam the plane down in most any sideslip, any speed, and any

attitude that I have been able to test, and the plane just sort of

stops whatever ham-fisted maneuver you were flying and proceeds to

roll down the runway... do you know what a ground-loop IS? A

simulator that lets you get away with such horrible flying is giving

huge NEGATIVE training value since it lets you make horrible mistakes

that you could not POSSIBLY get away with in the real plane.

 

So, your article began to explore and point out some useful data, but:

-it missed much more important points than it touched on.. there is

so much you seem to never have thought of.

-you seem to get different results than I do (your readers should be

encouraged to try these maneuvers for themselves)

-you did not even come close to actually analyzing aircraft

performance, stability, and control.. there is so much you never

thought to test! (YET, ANYWAY)

 

austin"

 

En realidad es que el modelo de vuelo de un avión se puede observar de dos formas diferentes, que son las dos ramas de la ciencia de la mecánica de vuelo: por un lado lo que se suele llamar "performances", o actuaciones in spanish, y por otro lado las "flight mechanics", o respuestas inmediatas. FS se ajusta bien a las actuaciones, es decir, radio de accion, velocidades y demás, porque si es un buen avión y las tablas han sido construidas a partir de datos de aviones en pruebas de vuelo pues esos valores se ajustan muy bien a la realidad. Sin embargo, como apunta Austin, X-plane es "una aproximación ingenieril" al problema, por lo que por mucho que se quiera jamás coincidiran las actuaciones de los aviones de X-plane con la de los aviones reales, igual que con programas de millones de euros tampoco se pueden predecir con exactitud 100%. Sin embargo, las "respuestas inmediatas" en X-plane brillan con claridad, y pone el ejemplo de que al subir la potenica de la helice en la cessna, la corriente que va más rápida cambia realmente las caracteríticas sustentantes de ésta, y alguna cosilla más que ponen en evidencia la complejidad del modelo de vuelo de X-plane.

 

Cual es la mejor aproximación?? Bueno pues depende. Mi opinión es que en un Airliner es importantes las actuaciones, el alcance, comportamientos a diferentes alturas y esas cosas son importantes y los efectos de segundo orden que en X-plane estan modelado pasan prácticamente desapercibidos al ser aviones con una inercia tremenda (mucho peso). Para avionetas y aviones acrobáticos me quedo con X-plane, y también lo haría para los Cazas si no fuera porque en supersóncio hacen cosas rarísimas.

 

Saludos!!!!

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