空力班Pythonシミュ　チュートリアル

～目次～

本ドキュメントについて

対象
- pythonシミュに興味がある方
- pythonの基礎的な文法を把握している初心者 ※四則演算，if文，while文程度が書ける読める段階からスタートします
目的
- pythonに親しむ
- シミュの雰囲気を掴む
その他
- 質問・記載内容の誤り等があればご連絡下さい

すぐに本番のコードを読むのは大変に感じたので，pythonに慣れながらシミュレータの実装の雰囲気を掴んで欲しいとの思いで作成しました．実際に手を動かしながら読み進めていくと効果的かと思います．各自のスキルに合わせて適宜飛ばしながら利用して下さい．

早速鉛直投げ上げ運動の実装を試してみましょう．
初めは直線上での動きから考えていきます．
実装方法は例は以下の通りです．(鉛直上向きを正としています)

以下の条件で実行して滞空時間を求めてみましょう．

# 初期高度[m]:0
# 演算終了高度[m]:0
# 初速度[m/s]:100.0
# 時間刻み幅[s]:0.01
# 重力加速度[m/s^2]:9.8

コードの実装例・答え(コード1行目に記載)はこちら

次は投射角を付けた運動をシミュレートしてみようと思います．
また，ここからは位置や速度の情報を行列で扱っていきます．

ライブラリでnumpyを使います．
インストールされていない人はコマンドプロンプト等でpip install numpyと入力し実行して下さい．
※エラーが出る場合は調べるか，質問して下さい．
※これからいくつかライブラリを使いますが，必要に応じて各自インストールして下さい．

numpyで行列を表現する時は以下のように書きます．

import numpy as np
matrix = np.array([data0, data1, data2])

ここで，np.array([data0, data1, data2], dtype=np.float64)とすると，要素がnumpy.float64型に揃えられます．
その他，行列の扱い方についてはこちら等を参照して下さい．

以下の条件で実行して滞空時間・最高高度・水平方向の落下距離を求めてみましょう．

# 初期高度[m]:0
# 演算終了高度[m]:0
# 地面に対する投射角[deg]:70
# 初速度[m/s]:100.0
# 時間刻み幅[s]:0.01
# 重力加速度[m/s^2]:9.8

※小数点以下1桁までとして正解を記載

いよいよ三次元空間での投げ上げをシミュレートしたいと思います．
今回は以下のように空間を表現します．

$$position = \begin{pmatrix} 鉛直　\leftarrow 上が正 \\\ 南北　\leftarrow 北が正 \\\ 東西　\leftarrow 東が正 \\\ \end{pmatrix}$$

また，方位は北を0[deg]として，時計周りに360[deg]表記で表しています．

以下の条件で実行して滞空時間・最高高度・距離位置を求めてみましょう．

# 初期高度[m]:0
# 演算終了高度[m]:0
# 地面に対する仰角[deg]:70
# 方位角[deg]:278.5
# 初速度[m/s]:100.0
# 時間刻み幅[s]:0.01
# 重力加速度[m/s^2]:9.8