風モデルの実装

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#5 で空気抵抗が実装できたので，風モデルを実装する．

ToDo

• config.tomlでの風モデルの選択
• config.tomlでの地上風向風速の入力
• 地上風向風速条件でケース生成
• べき法則
• 対数法則
• 統計風

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https://www.rikanenpyo.jp/kaisetsu/kisyo/kisyo_011.html

べき法則はある高度での風速から上空の風速分布を得ることができる，というもの．次式で表される．

あくまで経験則であり，完全に信用できるものというわけではないが，低高度ではそこそこ良いモデルとして使用可能．

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第16回伊豆大島共同打上実験(2019/11) フライトシュミレーション計算書フォーマットでの記述

低高度打ち上げ(陸打ち等)の場合

落下分散を求める上で「べき法則」に則った上空風速分布を推奨しています．
2019年度現在での風向風速計設置高度は「地表から2.0m」としています．そのため，基準高度Z_R=2.0[m]と定義し，指定風速での落下分散を求めて下さい．定数nに関してはn=6.0として計算を行って下さい．Zはある時刻での高度，V_Zは高度Z[m]における風速，V_Rは高度[m]における風速を表します．

高高度打ち上げ(海打ち等)の場合

べき法則は地上付近の大気境界層のモデルですので，地上付近では実測値に基づいた上空風速予測が可能ですが，高高度の風向・風速予測には適しません．
したがって海打ちでは，高高度での風向風速予測に数値予測モデルや統計データなどを使用することを推奨します．加えて，風モデルの誤差，落下速度の誤差やパラシュート展開タイミングのエラーなども考慮した上で，落下可能域に収まるかを検討してください．
現地で上空予測風を取得してシミュレーションを回す場合は，タイムラインを説明してください．( X: 打ち上げ n時間前に***のデータを取得，m時間前に最終シミュレーション値の報告，など．)

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対数法則型風速予測式なるものがあるらしく，風況精査における「べき法則」型風速予測式の有効性 2006では対数法則の方がべき法則よりも高精度に上空の風速を推定できると主張している．
ただし，

べき法則は精度がよくないだけでなく，
必ず対数法則よりも上空の風速推定値が大きくなってしまう

とあるので，落下分散を求めるという目的においてはべき法則で計算した方が安全に倒して判断できると思われる．
とはいえ，そういうものがあるなら実装しない手は無い．

あと，参考文献の「風況精査マニュアル (概要版)」，「地表面に近い大気の科学」も面白そう．

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参考になりそうな文献

べき法則による150m高度以下の風速推定法の基礎研究 1981
地表面付近の風と温度のふるまい 1987
高さ方向風速分布に関する一考察 1965
海上風の実測記録 1984

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http://www.riam-compact.com/inc/download5/4_manual.pdf
数値風況ソルバーなるものが...

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ロケット発射時における地上風の数値風況予測の試行 2013
CFDで殴るガチのやつ

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config.tomlでの設定

[wind]
model = "power" # べき法則
# ground.dir = [0.0] # 北風
ground.dir_num = 8 # 8方位
ground.speed = [ 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0 ]

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094ae9d べき法則実装