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CURRENT_CAPABILITIES.md

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CURRENT_CAPABILITIES.md

File metadata and controls

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程式碼當前能力總結

核心能力

1. 6自由度（6DoF）飛行模擬

  • 完整動力學：位置、速度、姿態（四元數）、角速度、質量、溫度
  • 多座標系：ECI、ECEF、NED
  • 地球自轉與 Coriolis 效應
  • 風場影響
  • RK4 數值積分

2. 完整大氣環境

  • 8 層 ISA 大氣（0-86 km）
  • 完整流體性質：黏度、導熱、Pr、Re、Nu
  • 風場模型

3. 氣動力學

  • 可壓縮流（等熵、激波、Prandtl-Meyer）
  • 氣動係數（占位/查表/代理模型）
  • 阻力分解（皮膚摩擦、形狀、波阻、誘導）
  • Von Kármán 理論（升力線、Kármán-Tsien 修正）

4. 推進系統

  • 化學推進（等熵噴管、燃燒室模型）
  • 電推進（離子、電熱、電磁）
  • 脈衝推進（PPT、PIT）
  • 核熱/核脈衝推進
  • 節流動態

5. 熱防護系統（TPS）

  • Sutton-Graves 對流加熱
  • 輻射散熱
  • 能量平衡
  • 材料性質隨溫度變化
  • 失效判據（熔點、結構上限）

6. 結構分析

  • 應力分析（軸向、彎曲、剪應力、von Mises）
  • 屈曲分析（Euler、Kármán-Donnell）
  • 疲勞分析（Miner、Paris-Erdogan）
  • 載荷案例管理（最大動壓、過載、彎矩、熱梯度）
  • 裕度報表（自動計算、瓶頸定位）

7. 導航、制導與控制（GNC）

  • 感測器模型（IMU、GPS，含偏差、噪聲、延遲）
  • PD 姿態控制
  • 控制分配
  • EKF 狀態估計框架
  • 工程控制論（系統分解、需求轉換）

8. 軌跡分析與最佳化

  • 錢學森彈道（三方程）
  • 最優彈道（最長射程、最小燃料）
  • 軌跡最佳化框架
  • Δv 分析（理想、實際、多級）

9. 理論框架

  • Von Kármán 理論（17 個方法）
  • 錢學森理論（30+ 個方法）
  • 完整設計流程框架

10. 工程公式庫

  • 200+ 工程公式
  • 涵蓋所有核心領域

工程化能力（新增）

11. V&V（Verification & Validation）

  • ✅ 守恆檢查：能量、角動量、質量
  • ✅ 收斂性測試：不同步長結果一致性
  • ✅ 模型適用範圍：自動檢查輸入是否在適用範圍
  • ✅ 參考案例對照：與權威來源對比

12. 不確定度分析

  • ✅ Monte Carlo 分析：不確定度傳播
  • ✅ 敏感度分析：找出主導誤差來源
  • ✅ 置信度輸出：P10/P50/P90

13. 數值穩定性

  • ✅ 事件系統：事件偵測與處理
  • ✅ 自適應步長積分器：處理剛性問題
  • ✅ 模式切換：推進開/關、模型切換

14. 座標系與時間系統

  • ✅ 明確定義：時間標準、座標系、地球模型
  • ✅ 一致性檢查：座標轉換驗證
  • ✅ 風場定義域：明確風場定義在 NED

15. 資料治理

  • ✅ 資料契約：氣動係數 schema、輸入驗證
  • ✅ 版本控管：模型版本歷史
  • ✅ 物理合理性檢查：自動檢查

16. 工程化工具

  • ✅ 單位系統：強制 SI 單位
  • ✅ 日誌系統：模擬日誌記錄
  • ✅ 可追溯性：設計決策、需求、驗證結果記錄
  • ✅ API Schema：輸入/輸出契約

實際應用能力

✅ 可以做

  1. 概念設計：初期設計階段性能估算
  2. 軌跡分析：上升段、再入、最優軌跡
  3. 參數掃描：設計空間探索
  4. 敏感度分析：找出主導參數
  5. 不確定度分析：得到誤差帶（P10/P50/P90）
  6. 教育研究：教學、科展、研究專題
  7. 算法開發：理論驗證、算法開發

❌ 不能做

  1. 最終設計驗證：需專業工具交叉驗證
  2. 製造級精度：需詳細 CFD/FEA/試驗
  3. 認證審查：需完整 V&V 報告
  4. 實際任務：需完整測試與驗證流程

技術統計

  • 總公式數：200+ 個
  • 理論方法：Von Kármán（17）+ 錢學森（30+）
  • V&V 能力：守恆檢查、收斂性測試、參考案例
  • 不確定度分析：Monte Carlo、敏感度
  • 工程化工具：7 個新模組

使用要求

必須執行

  1. 不確定度分析：才能得到誤差帶
  2. 適用範圍檢查：確保輸入在模型適用範圍內
  3. 守恆檢查：驗證數值積分正確性
  4. 可追溯性記錄：記錄所有設計決策

建議執行

  1. 收斂性測試：驗證數值積分收斂
  2. 敏感度分析：找出主導誤差來源
  3. 載荷案例檢查：確保不違反載荷限制
  4. TPS 失效檢查：確保不超過材料上限

文件結構

火箭程式/
├── aerospace_sim.py              # 主模擬器
├── von_karman_tsien_theory.py    # 大師理論
├── verification_validation.py    # V&V 框架 ⭐ 新增
├── event_system.py               # 事件系統 ⭐ 新增
├── coordinate_time_system.py     # 座標系管理 ⭐ 新增
├── data_contract.py              # 資料契約 ⭐ 新增
├── tps_materials.py              # TPS 材料 ⭐ 新增
├── load_cases.py                  # 載荷案例 ⭐ 新增
├── engineering_tools.py           # 工程化工具 ⭐ 新增
├── *_example.py                   # 範例文件
└── *.md                           # 文檔說明

總結

這是一個功能完整、理論紮實、具備 V&V 框架的概念設計與教育研究平台。

核心特點：

  • ✅ 200+ 工程公式
  • ✅ 完整 6DoF 模擬
  • ✅ 大師理論框架
  • ✅ V&V 能力
  • ✅ 不確定度分析
  • ✅ 工程化工具

適用範圍：

  • ✅ 概念設計階段
  • ✅ 教育與研究
  • ❌ 最終設計驗證（需專業工具）

使用要求：

  • 必須執行不確定度分析
  • 必須標註適用範圍
  • 必須記錄可追溯性