ルンゲ・クッタ法による運動シミュレーションの高精度化

Improving accuracy of motion simulation with Runge-Kutta method


本稿では、常微分方程式の数値解析において良く用いられる古典的ルンゲ・クッタ法(RK4)を質点の運動方程式に適用した場合の結果について記す。 具体的には、放物運動、外力が変化する物体の運動、質量が変化する物体の運動について理論解との比較を行う。 また、過去に報告した荷電粒子の運動に対してルンゲ・クッタ法を適用し、その効果を検証する。

In this report, I applied the 4th-order Runge-Kutta method (RK4) to motion equation of mass point. The 4th-order Runge-Kutta method is a classical method, but it is used for the numerical analysis of the differential equation well. Specifically, I compared simulated results with theoretical results about parabolic motion, external force change motion and mass change motion. And I verified the effects of motion of charged particle which applied Runge-Kutta method.


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図1 ルンゲ・クッタ法のイメージ
(ウィキペディア「ルンゲ=クッタ法」より引用)
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図2 スイングバイのイメージ
(JAXA「小惑星探査機はやぶさ物語」より引用)
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図3 スイングバイによる増速

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