《飞行控制系统》第一章飞行力学基础课件.ppt
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1、飞行控制系统,第一章 飞行力学基础,飞行控制系统第一章 飞行力学基础,1.1坐标系,一、 坐标系 (欧美坐标系)二、飞机的运动参数三、坐标变换四、操纵机构,1.1坐标系一、 坐标系 (欧美坐标系),1.1坐标系,合理选择不同的坐标系来定义和描述飞机的各类运动参数,是建立飞机运动模型进行飞行控制系统分析和设计的重要环节。一、假设条件(研究方便)忽略地球曲率认为地面坐标轴系为惯性坐标系;,1.1坐标系 合理选择不同的坐标系来定义和描述飞机的,1.1坐标系,二、 常用坐标系的定义(欧美坐标系)地面坐标系机体坐标系气流坐标系稳定坐标系航迹坐标系 三轴方向符合右手定则,1.1坐标系二、 常用坐标系的定义
2、(欧美坐标系),1、地面坐标系(地轴系)Sg ogxgygzg,这个坐标系与视作平面的地球表面相固联。原点Og:地面上某点,如飞机起飞点;纵轴OgXg:在地平面内并指向应飞航向,坐标OgXg 表示航程。横轴OgYg:也在地平面内并与纵轴垂直,向右为正,坐标OgYg表示侧向偏离。立轴OgZg:垂直地面指向地心,坐标OgZg表示飞行高度。,1、地面坐标系(地轴系)Sg ogxgygzg,地面坐标系,地面坐标系,2、机体轴系(体轴系) Sb-Oxyz,原点O:在飞机质心处,坐标系与飞机固连。纵轴Ox:在飞机对称平面内,与飞机设计轴线平行,指向前方(机头)。横轴Oy:垂直飞机对称平面指向右方。立轴oz
3、:在飞机对称平面内,且垂直于ox轴指 向机身下方。,2、机体轴系(体轴系) Sb-Oxyz,飞机机体坐标系,飞机机体坐标系,飞机机体坐标系,飞机机体坐标系,3、气流坐标轴系(wind coordinate frame),原点Oa:取在飞机质心处,坐标系与飞机固连。纵轴OXa:与飞机速度的方向一致,不一定在飞机对称平面内。 立轴OZa:在飞机对称平面内且垂直于OXa轴指向机腹横轴OYa:垂直于XaOaZa平面指向右方。,3、气流坐标轴系(wind coordinate fr,飞机速度坐标系:,飞机速度坐标系:,4、稳定坐标系(stabilty coordinate frame),原点Os: 取在
4、飞机质心处,坐标系与飞机固连。纵轴Oxs:与飞行速度V在飞机对称平面内的投影重合一致;立轴ozs:在对称平面内与oxs垂直,指向机腹为正。横轴oys:与机体轴OY重合,指向右翼为正。,4、稳定坐标系(stabilty coordinate f,飞机稳定性坐标系:,飞机稳定性坐标系:,5.航迹坐标系(path coordinate frame),原点Ok:取在飞机质心处,坐标系与飞机固连。纵轴OXk:与飞机速度的方向一致;立轴OZk:位于包含飞行速度V在内的铅垂面内,与OXK轴垂直并指向下方;横轴OYK:垂直于XKOKZK平面指向右方。,5.航迹坐标系(path coordinate frame
5、,运动变量,运动变量,三、飞机的运动参数,1、姿态角:(机体轴系与地轴系的关系)欧拉角(Euler Angles)俯仰角:飞机机体轴Ox与地平面间的夹角。在水平面上方为正。陀螺测量轴水平轴oyg滚转角:飞机机体轴Oz与包含机体轴ox的铅垂面间的夹角。飞机向右倾斜时为正。测量轴纵轴 ox偏航角 :飞机机体轴OX在地平面上的投影与地轴系中OXg间的夹角,机头右偏航为正。测量轴铅垂轴ozg,三、飞机的运动参数1、姿态角:(机体轴系与地轴系的关系),飞机的姿态角,飞机的姿态角,2、航迹角(flight-path angles)速度轴与地轴系之间的夹角,航迹倾斜角 :空速向量V与地平面间的夹角 ,以飞机
6、向上飞为正。航迹滚转角 :速度轴OZa与包含速度轴Oxa的铅垂面间的夹角,以飞机右倾为正。航迹方位角 :空速向量V在地平面内的投影与OgXg间的夹角。以投影在OgXg右边为正。,2、航迹角(flight-path angles)速度轴与,速度坐标系与地面坐标系:,速度坐标系与地面坐标系:,3、气流角:(速度轴系体轴系)aerodynamic angles,(迎角也叫攻角):空速向量V在飞机对称平面内投影与机体纵轴ox夹角。以V的投影在轴ox之下为正。(侧滑角):空速向量V与飞机对称平面的夹角。以V处于对称面右为正。,3、气流角:(速度轴系体轴系)aerodynamic a,4.机体坐标轴系的角
7、速度分量(angular-rate-dependent),机体坐标轴的三个角速度分量是机体坐标轴系相对于地轴系的转动角速度 在机体坐标轴系各轴上的投影。滚转角速度p:与机体轴OX重合一致;俯仰角速度q:与机体轴OY重合一致;偏航角速度r:与机体轴OZ重合一致;,4.机体坐标轴系的角速度分量(angular-rate-d,5.机体坐标轴系的速度分量,机体坐标轴的三个速度分量是飞行速度V在机体坐标轴系各轴上的投影。u:与机体轴OX重合一致;v:与机体轴OY重合一致;w:与机体轴OZ重合一致;,5.机体坐标轴系的速度分量 机体坐标轴的三个速度分量是,6、坐标系间的关系:,6、坐标系间的关系:,7、飞
8、机在空间的位置:,用飞机质心在地轴系中的坐标Xg,Yg,Zg来确定,其中飞机飞行航程L为Xg,飞机飞行高度为-Zg,飞机偏航距离为Yg。,7、飞机在空间的位置:,1.1.2 坐标变换,1、基元变换矩阵: 基元变换矩阵描述了飞机最简单的平面坐标系变换。,1.1.2 坐标变换1、基元变换矩阵:,2、空间三维坐标系基元变换矩阵:,2、空间三维坐标系基元变换矩阵:,3、空间两个坐标系的变换:,一般情况下,一个空间坐标系需要经过三次连续转动才能与另一个坐标系完全重合。三次旋转分别为绕Ozg轴、Oy轴及ox轴进行(或依次按 旋转)。,3、空间两个坐标系的变换:,变换阵,由地面坐标系转动偏航角到过渡坐标系s
9、由过渡坐标系S转动俯仰角到过渡坐标系S,变换阵由地面坐标系转动偏航角到过渡坐标系s,变换阵,由过渡坐标轴系S转动滚转角到机体坐标轴系,变换阵由过渡坐标轴系S转动滚转角到机体坐标轴系,飞行控制系统第一章-飞行力学基础课件,4、空间两个坐标系的变换矩阵:,坐标变换矩阵的构成法则:由坐标系OXgYgZg到坐标系OXYZ的坐标变换矩阵等于基元变换矩阵的乘积;基元变换矩阵的乘积顺序于从旧坐标系到新坐标系的转动顺序相反。,4、空间两个坐标系的变换矩阵:,5.机体坐标系与气流坐标系的转换,(1)由机体坐标轴系Sb转动迎角到稳定坐标系Ss;(2)再由稳定坐标系Ss转动侧滑角到气流坐标系Sa;参见书P12,5.
10、机体坐标系与气流坐标系的转换(1)由机体坐标轴系Sb转动,6、地面坐标系与机体坐标系转换,(1)由地面坐标系Sg转动偏航角到过渡坐标轴系S-Oxyz;(2)由过渡坐标系S转动俯仰角到过渡坐标系S-Oxyz;(3)由过渡坐标S系转动滚转角到机体坐标系,6、地面坐标系与机体坐标系转换(1)由地面坐标系Sg转动偏航,7、其它变换,地面坐标系与气流坐标系;地面坐标轴系与航迹坐标系;航迹坐标系与气流坐标系;,7、其它变换地面坐标系与气流坐标系;,1.2、作用于飞机的力和力矩,飞机在空气中飞行时,其表面分布着空气动力:作用于飞机质心处的合力;一个绕质心的合力矩;,1.2、作用于飞机的力和力矩飞机在空气中飞
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- 飞行控制系统 飞行 控制系统 第一章 力学 基础 课件
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