飞行器姿态的表示

飞行器姿态的表示

飞行器姿态的表示讨论3组重要的角度

四个主要坐标系​具体定义参见常用坐标系

发射点坐标系SgS_gSg​本体系SbS_bSb​速度坐标系ScS_cSc​弹道坐标系SkS_kSk​三组规定好的角​姿态角——俯仰角ϕ\phiϕ、偏航角ψ\psiψ、滚转角γ\gammaγ气流角——攻角α\alphaα、侧滑角β\betaβ弹道角——弹道倾角/速度倾角θ\thetaθ、弹道偏角/航向角σ\sigmaσ姿态角定义​名称定义备注俯仰角ϕ\phiϕO1XbO_1X_bO1​Xb​轴在XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面的投影,与OgXgO_gX_gOg​Xg​之间的夹角,抬头为正O1XbO_1X_bO1​Xb​轴指向飞行器前方XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面是发射时飞行器“垂直方向”的平面(因为SgS_gSg​系Y轴“向上”)OgXgO_gX_gOg​Xg​轴指向发射方向在发射点水平面的投影相当于“飞行器前方”相对于“发射时的前方”抬头的角度偏航角ψ\psiψO1XbO_1X_bO1​Xb​轴与XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面的夹角,向左为正O1XbO_1X_bO1​Xb​轴指向飞行器前方XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面是发射时飞行器“垂直方向”的平面(因为SgS_gSg​系Y轴“向上”)相当于“飞行器前方”相对于“发射时的竖直面”左转的角度滚转角γ\gammaγO1ZbO_1Z_bO1​Zb​轴与O1XbO_1X_bO1​Xb​和O1ZgO_1Z_gO1​Zg​两轴构成平面之间的夹角,右滚动为正O1XbO_1X_bO1​Xb​轴指向飞行器前方O1ZgO_1Z_gO1​Zg​轴指向“发射时”飞行器右方上述两轴组成“没有滚转,只改变俯仰”的平面O1ZbO_1Z_bO1​Zb​轴指向飞行器右方相当于“飞行器当前右机翼”与上述平面的夹角,即为滚转的角度姿态角图示​无风时气流角定义​名称定义备注攻角α\alphaαO1XcO_1X_cO1​Xc​轴在XbO1YbX_bO_1Y_bXb​O1​Yb​平面的投影,与O1XbO_1X_bO1​Xb​之间的夹角,向下为正O1XcO_1X_cO1​Xc​轴指向速度方向XbO1YbX_bO_1Y_bXb​O1​Yb​是飞行器的“纵向”平面O1XbO_1X_bO1​Xb​轴指向飞行器前方相当于“飞行器速度前方”相对于“飞行器物理上的前方”下压的角度侧滑角β\betaβO1XcO_1X_cO1​Xc​轴与XbO1YbX_bO_1Y_bXb​O1​Yb​平面的夹角,向右为正O1XbO_1X_bO1​Xb​轴指向飞行器前方XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面是“垂直方向”的平面(因为SgS_gSg​系Y轴“向上”)相当于“飞行器速度前方”相对于“飞行器当前竖直面”右转的角度提示可以发现攻角和俯仰角、侧滑角和偏航角有相当多的相似之处

有点“攻角是速度的俯仰角,侧滑角是速度的偏航角”的意思,但是注意有三点不同:

攻角(侧滑角)是相对于当前飞行器姿态,而俯仰角(偏航角)是相对于发射时的方向俯仰角的定义是向上为正,而攻角是向下为正偏航角的定义是向左为正,而侧滑角是向右为正无风时气流角图示​注意这是无风是气流角的定义,如果是有风情况,攻角和侧滑角都需要加上一个附加项

附加攻角αw\alpha_wαw​附加侧滑角βw\beta_wβw​他们分别定义为飞行器速度为0时,气流相对于本体系的攻角与侧滑角

弹道角定义​名称定义备注速度倾角θ\thetaθ速度矢量在XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面内的投影与OgXgO_gX_gOg​Xg​轴的夹角,向上为正航向角σ\sigmaσ速度矢量在XgOgYgX_gO_gY_gXg​Og​Yg​平面之间的夹角,向左为正提示速度倾角和俯仰角、航向角和偏航角也有异曲同工之妙

类似“速度倾角是速度相对发射点坐标系的俯仰角,侧滑角是速度相对发射点坐标系的偏航角”,注意:

速度倾角(航向角)是速度前方相对发射点坐标系,俯仰角(偏航角)是飞行器前方相对于发射点坐标系弹道角图示​总结​3组角度,其实就是“飞行器前方、速度前方”相对“本体坐标系、发射点坐标系”的角度

飞行器前方——本体坐标系(飞行器前方就是O1XbO_1X_bO1​Xb​轴,所以没有角度)飞行器前方——发射点坐标系(俯仰角ϕ\phiϕ、偏航角ψ\psiψ、滚转角γ\gammaγ)速度前方——本体坐标系(攻角α\alphaα、侧滑角β\betaβ)速度前方——发射点坐标系(弹道倾角/速度倾角θ\thetaθ、弹道偏角/航向角σ\sigmaσ)怎样记忆字母?​俯仰——fu yang——首字母F——ϕ\phiϕ读作/faɪ/偏航——pian hang——首字母P——ψ\psiψ读作/psaɪ/滚转是剩下的那一个攻角和侧滑角直接记住σ\sigmaσ不对称所以是弹道偏角,另一个对称的θ\thetaθ就是弹道倾角

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