飛機坐標軸

飛機坐標軸

飛機坐標軸是在建立飛行器運動方程時,為了確定相對位置、速度、加速度和外力矢量的分量而建立的。常用坐標軸系均採用右手直角坐標系。

為了描述飛機的運動狀態,必須選擇適當的坐標系。例如,飛機相對於地面的位置,就必須採用地面坐標系;飛機的轉動用機體坐標系表示;飛機的軌跡運動可採用速度坐標系表示。

基本介紹

  • 中文名:飛機坐標軸
  • 外文名:Aircraft axis 
  • 作用:確定飛機位置、速度等
地面慣性坐標系,機體坐標系,氣流坐標系,航跡坐標系,穩定坐標軸系,不同坐標軸的關係,

地面慣性坐標系

它是相對於地球表面不動的一種坐標系,原點取自地面上的某一點(如飛機在地面上的起飛點,或進入空戰時的初始位置),
軸位於水平面內,指向某一固定方向(如飛機的航線,或空戰開始時截擊機到目標的視線方向等),
軸垂直於地平面向下,
軸則由右手定則來確定。

機體坐標系

機體坐標系是固聯于飛行器並隨飛行器運動的一種動坐標系。由於該坐標系最常用,故常常簡化為Oxyz表示。它的原點位於飛行器的質心。
軸在飛行器對稱平面內,平行於機身軸線或機翼的平均氣動弦線,指向前;
軸亦在對稱平面內,垂直於
軸,指向下;
軸垂直於對稱平面,指向右。
氣動力矩的三個分量(即滾轉力矩L、偏航力矩N和俯仰力矩M)是對機體坐標系的三根軸定義的。
如果
軸取沿飛行速度V在對稱平面的投影方向;
軸仍在對稱面內,垂直
指向下;
垂直於對稱平面,指向右,則這種機體軸系又稱為半機體軸系。風洞實驗中測量氣動力時,常用該坐標系。
如果
軸取沿基準運動(未擾動運動)飛行速度V+在對稱平面的投影方向;
軸仍在對稱平面內,垂直
。指向下;
軸垂直於對稱平面,指向右,則這種在擾動運動中固聯于飛行器的坐標系又稱為穩定坐標系,可用Oxyz表示。

氣流坐標系

氣流坐標系又稱速度坐標系或風軸系。它的原點O位於飛行器質心,
軸始終指向飛行器的空速方向;
軸位於對稱平面內,垂直於
軸,指向下;
軸垂直於
平面,指向右。
氣動力的三個分量,即升力L、阻力D和側力C是在氣流坐標系中定義的。

航跡坐標系

航跡坐標系又稱彈道固連坐標系。它的原點O位於飛行器質心。
軸始終指向飛行器的地速方向;
軸則位於包含
軸的鉛垂平面內,垂直於
軸,指向下;
軸垂直於平面
,指向右。
由定義可知,航跡坐標系的
軸與氣流坐標系的
軸,當風速不等於零時,兩者的方向是不同的;只有風速等於零時,兩者方向才一致。

穩定坐標軸系

①原點O取在飛機質心處,坐標系與飛機固連;②
軸與飛行速度V在飛機對稱平面內的投影重合一致;③
軸在飛機對稱平面與
軸垂直並指向機腹下方,與氣流系
一致;④
軸與機體軸
重合一致。

不同坐標軸的關係

地面系和機體系的關係:定義了三個歐拉角,由地面系先繞立軸右轉偏航角,再繞橫軸轉俯仰,再繞縱軸轉滾轉得機體系。
穩定系和機體系的關係:穩定坐標軸系和機體軸差一個迎角,機體系繞橫軸向下轉一個迎角得穩定系。
穩定系和氣流系的關係:穩定系繞立軸向右轉一個側滑角即得氣流系。
航跡系和氣流系的關係:航跡系OX軸和氣流坐標系相同,航跡系繞縱軸轉動一個航跡轉滾角得到氣流系。
航跡系和地面系的關係:地面系繞立軸轉一個航跡方位角,再繞橫軸轉一個航跡傾斜角得航跡系。
五種坐標系關係五種坐標系關係

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