飞行器仿真原理
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在无风、无侧滑的情况下,飞行器航迹坐标系下的运动学方程[2]为: cos()sin sin()cos cos cos cos sin()sin sin s v p t
p s s t p s s t d m p Q mg d d m p Y mg d d mv p Y d θψαθαγγθθαγγ⎧=+Φ--⎪⎪⎪⎪=+Φ+-⎨⎪⎪⎪-=+Φ+⎪⎩
(1) 其中m 为飞行器质量;v 为速度;p 为发动机动力;α为迎角;p Φ为发动机安装角;Q 为空间阻力;θ为俯仰角;s γ为滚转角;Y 为升力;s ψ为偏航角。
图1显示了机体坐标系下的飞行器受力情况;图2表示了地面坐标系和航迹坐标系的关系;其中,d d d Ox y z 表示地面坐标系,地面坐标系固定于地面,原点选在
地面的某一点,d y 铅直向上,d x 和d z 在水平面内。h h h Ox y z 表示航迹坐标系,航
迹坐标系原点在飞行器质心,h x 沿飞行器速度向量v ,即飞行器飞行方向,h y 在包含v 的铅垂直平面内,h z 垂直于铅垂平面。
图1 飞行器受力分析 图2 地面坐标系和轨迹坐标系
为了更清晰、简练地描述这些运动学的量,我们令
cos()/sin()cos cos /sin()cos sin /x p y p s s z p s s n p Q mg n p Y mg n p Y mg
ααγγαγγ⎧⎡⎤=+Φ-⎣⎦⎪⎪⎡⎤=+Φ+⎨⎣⎦⎪⎡⎤=+Φ+⎪⎣⎦⎩ (2) 称x n 、y n 、z n 为过载,把(2)式代入(1)式得到
[]()()()()sin ()()()cos ()()cos ()()s v t z t
t y t t x t d n t t g d d v t n t t g d d v t t n t g d θψθθθ⎧=-⎪⎪⎪⎪⎡⎤=-⎨⎣⎦⎪⎪⎪-=⎪⎩
(3) 从式(3)可以明确看出:x n 、y n 、z n 反映了飞行器因主动运动而产生的加速度,而sin θ和cos θ则是由于飞行器的重力产生的加速度。