第二章演示文稿

1、第二章第二章 弹弹（箭）飞行原理（箭）飞行原理对导弹、航天运载器进行飞行控制，对导弹、航天运载器进行飞行控制，必须了解和研究飞行器的飞行特性。必须了解和研究飞行器的飞行特性。弹（箭）运动弹（箭）运动在瞬间在瞬间可看成可看成刚体刚体。运动刚体的特性运动刚体的特性-任何一个自由任何一个自由刚体在空间的任意运动，都把它看成刚刚体在空间的任意运动，都把它看成刚体的质心运动和绕质心转动的运动的合体的质心运动和绕质心转动的运动的合成。成。从控制系统角度研究弹（箭）飞行特从控制系统角度研究弹（箭）飞行特性的范围及目的：性的范围及目的：1）研究分析飞行器质心运动特性，）研究分析飞行器质心运动特性，解决飞行器导

2、航制导问题。解决飞行器导航制导问题。2）研究分析飞行器绕质心运动特）研究分析飞行器绕质心运动特性，解决飞行器姿态控制问题，性，解决飞行器姿态控制问题，保证飞行器能达到稳定状态。保证飞行器能达到稳定状态。2.1 2.1 坐标系及其相互关系坐标系及其相互关系 2.1.1 2.1.1 弹（箭）常用坐标系弹（箭）常用坐标系 坐标系坐标系-是为了描述弹（箭）位置和是为了描述弹（箭）位置和 运动规律而取的参考基准。运动规律而取的参考基准。 坐标系分类坐标系分类-惯性坐标系和相对坐标惯性坐标系和相对坐标系。系。惯性坐标系惯性坐标系:原点在地球上随地球公转，原点在地球上随地球公转，坐标轴不随地球自转。坐标轴不

3、随地球自转。相对坐标系相对坐标系:相对不动坐标系有移动或相对不动坐标系有移动或转动的坐标系。转动的坐标系。 坐标系的原点取法：坐标系的原点取法：地球中心地球中心, ,发射点发射点, , 飞行器质心飞行器质心. .eoeo0 1地心赤道坐标系地心赤道坐标系a.本初地心赤道坐标系本初地心赤道坐标系eeeeZYXOb.发射点地心赤道坐标系发射点地心赤道坐标系（再看上图）（再看上图） oooeZYXOgggZCYCX 2发射点重力坐标系发射点重力坐标系gggZYCXA：发射方位角：发射方位角B：发射点：发射点地理纬度地理纬度3发射点（椭球）法线坐标系发射点（椭球）法线坐标系（再看上图）（再看上图）：发

4、射方位角，与：发射方位角，与A相差很小。相差很小。：发射点：发射点大地纬度大地纬度。gngngnZYCX0A0BA：发射方位角；：发射方位角；c ：发射点地心纬：发射点地心纬度度4。发射点地心坐标系。发射点地心坐标系zzzZYCX5春分点地心惯性坐标系春分点地心惯性坐标系ennnO X Y Z6发射点地心赤道惯性坐标系发射点地心赤道惯性坐标系将坐标系将坐标系固化在惯性空间所成。固化在惯性空间所成。7发射惯性坐标系发射惯性坐标系将坐标系将坐标系固化在惯性空间所成。固化在惯性空间所成。通常称为通常称为惯性坐标系惯性坐标系。8发射点地心惯性坐标系发射点地心惯性坐标系将坐标系将坐标系固化在惯性空间所成

5、。固化在惯性空间所成。oooeZYXOgggZYCXrrreZYXOzzzZYCXcxyzCXYZ9飞行器坐标系（或本体坐标系）飞行器坐标系（或本体坐标系）1111zyxO1111zyxO到到c c距离较飞行高度小多，可视两点重合。距离较飞行高度小多，可视两点重合。1O10速度坐标系速度坐标系a.惯性速度坐标系惯性速度坐标系cccZYXO1速度速度v为飞行器相对静止不动气流的速度。为飞行器相对静止不动气流的速度。:攻角；攻角；:侧滑角。侧滑角。 b.气流速度坐标系气流速度坐标系有风时，大气相对运动，飞行器相对有风时，大气相对运动，飞行器相对气流的速度气流的速度，存在附加攻角，存在附加攻角，附加

6、，附加侧滑角侧滑角。图见书图见书P312-7vw w cccZYXO111平台惯性测量坐标系平台惯性测量坐标系ppppzyxO2.1.2 2.1.2 飞行姿态的表示飞行姿态的表示 1.1.飞行器姿态的描述飞行器姿态的描述 空间飞行器的姿态是飞行器绕质心作旋空间飞行器的姿态是飞行器绕质心作旋转运动的参量。转运动的参量。 飞行器的姿态是用本体坐标系相对某一飞行器的姿态是用本体坐标系相对某一惯性坐标系的空间角位移描述，用三个姿态惯性坐标系的空间角位移描述，用三个姿态角（或称欧拉角）角（或称欧拉角） 表示表示。 ,（参见姿态补充材料）（参见姿态补充材料） 俯仰角俯仰角 -飞行器的纵轴飞行器的纵轴 在平

7、面在平面 上的投影与上的投影与 轴的夹角。轴的夹角。 偏航角偏航角 -飞行器的纵轴飞行器的纵轴 与与 的夹的夹 角。角。 滚动角滚动角 -飞行器的横轴飞行器的横轴 与与 、 两两 轴构成平面之间的夹角。轴构成平面之间的夹角。 11xOyxO1 xO111xOyxO1 11zOzO111xO2.2.飞行器旋转的描述飞行器旋转的描述 飞行器在空间姿态变化，即绕质心产生飞行器在空间姿态变化，即绕质心产生旋转，旋转角速度为旋转，旋转角速度为Tzyx,zyx,是在体轴坐标系上的分量，它们是在体轴坐标系上的分量，它们与姿态角变化率矢量与姿态角变化率矢量 有如下关系：有如下关系：, , ,xyz 3.3.飞

8、行器方向的描述飞行器方向的描述 飞行器方向是指速度矢量在惯性空间的飞行器方向是指速度矢量在惯性空间的指向。在无风时，由弹道倾角指向。在无风时，由弹道倾角 和航向角和航向角 确定。确定。 弹道倾角弹道倾角 - -是速度矢量是速度矢量v在在 平面上投影平面上投影 与与ox 轴的夹角。相对轴的夹角。相对ox 轴逆轴逆 时针转为负，反之为正。时针转为负，反之为正。航向角航向角 - -是速度矢量是速度矢量v与与平面的夹平面的夹角。逆时针转为负，反之为正。角。逆时针转为负，反之为正。yxO1yxO1 2.1.3 2.1.3 坐标变换坐标变换 在坐标变换过程中，将原点不重合的坐标在坐标变换过程中，将原点不重

9、合的坐标系平移，使其原点重合，只进行角度的变换。系平移，使其原点重合，只进行角度的变换。也就是利用欧拉角进行坐标之间的变换。也就是利用欧拉角进行坐标之间的变换。 值得注意的是，两个坐标系之间的任意变值得注意的是，两个坐标系之间的任意变换，并不局限于几次旋转。换，并不局限于几次旋转。 例：速度坐标系与本体坐标系之间的变换例：速度坐标系与本体坐标系之间的变换 （无风）。（无风）。 从速度坐标系从速度坐标系-本体坐标系，只经过两本体坐标系，只经过两次旋转就可确定。次旋转就可确定。 1 1）先以）先以 角速率绕角速率绕 轴旋转轴旋转 角，轴角，轴 、 分别转到分别转到 、 ，形成坐系，形成坐系 ，两坐标系之间的关系为：，两坐标系之间的关系为： 2 2）再以）再以 角速率绕角速率绕 轴旋转轴旋转 角，轴角，轴 、 分别转到分别转到 、 ，即形成坐，