航天飞行动力学 pdf
航天器协同飞行动力学与控制 pdf[001]
航天器协同飞行动力学与控制 pdf 航天器协同飞行动力学与控制航天器协同飞行动力学与控制是一门研究航天器如何在空间中协同飞行的学科。
航天器协同飞行是指多架航天器在空间中进行协同操作,以实现特定任务或达到预期目标。
这种飞行模式对于航天探测、星际探险、太空资源开发等领域具有重要意义。
在航天器协同飞行中,动力学和控制是两个关键方面。
动力学研究航天器在空间中的运动规律以及相互作用。
控制则是指通过设计和应用控制系统,实现航天器之间的协同操作和飞行轨迹控制。
航天器协同飞行的动力学研究涉及航天器的运动方程、相空间的描述和航天器之间相互作用的建模。
航天器之间的相互作用包括引力相互作用、推力相互作用和气动力相互作用等。
这些相互作用对航天器的运动有着重要影响,需要通过动力学研究来进行建模和分析。
控制是航天器协同飞行的核心技术之一。
通过设计和应用控制系统,可以实现航天器之间的协同操作和飞行轨迹控制。
航天器协同飞行的控制策略可以分为集中式和分散式两种。
集中式控制策略是指通过一个中心控制器控制多架航天器的飞行。
而分散式控制策略则是每个航天器都有自己的控制器,通过相互通信和协作来实现协同飞行。
在航天器协同飞行中,还需要考虑到航天器之间的安全性和自适应性。
由于空间中存在着各种不确定性和变化性,航天器协同飞行需要具备一定的自适应能力,以应对不同的环境和任务需求。
同时,考虑到航天器之间的安全性,需要设计合理的避碰算法和冲突检测机制,以确保航天器之间的安全距离和避免碰撞。
综上所述,航天器协同飞行动力学与控制是一门重要的学科,对于实现航天器在空间中的协同操作具有重要意义。
通过动力学分析和控制系统设计,可以实现航天器之间的协同操作和飞行轨迹控制。
同时,还需要考虑到航天器之间的安全性和自适应性,以保证航天器的飞行安全和适应性。
这对于航天探测、星际探险和太空资源开发等领域具有重要的指导意义。
航空航天工程中的飞行器动力学
航空航天工程中的飞行器动力学飞行器动力学是航空航天工程中一个重要的领域,它研究飞行器在运行过程中内部和外部力的作用,以及飞行器的运动学和力学性能等方面的问题。
动力学在航空航天工程中起着至关重要的作用,它不仅决定了飞行器的飞行性能和稳定性,还对飞行器的设计、控制和运营等环节起着重大影响。
飞行器动力学的研究内容非常广泛,包括平稳飞行、攻角效应、姿态控制、飞行器稳定性和操纵性等多个方面。
首先,平稳飞行是飞行器动力学研究的重要内容之一。
平稳飞行是指飞行器在规定的飞行姿态下,以稳定的速度和高度进行飞行。
在平稳飞行的过程中,飞行器需要克服重力、气动阻力和惯性力等多个力的作用,以保持稳定的飞行状态。
此外,平稳飞行还需要考虑飞行器的姿态控制和推力管理等问题,确保飞行器在飞行过程中保持平衡和稳定。
攻角效应是飞行器动力学研究中的另一个重要议题。
攻角是飞行器机体与风向夹角的度量,它对飞行器的气动性能和稳定控制具有重要影响。
与攻角相关的飞行特性包括升力、阻力、侧向力和滚转力矩等参数。
通过研究攻角效应,可以优化飞行器的气动外形和操纵设备,提高飞行器的性能和操控能力。
姿态控制是飞行器动力学中的一个重要问题,它研究飞行器如何通过控制舵面和推力装置等手段,以实现姿态的变化和稳定控制。
姿态控制涉及到飞行器的横向、纵向和垂直运动,对飞行器的稳定性和灵活性具有重要影响。
通过合理的姿态控制策略和算法,可以保证飞行器在不同飞行阶段和任务要求下的稳定性和操控性。
飞行器稳定性是动力学研究的关键内容之一。
稳定性是指飞行器在运行过程中保持平衡和稳定的能力。
稳定性问题涉及到飞行器的质心位置、重心与升力中心的关系、飞行器的惯性矩等因素,通过分析和研究这些因素,可以预测飞行器在不同工况下的稳定性表现,并优化设计和改进控制策略,以提高飞行器的稳定性和安全性。
除了稳定性外,飞行器的操纵性也是动力学研究的重要内容。
操纵性是指飞行器在不同飞行状态下的操纵特性和灵活性。
航空飞行器飞行动力学
航空飞行器飞行动力学航空飞行器飞行动力学是研究飞行器在空气中运动的力学原理和规律的学科。
它涉及到飞行器的姿态稳定、操纵性能、飞行性能以及空气动力学等方面的内容。
本文将从航空飞行器的基本原理、力学模型、飞行动力学方程和相关应用等方面进行介绍。
一、航空飞行器的基本原理航空飞行器的基本原理是以牛顿运动定律为基础的。
根据牛顿第一定律,飞行器如果没有外力作用,将保持静止或匀速直线运动。
而根据牛顿第二定律,飞行器所受的合力等于质量乘以加速度,即F=ma。
根据牛顿第三定律,任何作用力都会有相等大小、方向相反的反作用力。
二、航空飞行器的力学模型航空飞行器的力学模型可以分为刚体模型和弹性模型。
刚体模型假设飞行器是一个刚体,不考虑其变形和挠曲;弹性模型考虑飞行器的变形和挠曲,可以更准确地描述飞行器的运动。
三、飞行动力学方程飞行动力学方程是描述飞行器运动的重要工具。
常用的飞行动力学方程包括牛顿定律、欧拉角运动方程、质心动力学方程等。
牛顿定律可以描述飞行器的平动运动,欧拉角运动方程可以描述飞行器的转动运动,质心动力学方程可以描述飞行器的整体运动。
四、航空飞行器的飞行性能航空飞行器的飞行性能包括速度性能、高度性能、加速性能等。
其中速度性能是指飞行器的最大速度、巡航速度和爬升速度等;高度性能是指飞行器的最大飞行高度、最大升限和最大下降高度等;加速性能是指飞行器的爬升率、加速度和制动性能等。
五、航空飞行器的操纵性能航空飞行器的操纵性能是指飞行器在各种操作条件下的控制性能。
它包括飞行器的稳定性、操纵性和敏感性等。
稳定性是指飞行器在受到扰动后能够自动恢复到平衡状态的能力;操纵性是指飞行器在操纵杆或操纵面的控制下实现各种机动动作的能力;敏感性是指飞行器对操纵输入的敏感程度。
六、航空飞行器的空气动力学航空飞行器的空气动力学是研究飞行器在空气中运动的力学学科。
它涉及到飞行器的升力、阻力、侧向力和滚转力等。
升力是飞行器在垂直方向上的支持力,阻力是飞行器在运动过程中受到的阻碍力,侧向力是飞行器在横向方向上的支持力,滚转力是飞行器的转动力。
航天器协同飞行动力学与控制 pdf
航天器协同飞行动力学与控制 pdf 航天器协同飞行动力学与控制是现代航空航天领域中一个重要而又复杂的课题。
它涉及多个航天器之间的协同工作,要求精确的动力学分析与控制策略设计。
本文将以探讨航天器协同飞行动力学与控制为主题,生动地介绍其背景、内容和应用前景。
首先,我们来了解一下航天器协同飞行的背景。
随着现代科技的不断发展,航天器任务越来越复杂,单个航天器往往难以完成任务要求。
因此,需要多个航天器之间协同工作,共同完成任务。
例如,太空探测任务需要多个航天器组成星座,协同监测、勘测或采集数据。
此外,航天器协同飞行还可以提高任务的可靠性和安全性,具有非常广阔的应用前景。
接下来,我们将详细介绍航天器协同飞行的内容。
航天器协同飞行包括多个方面,其中动力学分析是基础。
通过对航天器动力学进行深入研究,可以揭示航天器之间相互影响的机理,为协同飞行的控制策略设计提供理论依据。
然后,我们将介绍协同飞行的控制策略设计。
这包括制定适当的飞行轨迹规划、姿态控制和轨迹跟踪等方法,以确保各个航天器之间的协同工作顺利进行。
除了以上内容,本文还将讨论航天器协同飞行的挑战和应用前景。
航天器协同飞行涉及到的问题非常复杂,如何实现多个航天器之间的高度协同与合作仍然是一个亟待解决的难题。
同时,航天器协同飞行在卫星通信、地球观测、太空站建设等方面都有广泛的应用前景。
通过进一步的研究和开发,航天器协同飞行可以为人类社会带来更多的福祉和发展机遇。
综上所述,航天器协同飞行动力学与控制是一个重要而复杂的课题,它涉及到多个航天器之间的协同工作和控制策略设计。
深入研究航天器动力学分析和控制策略设计,可以为航天器协同飞行的实现提供理论支持。
虽然面临着很多挑战,但航天器协同飞行在各个领域都有着广阔的应用前景。
希望未来有更多的学者和工程师能够致力于航天器协同飞行的研究和发展,为人类探索太空提供更多的可能性。
航空飞行器飞行动力学
航空飞行器飞行动力学航空飞行器飞行动力学是研究航空飞行器在飞行过程中所受到的各种力和力矩的学科。
它主要涉及飞行器的运动学和动力学,研究飞行器的姿态变化、飞行轨迹和飞行稳定性等问题。
在航空飞行器飞行动力学中,最基本的概念是力和力矩。
力是指物体受到的作用,它可以是推力、阻力、升力、重力等。
力矩则是力对物体产生的转动效应,它是通过物体上的力矩臂和力的大小来计算的。
在飞行动力学中,有几个重要的力和力矩需要特别关注。
首先是重力,它是指地球对飞行器的引力作用,是飞行器保持在大气层内的重要力量。
其次是升力,它是指飞行器在飞行过程中产生的垂直向上的力,使得飞行器能够克服重力并保持在空中。
升力是由飞行器的机翼产生的,其大小和方向与飞行器的速度、空气密度和机翼形状等因素有关。
另外,还有阻力和推力,阻力是指飞行器在飞行中所受到的阻碍运动的力,而推力则是飞行器产生的向前推动的力,它可以是发动机产生的推力或者是飞行器的推进系统产生的推力。
除了力和力矩外,航空飞行器飞行动力学还研究飞行器的运动学和动力学。
运动学研究飞行器的运动状态,包括位置、速度和加速度等;动力学则研究飞行器受到的力和力矩对其运动状态的影响。
飞行器的运动学和动力学可以通过牛顿定律和欧拉角等理论来描述和计算。
在航空飞行器飞行动力学中,还有一些重要的概念需要了解。
例如,飞行器的姿态是指飞行器在空中的方向和姿势,它可以通过欧拉角来描述。
飞行器的飞行轨迹是指飞行器在空中的运动路径,可以是直线飞行、曲线飞行或者其他复杂的轨迹。
此外,飞行器的飞行稳定性也是飞行动力学中一个重要的问题,它涉及到飞行器的稳定性和控制性能。
航空飞行器飞行动力学是研究飞行器在飞行过程中所受到的各种力和力矩的学科。
它研究飞行器的运动学和动力学,以及飞行器的姿态变化、飞行轨迹和飞行稳定性等问题。
了解和掌握航空飞行器飞行动力学对于飞行器的设计、飞行控制和飞行安全都具有重要的意义。
第一章飞行动力学(3)
力、力矩平衡过程的物理解释
• 因为飞机本身质量大,机身的长细比大,而飞行 速度又快,所以飞行速度的大小和方向改变难, 而绕飞机重心的机体轴的转动则容易的多。 G G δ e > 0 → ΔM < 0 → ox向下低头 → V来不及转 ), M (q )平衡M (δ e ) → Δα < 0 → M(α ), M(α
Δθ ( s ) Δδe ( s )
=
(TP2 s 2 + 2ξPTP s +1)(TS2 s 2 + 2ξSTS s +1)
- K θ (Tθ1 s + 1)(Tθ2 s + 1)
其中:
ξ p 长周期运动的阻 • TP 长周期运动的时间常数;
• • • • • • • • 尼比 Ts 短周期运动的时间常数; ξs 短周期运动的阻 尼比 KV ΔV 传递函数的传递系数; TV1 , TV2 ΔV 传递函数分子时间常数; KV Δα 传递函数的传递系数; Tα1 , Tα Δα 传递函数分子时间常数; ξα Δα 传递函数的传递系数; Kθ Δθ 传递函数分子时间常数; Tθ1 , Tθ2 Δθ 传递函数分子的阻尼比。
• 有两种型态特征:短周期形态和长周期形态。一般飞机的 四个特征根中有两个大根、两个小根。大根对应短周期形 态,小根对应短周期形态。 • 纵向运动可大致分为两个阶段: • 初始阶段是以迎角和俯仰角速度的变化为代表的短周期运 动,飞行速度基本不变。 • 以后阶段是以飞行速度和俯仰角的变化为代表的长周期运 动,飞机迎角基本不变。
α/δe Gm = 11.2 dB (at 0 rad/sec) , Pm = Inf 0
-20
0
-40
幅值 (dB)
第一章-4 飞行动力学-飞机方程
可得
dV 1v iu jv kw dt
又有
i V p u
j q v
k r w
展开:
V i wq vr j ur wp k (vp uq )
F 按各轴分解,表示为:
各轴分量:
F iX jY kZ
飞机的力方程
i r ( r ) x
j y
k z py xq
qz ry rx pz
展开,得
H i y 2 z 2 p xyq xzr dm k [( x y ) r xzp yzq ]dm
2 2
j z 2 x 2 q yzr xyp dm I
dH dH 1H H dt dt
式中:
1V
—沿 V 的单位向量 —动坐标系对惯性系的总角速度向量 —表示叉积,向量积 1H —沿动量矩 H 的单位向量 —对动坐标系的相对导数
dV dH , dt dt
1.力方程
dV F m dt
dV dV 1V V dt dt
线性化 1)目前在计算机上用数字积分法求解没有困难,但是非线 性特性不利于分析飞机的构形参数与飞机运动的稳定性、 操纵性等问题的内在联系。 2)借助于小扰动法使非线性方程线性化,可以用解析法求 解飞机方程和利用线性理论分析系统的特性。 3)便于设计控制律,目前大多数飞控系统的控制律是基于 线性模型的。
机体系 Oyz平面
积分获 得欧拉 角
和 在一般情况下并不是互相垂直的正交向量,但p,q,r却互相正交,
ip jq kr
航空航天领域的航空器飞行动力学研究
航空航天领域的航空器飞行动力学研究航空航天领域的航空器飞行动力学研究是一个重要的研究领域,旨在深入了解和分析航空器的飞行性能和运动行为。
通过对航空器的飞行动力学进行研究,可以优化设计、改进飞行控制系统,提高航空器的飞行安全性和性能表现。
一、引言航空航天领域的航空器飞行动力学研究,对于飞行器的设计和改进来说是至关重要的。
它涉及到航空器在飞行过程中所遇到的各种力和力矩以及其对飞行器姿态和稳定性的影响。
二、航空器动力学模型为了研究航空器的飞行动力学,需要建立相应的动力学模型。
基于牛顿第二定律和气动力学原理,可以建立航空器的运动方程。
这些方程描述了航空器在不同飞行状态下的运动行为。
三、飞行力和力矩航空器在飞行过程中受到多个力和力矩的作用,这些力和力矩包括重力、升力、阻力、推力、扭矩等。
它们在不同的飞行状态下会发生变化,对航空器的运动和稳定性产生影响。
四、航空器稳定性和操纵性航空器的稳定性和操纵性是飞行动力学研究中的重要内容。
稳定性描述了航空器在没有外界干扰下恢复到平衡状态的能力,而操纵性则描述了航空器在操纵输入下的响应性能。
五、飞行控制系统为了提高航空器的飞行安全性和性能表现,各种先进的飞行控制系统得以研发。
这些系统利用飞行动力学的研究成果,通过控制舵面和发动机等设备来调整航空器的姿态和运动状态。
六、应用与前景航空器飞行动力学的研究成果广泛应用于航空航天工程和飞行器设计领域。
通过对飞行动力学特性的深入研究,可以提高飞行器的性能,优化设计方案,实现更高效、更安全的航空器运行。
七、结论航空航天领域的航空器飞行动力学研究在航空器设计和改进中起到了重要的作用。
通过建立动力学模型,分析飞行力和力矩的作用,研究航空器的稳定性和操纵性,以及开发先进的飞行控制系统,可以不断提高航空器的性能和安全性。
总之,航空航天领域的航空器飞行动力学研究是一个复杂而关键的研究领域。
通过深入研究和分析,我们可以更好地了解航空器的飞行特性,并为航空航天工程的发展和创新做出贡献。
航天飞行动力学作业及答案(1)
航天飞行动力学作业(1)1. 动坐标系矢量导数已知火箭相对于地面坐标系的速度5500/v m s =,弹道倾角10θ=,并在纵向平面内运动,俯仰角速度为 1.5/s ω=,火箭俯仰角为30。
整流罩质心距离火箭质心为20m ,质心整流罩分离时相对于火箭箭体的相对速度为2m/s r v =,速度倾角(与火箭纵轴夹角)为45,求整流罩相对于地面坐标系的速度矢量。
解答: c =+r r ρ,c r 为整流罩在地面坐标系下的矢径,r 为火箭质心在地面坐标系下的矢径,ρ为整流罩质心距离火箭质心距离。
c d d d dt dt dt =+r r ρ d dt t δδ=+⨯ρρωρ c d d dt dt tδδ=++⨯r r ρωρ111111cx x rx x x cy y ry y y cz z rz z z v v v v v v v v v ωρωρωρ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=++⨯⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 5500*cos102*cos 450205417.95500*sin102*sin 4500956.900 1.5/57.300cx cy cz v v v ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=++⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 2. 变质量质点动力学方程设火箭发动机秒耗量100kg/s m =,相对喷气速度为3000m/s e μ=,俯仰角速度为 1.5/s ω=,转动惯量变化率1000kg m/s z I =⋅,喷口距离质心距离为10m ρ=,求火箭发动机工作产生的附件哥氏力、附加相对力,附加哥氏力矩,附加相对力矩。
解答:附加哥氏力:0100221000052.3561.5/57.300k T e F m -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥'=-⨯=-⨯⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ωρ 附加相对力:30003000001000000rele F m -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥'=-⨯=-⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦μ 附加哥氏力矩:0000100100()00001000000001000 1.5/57.30 1.5/57.30287.96kT e T e M m tδδ--⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥'=-⋅-⨯⨯=--⨯⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦Iωρωρ 附加相对力矩:0rele e M m '=-⨯=ρμ3. 引力和重力及其夹角将地球视为标准椭球模型,编程求解地表处地心维度分别为=306090φ,,时的:(1)引力加速度,r g g φ;(2)重力加速,r k k φ;(3)离心惯性加速度,er e a a ϕ''; (4)引力加速度与地心矢径夹角1μ;(5)重力加速度与地心矢径夹角μ;(6)地理纬度0B 。
航天飞行动力学
航天飞行动力学航天飞行动力学指的是研究航天器在空间中的运动及其场合的科学。
其研究范围包括确定航天器的运动和轨迹、飞行控制和姿态稳定、空气动力学和热力学,以及所有这些因素对航天器设计和性能的影响。
在航天器的设计中,动力学起到了非常重要的作用,首先是确定航天器的设计参数,如重量、大小和动力学参数,以确保它能够达到预定的轨道和速度。
其次,它还需要考虑飞行过程中的各种情况,例如引力、空气动力学、剩余推力和其他可能会影响航天器轨迹的因素。
动力学的基本原理是质量守恒定律和牛顿第二定律:当力对一个物体施加时,物体的运动将随时间发生变化。
在航天器中,这些原理的应用导致了一系列的方程式和算法,它们能够帮助工程师和科学家去预计航天器的运动和性能。
航天器的飞行控制问题是动力学的应用之一。
通过它,航天器可以控制其运动,使其达到预定的目标,例如移动到一个新的轨道或进行宇宙探测。
飞行控制通常涉及到三个方面:轨道控制、姿态控制和姿态稳定。
轨道控制涉及到调节航天器的速度和方向,以使其达到预定的轨道。
姿态控制则涉及到调节航天器的方向和旋转,以使其对于任何特定任务都更加适用。
姿态稳定是航天器在飞行过程中,保持稳定的方向和旋转,以避免突发的旋转和失控的情况。
空气动力学和热力学是另外两个重要的航天飞行动力学分支。
空气动力学通常是与大气层内的飞行相关的。
这些研究通常涉及到空气的流动、压力、摩擦和其他相关因素,以评估在不同高度和速度的条件下,航天器可能会受到的哪些作用力。
除此之外,热力学也与航天器的设计和运动有着密切的关系。
由于在运动过程中航天器可能会面临非常高的温度,热力学原理可以用于评估哪些材料能承受这些极端的温度。
总之,航天飞行动力学是研究航天器在空间中运动和行为的科学。
它为工程师和科学家提供了一种理解和模拟航天器行为的方法,并为航天器的设计、控制和安全性能提供了基础。
航天器协同飞行动力学与控制 pdf
航天器协同飞行动力学与控制 pdf 航天器协同飞行动力学与控制是一个关键课题,它涉及到多个航天器之间的协同工作、飞行动力学以及控制算法等多方面的内容。
本文将针对该课题进行全面、生动且有指导意义的探讨。
首先,为了加深对航天器协同飞行动力学的理解,我们需要探讨航天器之间协同工作的重要性。
航天器协同飞行可以实现多个航天器之间的任务分工与协调,提高整体工作效率。
例如,在太空中,多个航天器可以协同完成探测任务,通过传感器数据的共享与融合,实现更加全面、精确的观测和分析。
而在地球轨道上,协同飞行也可以用于实现卫星编队任务,如全球通信和地球环境监测等。
其次,我们需要了解航天器协同飞行的动力学问题。
航天器在太空中飞行时会受到多种力的作用,如引力、浮力、姿态控制力矩等。
而在协同飞行中,各个航天器之间的相互作用也需要考虑进来。
这就需要我们研究协同飞行动力学模型,包括航天器之间的相对运动、相互作用力的计算以及动力学方程的建立等。
只有深入了解这些动力学问题,才能更好地设计控制算法,实现航天器之间的协同飞行。
最后,我们需要介绍航天器协同飞行的控制算法。
航天器协同飞行的控制算法主要包括姿态控制、轨道控制和协同控制等。
姿态控制算法用于控制航天器的姿态变化,使其保持稳定飞行。
轨道控制算法则用于控制航天器的轨道参数,实现预定任务的完成。
而协同控制算法则是将多个航天器之间的控制策略相互协调,通过通信和协同操作实现共同目标。
这些算法需要基于动力学模型进行设计,并考虑到实际工程应用的可行性。
综上所述,航天器协同飞行动力学与控制是一个复杂而重要的课题,对于航天技术的发展和应用具有重要意义。
通过深入研究协同工作的重要性、动力学问题以及控制算法等方面,我们可以更好地理解航天器协同飞行的原理,为未来的航天使命提供有力的支持。
航天飞行动力学作业及答案(1)
航天飞行动力学作业(1)1. 动坐标系矢量导数已知火箭相对于地面坐标系的速度5500/v m s =,弹道倾角10θ=,并在纵向平面内运动,俯仰角速度为 1.5/s ω=,火箭俯仰角为30。
整流罩质心距离火箭质心为20m ,质心整流罩分离时相对于火箭箭体的相对速度为2m/s r v =,速度倾角(与火箭纵轴夹角)为45,求整流罩相对于地面坐标系的速度矢量。
解答: c =+r r ρ,c r 为整流罩在地面坐标系下的矢径,r 为火箭质心在地面坐标系下的矢径,ρ为整流罩质心距离火箭质心距离。
c d d d dt dt dt =+r r ρ d dt t δδ=+⨯ρρωρ c d d dt dt tδδ=++⨯r r ρωρ111111cx x rx x x cy y ry y y cz z rz z z v v v v v v v v v ωρωρωρ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=++⨯⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 5500*cos102*cos 450205417.95500*sin102*sin 4500956.900 1.5/57.300cx cy cz v v v ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=++⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 2. 变质量质点动力学方程设火箭发动机秒耗量100kg/s m =,相对喷气速度为3000m/s e μ=,俯仰角速度为 1.5/s ω=,转动惯量变化率1000kg m/s z I =⋅,喷口距离质心距离为10m ρ=,求火箭发动机工作产生的附件哥氏力、附加相对力,附加哥氏力矩,附加相对力矩。
解答:附加哥氏力:0100221000052.3561.5/57.300k T e F m -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥'=-⨯=-⨯⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ωρ 附加相对力:30003000001000000rele F m -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥'=-⨯=-⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦μ 附加哥氏力矩:0000100100()00001000000001000 1.5/57.30 1.5/57.30287.96kT e T e M m tδδ--⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥'=-⋅-⨯⨯=--⨯⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦Iωρωρ 附加相对力矩:0rele e M m '=-⨯=ρμ3. 引力和重力及其夹角将地球视为标准椭球模型,编程求解地表处地心维度分别为=306090φ,,时的:(1)引力加速度,r g g φ;(2)重力加速,r k k φ;(3)离心惯性加速度,er e a a ϕ''; (4)引力加速度与地心矢径夹角1μ;(5)重力加速度与地心矢径夹角μ;(6)地理纬度0B 。
飞行动力学(第五、六节)
全机滚转角速度p
引起的偏舵力矩 式中:
交叉动导数
无因次滚转角速度
偏航力矩N,正负不定
5.偏航角速度r引起的N—航向阻尼力矩
航向阻尼力矩,与纵向、滚转阻尼力矩原理相同。航向阻尼 力矩主要由立尾产生,机身也有一定的作用。
r0时,前行翼的相对空速增大,阻力增大,
后退翼的相对空速减小,阻力减小,
产生的力矩与r的方向相反,故为阻尼力矩
交叉动导数
式中:
交叉动导数 无因次偏航角速度
三、绕oz轴的偏航力矩N
1.侧滑角引起的N — 航向静稳定力矩
0,立尾上有侧力N ,产生正偏航力矩
机身有不稳定偏航力矩; 箭形机翼产生正偏航力矩,起稳定作用; 超音速飞机头部有侧力,产生不稳定的偏航力矩;
侧滑角产生的偏航力矩N:
式中;
航向静稳定导数
方向舵正向偏转(方向舵后缘向左偏转)时,产生正的 侧力。由于方向舵在机身之上,此侧力对ox轴取矩得 正的滚转力矩。可写为
式中:
操纵交叉导数
4.滚转角速度p引起的L——滚转阻尼力矩
滚转阻尼力矩主要由机翼产生,平尾和立尾也有影响
当飞机左滚时p为负,左翼下行,右翼上行。下行翼迎
角增加故升力增加,上行翼迎角减小故升力减小,形 成正滚转力矩L(右滚),起到了阻止滚转的作用,称 为滚转阻尼力矩。 平尾及立尾的作用原理与机翼相同, 都是阻止滚转,只是作用小于机翼 滚转阻尼力矩可写为
铰链故障会直接造成飞行控制失控
第五节内容
侧滑产生侧力 侧向变量:状态量,操纵量 所有侧向变量都产生滚转和偏航力矩 描述公式,各气动导数定义
滚转静稳定性,滚转静稳定导数CL <0 航向静稳定性,航向静稳定导数Cn >0
第一章飞行动力学(1)
飞行控制系统
• Flaps mounted at the trailing edge of the wing are used to increase the lift or lift coefficient during the take-off and landing of an aircraft.
升力与迎角的关系
续转动才能与另一个坐标
Y'
系完全重合。三次旋转分
Yg
别为绕Oz轴、Oy轴及Ox轴
进行(或依次按 ψ ,θ,φ 旋
转)。
Xg X'
X
民机操纵舵面
机体轴三向运动
机体轴三向运动
常规飞行剖面
机体轴三向运动
机体轴三向运动
机体轴三向运动
四、操纵机构
被控量:三个姿态角、高度、速度及侧偏 利用升降舵、副翼、方向舵、油门杆来控制
§1 坐标系、运动参数与操纵机构
一、 坐标系 (欧美坐标系)
1. 地面坐标系 2. 机体坐标系 3. 速度坐标系 4. 稳定坐标系
三轴方向符合右手定则
一、 坐标系 (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;
(或平行于翼弦),指向前方(机头)。 –横轴Oy:垂直于纵轴对称平面指向右方。 –立轴Oz:在飞机对称平面内,且垂直于ox轴指
航空航天概论.pdf
第四章飞机飞行的基本原理航空航天概论§4.1§4.2§4.3§4.4§4.7§4.5§4.6§4.8§4.1飞行环境4.1.1 地球4.1.2 地球大气层4.1.3 标准大气回目录页4.1.14.1.1 地球地球是宇宙中的一个天体。
是太阳系中的一颗行星。
它存在着绕自身轴的自转和围绕太阳的公转。
地球为一椭球体,其半长轴为6378.1km,半短轴为6356.8km,扁率约为1/298。
可以近似认为地球是半径为6370km 的球体。
地球的质量为5.977×1021 ton。
4.1.2(1)4.1.2 地球大气层地球大气层指的是在地球引力的作用下,在地球周围所形成的气体包层。
根据大气层的某些特征,可将其分为五层,即:4.1.2(2)※对流层※平流层※中间层※电离层※散逸层对流层→对流层也称为变温层,是最贴近地球表面的一层,其上界随地球纬度和温度等而变化。
→由于地球对大气的引力,对流层包含了所有大气质量的3/4左右,因此该层大气密度最大,大气压力最高。
→在对流层内,气象情况复杂。
平流层→平流层位于对流层顶界的上面,其顶界离地球表面约为30km。
→这一层内的大气质量约占大气总质量的1/4不到一些。
→在平流层内,空气只有水平方向的流动,通常也没有复杂的气象情况。
→在离地球表面25km以下,空气温度几乎不变,所以该层又叫做同温层。
中间层→中间层从离地面30km到80~100km止。
→中间层内含有大量的臭氧,空气非常稀薄,大气质量仅占大气总质量的三千分之一。
→气温随高度的增加先升高而后下降。
电离层→电离层位于中间曾之上至离地面500km 左右。
→这一层里,空气极其稀薄。
→由于太阳辐射的各种射线和宇宙射线使大气分子电离成离子和自由电子,空气处于高度的电离状态,具有很强的导电性。
→在电离层内,温度随高度的增加而升高,故又称为热层或暖层。
航天飞行动力学课程设计-第二题-火箭运载能力分析
火箭运载能力分析目录设计题目 (2)成员分工 (4)1.设计思路及方法 (5)1.1运载火箭质点弹道动力学方程 (5)1.2俯仰角的设计 (6)2.仿真结果及分析 (6)2.1问题一、二 (6)2.2问题三 (11)2.3问题四 (12)仿真验证 (14)参考资料 (19)仿真主要源代码 (19)设计题目运载火箭运载性能分析1.总体参数表1两种改进型的总体参数状态一子级加长Im(改进型1)二子级加长Im(改进型2)名称第一级第二级第一级第二级有效载荷质量(kg)31003100起飞质量(kg)2005094071320054350995关机点质量(kg)510136943610347344有效推进剂质量比0.74560.82950.695660.8560发动机比冲(S)289296.13289296.13推重比 1.417 1.417有效推进剂质量(kg)1494963377013950943651结构质量(kg)10300 384310039 4244发动机推力(N)27860935657112786565708580发动机秒流量(kg/s)983.119194.933983.285244.014发动机工作时间(s)152.063173.239141.881178.887参考面积S==8.81413m2,其中H=3.35m;阻力系数Cd=0.22.入轨条件入轨近地点200km、远地点500km的椭圆轨道,轨道倾角50度。
采用速度关机的方式。
3.俯仰角的设计(1)发射点选为海南卫星发射中心,计算发射方位角。
(2)根据程序角工程设计方法,设计两种型号的俯仰程序角。
要求:近地点入轨。
满足入轨高度、速度、当地弹道倾角(1)垂直起飞段:0-匕俯仰角保持90度,即迎角为0度,弹道倾角为90度。
近似垂直上升时间:4=j4O/(7>—1),单为起飞推重比。
(2)程序转弯段(…)程序转弯段主要是设计攻角变化规律,使得攻角不超过限定值,从而使得法向过载满足约束。
直升机飞行动力学pdf
直升机飞行动力学pdf直升机飞行动力学是研究直升机飞行姿态、操纵和性能的科学。
它涉及到了直升机的机械运动、气动特性和控制系统等方面。
直升机飞行动力学的研究对于提高直升机的飞行性能、安全性和稳定性具有重要意义。
首先,直升机的飞行姿态是直升机飞行动力学的基础。
直升机可以实现垂直起降和悬停飞行,这要求它具有良好的操纵和控制能力。
直升机在不同的飞行姿态下,受到的气动力和力矩的作用也是不同的,所以研究直升机飞行姿态对于提高直升机的飞行性能和操纵性非常重要。
其次,直升机的气动特性也是直升机飞行动力学的核心内容之一。
直升机的气动力学特性与机翼飞行器有很大的不同,主要表现在气动力的产生和控制上。
直升机的旋翼产生提供升力,同时也产生扭矩,这需要通过尾桨或者飞行员的操纵来平衡。
直升机的旋翼受到气动力的影响,包括升力、阻力、剖面损失和尖端损失等。
研究直升机的气动特性可以帮助我们深入理解直升机的飞行机理,并优化设计直升机的飞行性能。
此外,直升机控制系统的研究也是直升机飞行动力学的重要内容。
直升机的控制系统包括操纵系统和稳定系统。
操纵系统通过操纵杆和脚蹬等操纵装置来控制直升机的飞行姿态和运动。
稳定系统通过自动平衡装置和飞行仪表来维持直升机的稳定飞行。
直升机的操纵和控制系统对于提高直升机的飞行安全性和稳定性至关重要。
总之,直升机飞行动力学的研究是一门综合性的学科,涉及机械运动、气动特性和控制系统等方面。
研究直升机飞行动力学可以帮助我们深入了解直升机的飞行原理,优化设计直升机的性能和安全性,并指导直升机的飞行操作。
在未来的研究中,我们需要进一步探索直升机飞行动力学的理论和应用,为直升机的发展和应用做出更大的贡献。
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航天飞行动力学是研究航天器和运载器在飞行中所受的力及其在力作用下的运动的学科,也称为航天器动力学。
它是建立航天器设计、发射和运行控制的重要基础。
航天飞行动力学的研究内容包括航天器的轨道运动、姿态运动以及推力控制等。
其中,轨道运动是指航天器在地球或其他天体周围绕行运动的规律,包括圆轨道、椭圆轨道、抛物线轨道等;姿态运动是指航天器绕自身轴线旋转或摆动的运动,包括自旋稳定、三轴稳定等。
推力控制是指通过施加推力来改变航天器的运动状态,包括轨道机动、姿态控制等。
航天飞行动力学的研究目的是为航天器的设计、发射和运行控制提供理论支持,确保航天器的安全、可靠和经济性。
在实际应用中,航天飞行动力学也是制定发射窗口、规划轨道转移、进行精确导航定位等的重要依据。
以上内容仅供参考,如需更多信息,建议查阅相关文献或咨询相关学者。