第二章被控制对象基本特征-42页精选文档
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
左手定则ຫໍສະໝຸດ Baidu
C
右旋 翼 ：
右lZ手定则
二、运动参数
运动参数反应各坐标系之间的关系
1.体轴系与地轴系之间的关系
偏航角（右偏航为正，右手） 俯仰角（抬头为正，右手）
滚转角 (右滚为正，右手)
、、统称为姿态角
2.速度坐标系与体轴系之间的关系
X
Ya Y
Xa Vk
O
Z
Za
迎角（机身迎角），侧滑角 规定：在对称面右边为正（右手判断）
D
s
lZ lwj
Twj
TF
侧向
D
Ss
s
Tw j
lY
o
G cos sin Y
G cos cos
G
第四节 直升机运动方程描述
一、运动基本假设：
1. 直升机不仅是刚体，而且质量一定 2. 地球为惯性坐标系 3. 忽略地平面曲率，即视平面 4. 重力加速度不随飞行高度变化 5. 机体坐标系XOZ平面为对称平面，且不仅外形对 称，内部质量分布也对称。即惯性积: Izy Ixy0
角运动：反映直升机机体绕重心转动的姿态运动控制 俯仰运动 （绕Y轴向） 滚转运动 （绕X轴向） 偏航运动 （绕Z轴向）
第二节 运动自由度与操纵控制机构
二、操纵控制机构 只有操纵控制机构正确动作，才能实现预定飞行 任务所必须的运动控制。
以单旋翼直升机的操纵控制机构为例： 旋翼纵向周期变距操纵e（纵向驾驶杆位移de） 旋翼横向周期变距操纵a（横向驾驶杆位移da） 旋翼总距操纵c（总距杆位移dc） 尾桨桨距操纵r（脚蹬位移dr）
旋翼力和力矩： 尾桨力和力矩： 平尾力和力矩： 机身力和力矩：
F xy M xy
Fj M j F p M p F js M js
重力在体轴上分量：FG
D
YS
T
纵向
F
S
lZ
水平
Hs lX
G cos sin
G cos cos
G
Z
D S
yPW
Fx
F
y
Fx xy F y xy
Fxj Fyj
➢纯俯仰
Y
Y0
y0
y
XX0cosY0sin
(x0 y0)
YY0cosX0sin
X x
Y Xcsoins
sinX0 cosY0
x0
X0
X cos sin 0X0
Y sin
cos
0Y0
z 0
0 1Z0
第二节 运动自由度与操纵控制机构
一、运动自由度 线运动：反映直升机重心的轨迹运动控制
前后运动 （沿X轴向） 升降运动 （沿Z轴向） 左右侧向运动 （沿Y轴向）
四个控制输入量控制直升机六自由度运动
第三节 作用在直升机上的力和力矩
要使直升机能实现运动控制，须有力和力矩作 用于直升机。
作用在直升机上的力和力矩通过油门变距杆、 驾驶操纵杆（纵、横向周期变距）和尾桨脚蹬 操纵来改变旋翼总空气动力的大小和方向，尾 桨拉力的大小。
若未考虑旋翼下洗引起的附加力矩，作用在直升机上的力和力矩有：
3.速度轴系与地轴系之间的关系
航迹倾斜角（爬升角），Vk在X0上为正，下为负 航迹偏转角， Vk在X0左边为正，右边为负
三、坐标系间相互关系（方向余弦）
地轴系到体轴系转换
X 1 0 0cossin0cos0sinX 0 Y 0cos sin sincos0 0 1 0 Y 0 Z 0sincos 0 0 1 sin0cos Z 0
二、运动方程组：
动力学方程：
F
d (mv) dt
M
dH dt
➢线运动方程组：
m(ddutqv)rFx
m(dvu dt
rp)Fy
m(ddtvpu)qFz
➢角运动方程组：
Ixd d p t(Iz Iy)q rIx(zp q d d) r t M x
Iyd d t(Ix Iz)r p Ix(zp 2 r2 ) M y Izd d r t(Iy Ix)p q Ix(zd d p tq) r M z
Fx p F y p
Fx js F y js
FxG FyG
Fz M
Fz xy x M
x xy
Fzj Fz p Fz js FzG M xj M x p M x js
M M
y z
M y xy M z xy
M yj M zj
M y p M z p
M y js M z js
❖速度坐标系（风轴系）-OXaYaZa
X
Xa Vk
Ya Y
O
Z Za
❖机体坐标系（体轴系）－OXYZ
D
S
Twj
C
Ys F
lx
❖其它坐标系
Y
旋翼坐标系、尾桨坐标系等
建立作用在旋翼、尾桨等上的气动力与
操纵角的关系。以此坐标计算旋翼上气
动力与力矩，然后转换到机体坐标系下。
（空气动力分析计算用）
左 旋 翼D ：
dt
dZ usi nco s(s in sinco sco ssin)
dt
v(c ocso ssi nsinsin)
六自由度运动方程
三个线运动动力学方程组 三个角运动动力学方程组 三个线运动运动学方程组 三个角运动运动学方程组
运动学方程：
➢角运动方程：
dp(rco sqsin )tg
dt
ddtrcocsoqssin dqcosrsin
dt
➢ 线运动方程：
d L uco c s o s(s in sinco sinco)s
dt
v(c ossinsinsi nco)s
dH usin co cso s vco ssin
适用范围：线位移，线速度转换
xy z
•
0 0
1 0
0
0
cos sin
csoin0s00• 100
1 sin
0 • •
0 coscos sin• T•
0
sincos
cos•
•
适用范围：角速度转换
0
cos sin
0 cos
sinsin cos 0
sin cos
0
10000•
坐标系转换
第二章 直升机基本特征分析
第一节 坐标系与运动参数
一、坐标系
地面坐标系
❖ 地面坐标系（地轴系）－OX0Y0Z0(北-东-地)
注：该图为国内老坐标体系图
第一节 坐标系与运动参数
一、坐标系
❖ 地面坐标系（地轴系）－OX0Y0Z0(北-东-地)
ZE
航迹
Vd
习惯符号
O
H
0 L
r
y
YE
ZE
XE
注：该图为国内老坐标体系图
o
水平 面
u,
p,
L
Y
Y
v,q,M
YE (东)
w, r, N
Z Z
ZE (地)
X
XE (北)
X
平面解释
➢ 纯偏航
X
X0
x0
x
ZZ0cosX0sin XX0cosZ0sin
(z0 x0)
Z
z
X cos Zsin
sinX0 cosZ0
z0
Z0
X cos 0 sinX0
Y 0 1
0
Y0
Z sin 0 cos Z0
C
右旋 翼 ：
右lZ手定则
二、运动参数
运动参数反应各坐标系之间的关系
1.体轴系与地轴系之间的关系
偏航角（右偏航为正，右手） 俯仰角（抬头为正，右手）
滚转角 (右滚为正，右手)
、、统称为姿态角
2.速度坐标系与体轴系之间的关系
X
Ya Y
Xa Vk
O
Z
Za
迎角（机身迎角），侧滑角 规定：在对称面右边为正（右手判断）
D
s
lZ lwj
Twj
TF
侧向
D
Ss
s
Tw j
lY
o
G cos sin Y
G cos cos
G
第四节 直升机运动方程描述
一、运动基本假设：
1. 直升机不仅是刚体，而且质量一定 2. 地球为惯性坐标系 3. 忽略地平面曲率，即视平面 4. 重力加速度不随飞行高度变化 5. 机体坐标系XOZ平面为对称平面，且不仅外形对 称，内部质量分布也对称。即惯性积: Izy Ixy0
角运动：反映直升机机体绕重心转动的姿态运动控制 俯仰运动 （绕Y轴向） 滚转运动 （绕X轴向） 偏航运动 （绕Z轴向）
第二节 运动自由度与操纵控制机构
二、操纵控制机构 只有操纵控制机构正确动作，才能实现预定飞行 任务所必须的运动控制。
以单旋翼直升机的操纵控制机构为例： 旋翼纵向周期变距操纵e（纵向驾驶杆位移de） 旋翼横向周期变距操纵a（横向驾驶杆位移da） 旋翼总距操纵c（总距杆位移dc） 尾桨桨距操纵r（脚蹬位移dr）
旋翼力和力矩： 尾桨力和力矩： 平尾力和力矩： 机身力和力矩：
F xy M xy
Fj M j F p M p F js M js
重力在体轴上分量：FG
D
YS
T
纵向
F
S
lZ
水平
Hs lX
G cos sin
G cos cos
G
Z
D S
yPW
Fx
F
y
Fx xy F y xy
Fxj Fyj
➢纯俯仰
Y
Y0
y0
y
XX0cosY0sin
(x0 y0)
YY0cosX0sin
X x
Y Xcsoins
sinX0 cosY0
x0
X0
X cos sin 0X0
Y sin
cos
0Y0
z 0
0 1Z0
第二节 运动自由度与操纵控制机构
一、运动自由度 线运动：反映直升机重心的轨迹运动控制
前后运动 （沿X轴向） 升降运动 （沿Z轴向） 左右侧向运动 （沿Y轴向）
四个控制输入量控制直升机六自由度运动
第三节 作用在直升机上的力和力矩
要使直升机能实现运动控制，须有力和力矩作 用于直升机。
作用在直升机上的力和力矩通过油门变距杆、 驾驶操纵杆（纵、横向周期变距）和尾桨脚蹬 操纵来改变旋翼总空气动力的大小和方向，尾 桨拉力的大小。
若未考虑旋翼下洗引起的附加力矩，作用在直升机上的力和力矩有：
3.速度轴系与地轴系之间的关系
航迹倾斜角（爬升角），Vk在X0上为正，下为负 航迹偏转角， Vk在X0左边为正，右边为负
三、坐标系间相互关系（方向余弦）
地轴系到体轴系转换
X 1 0 0cossin0cos0sinX 0 Y 0cos sin sincos0 0 1 0 Y 0 Z 0sincos 0 0 1 sin0cos Z 0
二、运动方程组：
动力学方程：
F
d (mv) dt
M
dH dt
➢线运动方程组：
m(ddutqv)rFx
m(dvu dt
rp)Fy
m(ddtvpu)qFz
➢角运动方程组：
Ixd d p t(Iz Iy)q rIx(zp q d d) r t M x
Iyd d t(Ix Iz)r p Ix(zp 2 r2 ) M y Izd d r t(Iy Ix)p q Ix(zd d p tq) r M z
Fx p F y p
Fx js F y js
FxG FyG
Fz M
Fz xy x M
x xy
Fzj Fz p Fz js FzG M xj M x p M x js
M M
y z
M y xy M z xy
M yj M zj
M y p M z p
M y js M z js
❖速度坐标系（风轴系）-OXaYaZa
X
Xa Vk
Ya Y
O
Z Za
❖机体坐标系（体轴系）－OXYZ
D
S
Twj
C
Ys F
lx
❖其它坐标系
Y
旋翼坐标系、尾桨坐标系等
建立作用在旋翼、尾桨等上的气动力与
操纵角的关系。以此坐标计算旋翼上气
动力与力矩，然后转换到机体坐标系下。
（空气动力分析计算用）
左 旋 翼D ：
dt
dZ usi nco s(s in sinco sco ssin)
dt
v(c ocso ssi nsinsin)
六自由度运动方程
三个线运动动力学方程组 三个角运动动力学方程组 三个线运动运动学方程组 三个角运动运动学方程组
运动学方程：
➢角运动方程：
dp(rco sqsin )tg
dt
ddtrcocsoqssin dqcosrsin
dt
➢ 线运动方程：
d L uco c s o s(s in sinco sinco)s
dt
v(c ossinsinsi nco)s
dH usin co cso s vco ssin
适用范围：线位移，线速度转换
xy z
•
0 0
1 0
0
0
cos sin
csoin0s00• 100
1 sin
0 • •
0 coscos sin• T•
0
sincos
cos•
•
适用范围：角速度转换
0
cos sin
0 cos
sinsin cos 0
sin cos
0
10000•
坐标系转换
第二章 直升机基本特征分析
第一节 坐标系与运动参数
一、坐标系
地面坐标系
❖ 地面坐标系（地轴系）－OX0Y0Z0(北-东-地)
注：该图为国内老坐标体系图
第一节 坐标系与运动参数
一、坐标系
❖ 地面坐标系（地轴系）－OX0Y0Z0(北-东-地)
ZE
航迹
Vd
习惯符号
O
H
0 L
r
y
YE
ZE
XE
注：该图为国内老坐标体系图
o
水平 面
u,
p,
L
Y
Y
v,q,M
YE (东)
w, r, N
Z Z
ZE (地)
X
XE (北)
X
平面解释
➢ 纯偏航
X
X0
x0
x
ZZ0cosX0sin XX0cosZ0sin
(z0 x0)
Z
z
X cos Zsin
sinX0 cosZ0
z0
Z0
X cos 0 sinX0
Y 0 1
0
Y0
Z sin 0 cos Z0