直升机飞行控制第2章

1 第二章 直升机飞行动力学 2.1 坐标系及运动参量 与固定翼飞机相似，直升机在空中作6 个自由度运动，即作为质点的三个线运动：升降运动，前飞与后退运动及左右侧向运动；以及作为刚体的角运动：俯仰运动，偏航运动及滚转运动。为描述直升机自身运动需建立机体坐标系及速度坐标系，为建立直升机相对于地面的运动几何，需建立地面坐标系。 2.1.1 坐标系 1．机体坐标系 机体坐标系（OXYZ ）与机体固连，如图 2－1 所示，原点O 为飞机重心，纵轴OX 在直升机对称平面内，通过重心，与机身纵轴一致，沿机头方向为正，立轴OZ 通过重心，在机身对称平面内与桨毂轴平行，向下为正，横轴OY 通过重心O 与XOZ 平面垂直。若左旋直升机，按左手定则，指向左为正，若右旋直升机则按右手定则，指向右为正。图 2－1 为右旋直升机的机体轴系。 XwZZYpu,水平面, rv,qEZEXXYEYo(北)(地)(东),M,N,L 图 2 -1 机体坐标系及与地面坐标系之间关系 2．速度坐标轴系 速度坐标系（aaaOX Y Z ）描述直升机空速相对于机体轴的关系，如图 2－2 所示，原点O 设在飞机重心，aOX 轴与空速向量kV 一致，前飞为正。aOZ 在直升机对称平面内，垂直于aOX 轴，向下为正，aOY 垂直于aaX OZ 平面,直升机右旋时向右为正。由速度坐标系可建立飞机的迎角 与侧滑角 。机身迎角 为kV 在机身对称平面 XOZ 的投影与OX 夹角，侧滑角 为kV 与对称平面 XOZ 的夹角,kV 在X 轴右边时侧滑角 为正。 2 XkVaXYaZaYOZ 图2-2 速度坐标系 3．地面坐标系 地面坐标系（EEEOX Y Z ）相对于地球表面不动，如图2-3 所示，原点O 设在地面上某点（可设在起飞点），纵轴EOX应指北，或指向应飞航向，立轴EOZ 垂直向下为正，EOY 轴与EEOX Y 平面垂直，指向由右手定则决定。 由图可知,地面坐标系可建立直升机相对于地面飞行的航迹倾斜角 及航迹偏转角  。航迹角 是指直升机的地速dV 与地平面夹角，向上为正。航迹偏转角  是地速dV 在地平面内投影与给定飞行航线EOX之间的夹角，右偏航为正。在地面坐标系中可描述直升机重心O在空中的坐标位置：高度( )H t ，EX 方向的飞行距离 ( )L t ,以及EY 方向飞行偏航距 ( )Y t 。 由图2-1 可知，机体轴坐标系与地面坐标系的关系可由三个欧拉角, ,   来表示。首先绕EOZ 轴转过一个偏航角 ，右偏航为正，构成EOX Y Z...