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直升机飞行控制第2章

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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...

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