第二章演示文稿

1、第二章第二章 彈彈（箭）飛行原理（箭）飛行原理對導(dǎo)彈、航天運(yùn)載器進(jìn)行飛行控制，對導(dǎo)彈、航天運(yùn)載器進(jìn)行飛行控制，必須了解和研究飛行器的飛行特性必須了解和研究飛行器的飛行特性。彈（箭）運(yùn)動彈（箭）運(yùn)動在瞬間在瞬間可看成可看成剛體剛體。運(yùn)動剛體的特性運(yùn)動剛體的特性-任何一個自由任何一個自由剛體在空間的任意運(yùn)動，都把它看成剛剛體在空間的任意運(yùn)動，都把它看成剛體的質(zhì)心運(yùn)動和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的運(yùn)動的合體的質(zhì)心運(yùn)動和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的運(yùn)動的合成。成。從控制系統(tǒng)角度研究彈（箭）飛行特從控制系統(tǒng)角度研究彈（箭）飛行特性的范圍及目的：性的范圍及目的：1）研究分析飛行器質(zhì)心運(yùn)動特性，）研究分析飛行器質(zhì)心運(yùn)動特性，解決飛行器導(dǎo)航

2、制導(dǎo)問題。解決飛行器導(dǎo)航制導(dǎo)問題。2）研究分析飛行器繞質(zhì)心運(yùn)動特）研究分析飛行器繞質(zhì)心運(yùn)動特性，解決飛行器姿態(tài)控制問題，性，解決飛行器姿態(tài)控制問題，保證飛行器能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。保證飛行器能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。2.1 2.1 坐標(biāo)系及其相互關(guān)系坐標(biāo)系及其相互關(guān)系 2.1.1 2.1.1 彈（箭）常用坐標(biāo)系彈（箭）常用坐標(biāo)系 坐標(biāo)系坐標(biāo)系-是為了描述彈（箭）位置和是為了描述彈（箭）位置和 運(yùn)動規(guī)律而取的參考基準(zhǔn)。運(yùn)動規(guī)律而取的參考基準(zhǔn)。 坐標(biāo)系分類坐標(biāo)系分類-慣性坐標(biāo)系和相對坐標(biāo)慣性坐標(biāo)系和相對坐標(biāo)系。系。慣性坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系:原點(diǎn)在地球上隨地球公轉(zhuǎn)，原點(diǎn)在地球上隨地球公轉(zhuǎn)，坐標(biāo)軸不隨地球自轉(zhuǎn)。坐標(biāo)軸不隨

3、地球自轉(zhuǎn)。相對坐標(biāo)系相對坐標(biāo)系:相對不動坐標(biāo)系有移動或相對不動坐標(biāo)系有移動或轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系。轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系。 坐標(biāo)系的原點(diǎn)取法：坐標(biāo)系的原點(diǎn)取法：地球中心地球中心, ,發(fā)射點(diǎn)發(fā)射點(diǎn), , 飛行器質(zhì)心飛行器質(zhì)心. .eoeo0 1地心赤道坐標(biāo)系地心赤道坐標(biāo)系a.本初地心赤道坐標(biāo)系本初地心赤道坐標(biāo)系eeeeZYXOb.發(fā)射點(diǎn)地心赤道坐標(biāo)系發(fā)射點(diǎn)地心赤道坐標(biāo)系（再看上圖）（再看上圖） oooeZYXOgggZCYCX 2發(fā)射點(diǎn)重力坐標(biāo)系發(fā)射點(diǎn)重力坐標(biāo)系gggZYCXA：發(fā)射方位角：發(fā)射方位角B：發(fā)射點(diǎn)：發(fā)射點(diǎn)地理緯度地理緯度3發(fā)射點(diǎn)（橢球）法線坐標(biāo)系發(fā)射點(diǎn)（橢球）法線坐標(biāo)系（再看上圖）（再看上圖）：發(fā)射

4、方位角，與：發(fā)射方位角，與A相差很小。相差很小。：發(fā)射點(diǎn)：發(fā)射點(diǎn)大地緯度大地緯度。gngngnZYCX0A0BA：發(fā)射方位角；：發(fā)射方位角；c ：發(fā)射點(diǎn)地心緯：發(fā)射點(diǎn)地心緯度度4。發(fā)射點(diǎn)地心坐標(biāo)系。發(fā)射點(diǎn)地心坐標(biāo)系zzzZYCX5春分點(diǎn)地心慣性坐標(biāo)系春分點(diǎn)地心慣性坐標(biāo)系ennnO X Y Z6發(fā)射點(diǎn)地心赤道慣性坐標(biāo)系發(fā)射點(diǎn)地心赤道慣性坐標(biāo)系將坐標(biāo)系將坐標(biāo)系固化在慣性空間所成。固化在慣性空間所成。7發(fā)射慣性坐標(biāo)系發(fā)射慣性坐標(biāo)系將坐標(biāo)系將坐標(biāo)系固化在慣性空間所成。固化在慣性空間所成。通常稱為通常稱為慣性坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系。8發(fā)射點(diǎn)地心慣性坐標(biāo)系發(fā)射點(diǎn)地心慣性坐標(biāo)系將坐標(biāo)系將坐標(biāo)系固化在慣性空間所成。

5、固化在慣性空間所成。oooeZYXOgggZYCXrrreZYXOzzzZYCXcxyzCXYZ9飛行器坐標(biāo)系（或本體坐標(biāo)系）飛行器坐標(biāo)系（或本體坐標(biāo)系）1111zyxO1111zyxO到到c c距離較飛行高度小多，可視兩點(diǎn)重合。距離較飛行高度小多，可視兩點(diǎn)重合。1O10速度坐標(biāo)系速度坐標(biāo)系a.慣性速度坐標(biāo)系慣性速度坐標(biāo)系cccZYXO1速度速度v為飛行器相對靜止不動氣流的速度。為飛行器相對靜止不動氣流的速度。:攻角；攻角；:側(cè)滑角。側(cè)滑角。 b.氣流速度坐標(biāo)系氣流速度坐標(biāo)系有風(fēng)時，大氣相對運(yùn)動，飛行器相對有風(fēng)時，大氣相對運(yùn)動，飛行器相對氣流的速度氣流的速度，存在附加攻角，存在附加攻角，附加，

6、附加側(cè)滑角側(cè)滑角。圖見書圖見書P312-7vw w cccZYXO111平臺慣性測量坐標(biāo)系平臺慣性測量坐標(biāo)系ppppzyxO2.1.2 2.1.2 飛行姿態(tài)的表示飛行姿態(tài)的表示 1.1.飛行器姿態(tài)的描述飛行器姿態(tài)的描述 空間飛行器的姿態(tài)是飛行器繞質(zhì)心作旋空間飛行器的姿態(tài)是飛行器繞質(zhì)心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的參量。轉(zhuǎn)運(yùn)動的參量。 飛行器的姿態(tài)是用本體坐標(biāo)系相對某一飛行器的姿態(tài)是用本體坐標(biāo)系相對某一慣性坐標(biāo)系的空間角位移描述，用三個姿態(tài)慣性坐標(biāo)系的空間角位移描述，用三個姿態(tài)角（或稱歐拉角）角（或稱歐拉角） 表示表示。 ,（參見姿態(tài)補(bǔ)充材料）（參見姿態(tài)補(bǔ)充材料） 俯仰角俯仰角 -飛行器的縱軸飛行器的縱軸 在平面

7、在平面 上的投影與上的投影與 軸的夾角。軸的夾角。 偏航角偏航角 -飛行器的縱軸飛行器的縱軸 與與 的夾的夾 角。角。 滾動角滾動角 -飛行器的橫軸飛行器的橫軸 與與 、 兩兩 軸構(gòu)成平面之間的夾角。軸構(gòu)成平面之間的夾角。 11xOyxO1 xO111xOyxO1 11zOzO111xO2.2.飛行器旋轉(zhuǎn)的描述飛行器旋轉(zhuǎn)的描述 飛行器在空間姿態(tài)變化，即繞質(zhì)心產(chǎn)生飛行器在空間姿態(tài)變化，即繞質(zhì)心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角速度為旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角速度為Tzyx,zyx,是在體軸坐標(biāo)系上的分量，它們是在體軸坐標(biāo)系上的分量，它們與姿態(tài)角變化率矢量與姿態(tài)角變化率矢量 有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：, , ,xyz 3.3.飛行

8、器方向的描述飛行器方向的描述 飛行器方向是指速度矢量在慣性空間的飛行器方向是指速度矢量在慣性空間的指向。在無風(fēng)時，由彈道傾角指向。在無風(fēng)時，由彈道傾角 和航向角和航向角 確定。確定。 彈道傾角彈道傾角 - -是速度矢量是速度矢量v在在 平面上投影平面上投影 與與ox 軸的夾角。相對軸的夾角。相對ox 軸逆軸逆 時針轉(zhuǎn)為負(fù)，反之為正。時針轉(zhuǎn)為負(fù)，反之為正。航向角航向角 - -是速度矢量是速度矢量v與與平面的夾平面的夾角。逆時針轉(zhuǎn)為負(fù)，反之為正。角。逆時針轉(zhuǎn)為負(fù)，反之為正。yxO1yxO1 2.1.3 2.1.3 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換 在坐標(biāo)變換過程中，將原點(diǎn)不重合的坐標(biāo)在坐標(biāo)變換過程中，將原點(diǎn)不重合

9、的坐標(biāo)系平移，使其原點(diǎn)重合，只進(jìn)行角度的變換。系平移，使其原點(diǎn)重合，只進(jìn)行角度的變換。也就是利用歐拉角進(jìn)行坐標(biāo)之間的變換。也就是利用歐拉角進(jìn)行坐標(biāo)之間的變換。 值得注意的是，兩個坐標(biāo)系之間的任意變值得注意的是，兩個坐標(biāo)系之間的任意變換，并不局限于幾次旋轉(zhuǎn)。換，并不局限于幾次旋轉(zhuǎn)。 例：速度坐標(biāo)系與本體坐標(biāo)系之間的變換例：速度坐標(biāo)系與本體坐標(biāo)系之間的變換 （無風(fēng)）。（無風(fēng)）。 從速度坐標(biāo)系從速度坐標(biāo)系-本體坐標(biāo)系，只經(jīng)過兩本體坐標(biāo)系，只經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)就可確定。次旋轉(zhuǎn)就可確定。 1 1）先以）先以 角速率繞角速率繞 軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 角，軸角，軸 、 分別轉(zhuǎn)到分別轉(zhuǎn)到 、 ，形成坐系，形成坐系 ，兩坐標(biāo)系之間的關(guān)系為：，兩坐標(biāo)系之間的關(guān)系為： 2 2）再以）再以 角速率繞角速率繞 軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 角，軸角，軸 、 分別轉(zhuǎn)到分別轉(zhuǎn)到 、 ，即形成坐，