2. Летательный аппарат как объект регулирования

2.I. Основные аэродинамические схемы летательных аппаратов

Различают следующие аэродинамические схемы летательных аппаратов: 

- нормальная самолетная схема. 

- схема с передним расположением управляющих поверхностей (типа “утка”). 

- бескрылая схема. 

- вертолетная схема. 

За исключением вертолетной схемы все перечисленные летательные аппараты имеют качественно одинаковый динамические характеристики, поэтому при изучении их динамических свойств исходят из некоторой общей схемы, в качестве которой рассматривают нормальную самолетную схему. 

Для вертолетной схемы уравнения движения будут получены отдельно. 

2.2 Система координат, в которых описывается движение летательного аппарата

Для описания движения летательного аппарата обычно используется четыре система координат. 

I.Неподвижная система координат OX_gY_gZ_g. Эта система координат жестко связана с Землей, причем плоскость OX_gZ_g – горизонтальна, а ось OX_g направляется на север или совпадает с направлением полета.

II.Связанная система координат OX,Y,Z, (рис.2.I.). В этой системе координат, жестко связанной с летательным аппаратом, оси OX, и OY, лежат в его плоскости симметрии, а ось OZ, перпендикулярна им

Рис.2.I.

и направлена вправо. Ось OX₁ направляет по продольной оси аппарата, а ось OY₁ перпендикулярно ей вверх. Начало координат системы располагается в центре масс летательного аппарата.

III.Полу связанная система координат OX₂Y₂Z₂. Эта система координат отличается от связанной тем, что ось OX₂ направлена по проекции вектора скорости летательного аппарата на его плоскость симметрии (рис.2.I.). Угол между проекцией вектора скорости на плоскость симметрии и продольной осью летательного аппарата называют углом атаки . Таким образом, полу связанная система координат получается путем поворота связанной относительно оси OZ₁ на угол скольжения .

IV.Поточная (скоростная) система координат OXYZ. В поточной системе координат ось OX направляется по вектору скорости . Угол между вектором скорости и плоскостью симметрии летательного аппарата называют углом скольжения . Поэтому поточная система координат образуется при повороте полу связанной системы на угол скольжения .

Ориентация летательного аппарата относительно Земли определяется тремя углами между связанной OX₁Y₁Z₁ и неподвижной OX_gY_gZ_g системами координат (рис.2.2):

-углом рыскания - между проекцией продольной оси летательного аппарата на горизонтальную плоскость и осью.

Рис.2.2

- углом тангажа - между продольной осью X₁ летательного аппарата и плоскостью горизонта.

- углом крена - между поперечной осью OZ₁ и плоскостью OX_gZ_g.

Хотя углы рыскания, тангажа, крена, атаки, и скольжения полностью характеризуют взаимное расположение осей координатных систем, для удобства вводят обозначения еще для двух углов, непосредственно связывающих скоростную и неподвижную системы координат. Первый из них – угол наклона траектории - угол, составленный вектором скорости и плоскостью горизонта. Второй – угол поворота траектории или путевой угол . Это угол, составленный проекцией вектора скорости на горизонтальную плоскость и осью OX_g. Имеют место очевидные отношения

и

Движение самолета, связанное с наименованием углов и , называют продольными, а с изменением углов и - боковым. Оба движения составляют полную картину поведения летательного аппарата в полете.