飞机坐标系定义(修改版)

1绪1飞机坐标系定义引言为了描述飞机的运动状态，必须选择适当的坐标系。例如，飞机相对于地面的位置，就必须采用地面坐标系；飞机的转动用机体坐标系表示；飞机的轨迹运动可采用速度坐标系表示。在后面的章节中，还将涉及到几种坐标系相互间的转换。首先介绍几种国家标准坐标系。下面定义的坐标轴系均为三维正交轴系，且遵守右手法则。X轴指向前，Y轴指向右，Z轴指向下。1、地面惯性坐标系ggggZYXO它是相对于地球表面不动的一种坐标系，原点取自地面上的某一点（如飞机在地面上的起飞点，或进入空战时的初始位置），gX轴位于水平面内，指向某一固定方向（如飞机的航线，或空战开始时截击机到目标的视线方向等），gZ轴垂直于地平面向下，gY轴则由右手定则来确定。2、机体坐标系OXYZ这是固定在飞机机体上的一个坐标系，原点取在飞机的重心，X轴与飞机纵轴一致，指向飞机前方。Y轴垂直于飞机对称面并指向右方。Z轴在飞机对称面内并且垂直于纵轴，指向下方。3、气流坐标系（速度坐标系）aaaZYOX原点固联在飞机的重心上，aX轴指向飞机相对于空气的速度矢量的方向，aZ轴位于飞机对称面内，且垂直于aX轴，指向下方。aY轴垂直与aX和aZ轴指向右方。由于飞机速度方向与气流坐标系aX轴方向相同，所以，气流坐标系又称为速度坐标系，又叫做速度轴系。4、飞机的气动角机体坐标系与气流坐标系之间的角度就是飞机运动的气动角，即迎角和侧2滑角，见图1－1。迎角：飞机速度向量V在飞机对称面上的投影与机体轴OX的夹角，以V的投影在机体轴OX之下为正。侧滑角：飞机速度向量V与飞机对称面的夹角，以V处于对称面之右为正。XaXYZO图1－1机体轴系与气流轴系的夹角5．飞机的姿态角机体坐标系与地面惯性坐标系之间的夹角就是飞机的姿态角，又称欧拉角：俯仰角：机体轴OX与地平面（水平面gggYXO）之间的夹角，飞机抬头为正。偏航角（方位角）：机体轴OX在水平面gggYXO上的投影与地轴ggXO之间的夹角，以机头右偏为正。滚转角（倾斜角）：飞机对称面绕机体轴X转过的角度，右滚为正。gOgYgZgXOXYZ3图1－2机体坐标系与地面坐标系的夹角6.飞机的航迹角气流坐标系与地面惯性坐标系之间的夹角即为飞机的航迹角，其定义如下：航迹倾斜角飞行速度矢量与地平面间的夹角，以飞机向上飞时为正；航迹方位角飞行速度矢量在地平面上的投影与ggXO间的夹角，以速度在地平面的投影在ggXO之右时为正；航迹滚转角速度轴aOZ与包含速度轴aOX的铅垂面间的夹角，以飞机右倾斜为正。VaXgYgZaZaYgXOgO图1－3气流坐标系与地面惯性坐标系目标视线坐标系（瞄准线坐标系）lllZYOX原点取为飞机重心，lX轴与飞机至目标的视线重合，并指向目标。lZ轴在铅垂平面内并垂直于lX轴指向下。lY轴由右手定则确定。视线轴系与地面惯性坐标系之间的角度有两个。视线俯仰角,它是视线与水平面gggYXO之间的夹角，视线向下为正。视线方位角，它是视线在水平面上的投影与dOX轴之间的夹角，以视线右偏为正。两坐标系之间角度关系见下图。4OgXlXgZlZgYlY图1－4视线坐标系与地面坐标系之间的夹角小结综上所述，这四种坐标系之间的角度及线坐标转换关系正如图1－5所示。气流坐标系aaaZYOX地面惯性坐标系ggggZYXO机体坐标系OXYZ视线坐标系lllZYOX航迹角,气动角,欧拉角,,视线角,图1－5各坐标系之间的相互关系5绪2飞机的操纵结构飞机的运动用升降舵（elevator）、方向舵（rudder）、副翼（aileron）及油门来控制。升降舵偏转角e，规定升降舵后缘下偏为正。e的正向偏转产生的俯仰力矩M为负值，即低头力矩。方向舵偏转角r，规定方向舵后缘向左偏转为正。r正向偏转产生的偏航力矩N为负值。副翼偏转角a，规定右副翼后缘下偏（左副翼随同上偏）为正。a正向偏转产生的滚转力矩L为负值。