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飞机的各种运动规律和飞机质心的动力学方程

时间:2023-05-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在惯性坐标系中,用3 个描述质心移动的动力学方程和3 个描述绕质心转动的动力学方程,就可以完全确定在一定外力和外力矩作用下飞机的各种运动规律。

飞机的各种运动规律和飞机质心的动力学方程

作为理想刚体的飞机有6 个自由度。在惯性坐标系中,用3 个描述质心移动的动力学方程(即力方程)和3 个描述绕质心转动的动力学方程(即力矩方程),就可以完全确定在一定外力和外力矩作用下飞机的各种运动规律。

1.飞机质心的动力学方程

由力学原理,飞机质心的移动描述如下:

式中,m 为飞机质量;∑F 为作用在飞机上的合外力向量;a 为加速度向量,则

式中,u、v、w 为飞行速度在机体坐标系中的分量;为飞行加速度在机体坐标系中的分量;p、q、r 为飞机角速度在机体坐标系中的分量。

把式(3-1)代入式(3-2),再将其投影到机体坐标轴的3 个方向上去,则力方程可变为

式中,∑X、∑Y、∑Z 分别为∑F 在机体轴上的投影。

2.绕飞机质心转动的动力学方程

根据力学原理,飞机绕质心的转动方程为(www.zuozong.com)

式中,H 为绕飞机质心的动量矩,M 为合外力矩,而

把式(3-5)代入式(3-4),并把它投影到机体轴上,即可得

式中,Hx、Hy、Hz为飞机的动量矩在机体坐标系3 个方向上的分量;L、M、N为作用在飞机上的合外力矩在机体坐标系3 个方向上的分量。

其中,转动惯量Ix、Iy、Iz与惯性积Ixy、Iyz、Izx计算如下:

把式(3-7)代入式(3-6),整理后得到

因为Oxbzb平面(纵向对称面)是质量对称面,即yb轴为惯性主轴,根据惯性主轴的惯性积为0,有

把式(3-11)代入式(3-10),整理后得到

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