Систе́мы координа́т лета́тельного аппара́та, правые прямоугольные системы координат, используемые при решении задач динамики полёта, а также для описания геометрических характеристик самолётов.

Основными системами координат, используемыми в динамике полёта, являются системы координат, в которых описывается движение летательного аппарата в какой-либо точке пространства без учёта перемещений по траектории, т. е. подвижные, движущиеся с летательным аппаратом системы координат. Начала всех таких систем координат располагаются в характерной точке летательного аппарата, как правило, в центре масс. К числу подвижных систем координат относятся: связанная, скоростная, полусвязанная, связанная с пространственным углом атаки.

Для определения ориентации летательного аппарата в пространстве используются также подвижные системы координат, направления осей которых совпадают с направлением осей систем координат, связанных с Землёй или траекторией движения летательного аппарата. Наиболее широко при этом используются нормальная и траекторная системы координат.

Следует иметь в виду, что при переходе из одной системы координат в другую изменяются коэффициенты в уравнениях движения и другие соотношения. Перевод величин при этом осуществляется с помощью матриц преобразования.

За рубежом широко распространены системы координат (XYZ) с иными направлениями осей. Например, оси OX и X совпадают, ось Y направлена по оси OZ, а ось Z направлена в направлении, противоположном оси OY. Это необходимо учитывать при работе с иностранной литературой, т. к. могут меняться значения и знаки в формулах и уравнениях.

Связанная система координат

Связанная система координат (OXYZ) – подвижная система координат, ось OX которой расположена в плоскости симметрии летательного аппарата или параллельно ей, если начало координат O помещено вне плоскости симметрии, и направлена вперёд от хвостовой к носовой части летательного аппарата. Ось OX называют продольной осью летательного аппарата. Направление её может быть различным: по оси фюзеляжа, по главным осям инерции летательного аппарата (выбор оси OX должен указываться). Ось OY расположена в той же плоскости, что и ось OX, и направлена к верхней части летательного аппарата. Её называют нормальной (вертикальной) осью летательного аппарата. Ось OZ – поперечная ось – направлена к правой части летательного аппарата, если смотреть вперёд по оси OX.

Связанная система координат наиболее часто употребляется для описания движения летательного аппарата в лётных испытаниях и в других исследованиях, где необходимо использовать данные измерительной аппаратуры или сигналы датчиков летательного аппарата, получаемых в связанной системе координат.

Скоростная система координат

Скоростная система координат (OX_aY_aZ_a) – подвижная система координат, ось OX_а которой совпадает с направлением скорости летательного аппарата и называется скоростной осью. Ось OY_a – ось подъёмной силы – лежит в той же плоскости, что и ось OY связанной системы координат, и также направлена вверх. Ось OZ_a – боковая ось – дополняет систему до правой так же, как и поперечная ось связанной системы координат.

Скоростную систему координат обычно используют при обработке экспериментальных результатов, полученных в аэродинамических трубах.

Полусвязанная система координат

Полусвязанная система координат (OX_eY_eZ_e) – подвижная система координат, ось OX_e которой совпадает с проекцией скорости летательного аппарата на плоскость симметрии, ось OY_e – с осью подъёмной силы, а ось OZ_e – с поперечной осью.

Эта система координат широко используется при работе с экспериментально полученными аэродинамическими коэффициентами. Выбор этой системы координат в бо́льшей степени обусловлен особенностями измерения сил и моментов с помощью аэродинамических весов, устанавливаемых в аэродинамических трубах. Поэтому эту систему координат называют иногда экспериментальной (отсюда индекс «e» – от англ. experimental).

Взаимное положение связанной, скоростной и полусвязанной систем координат определяется углом атаки и углом скольжения (рис. 1).Рис. 1. Взаимное положение связанной, скоростной и полусвязанной систем координат.Рис. 1. Взаимное положение связанной, скоростной и полусвязанной систем координат.

Связанная с пространственным углом атаки система координат

Связанная с пространственным углом атаки система координат (OX_пY_пZ_п) – подвижная система координат, ось X_п которой совпадает с продольной осью OX. Ось OY_п располагается в плоскости, содержащей продольную ось и вектор скорости летательного аппарата, а её направление противоположно проекции V на плоскость перпендикулярную продольной оси. Ось OZ_п дополняет систему до правой.

Нормальная система координат

Нормальная система координат (OX_gY_gZ_g) – подвижная система координат, ось OY_g которой направлена вверх по местной вертикали, совпадающей с направлением силы тяжести в рассматриваемой точке. Выбор осей OX_g и OZ_g в различных задачах может осуществляться по-разному.

Взаимное положение связанной системы координат и нормальной системы координат определяется углами рыскания, тангажа и крена (рис. 2).

Рис. 2. Углы между осями связанной и нормальной систем координат.Рис. 2. Углы между осями связанной и нормальной систем координат.

Траекторная система координат

Траекторная система координат (OX_кY_кZ_к) – подвижная система координат, ось OX_к которой совпадает с направлением земной скорости V_к, ось OY_к лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось OX_к, и направлена обычно вверх. Для описания движения летательного аппарата по траектории используются также земные системы координат.

Инерциальная система координат

Инерциальная система координат (O_иX_иY_иZ_и) – система координат, начало O_и которой помещается в некоторой точке пространства либо перемещается с постоянной скоростью, а направление осей относительно звёзд неизменно.

Земная система координат

Земная система координат (O₀X₀Y₀Z₀) – система координат, начало и оси которой фиксированы по отношению к Земле и выбираются в соответствии с задачей. У нормальной земной системы координат (O₀X_gY_gZ_g) ось O₀Y_g направлена вверх по местной вертикали, совпадающей с направлением силы тяжести в данной точке.

Стартовая система координат

Стартовая система координат (O₀X_сY_сZ_с) – система координат, начало O₀ которой совпадает с характерной точкой (обычно центром масс) летательного аппарата в начальный момент движения, а направления соответствующих осей выбираются так же, как у нормальной земной системы координат.

Базовая система координат

Базовая система координат O_RX_RY_RZ_R используется для описания геометрических характеристик летательного аппарата. В этой системе координат базовая плоскость O_RX_RY_R – плоскость симметрии летательного аппарата, базовая точка O_R выбирается на базовой плоскости, как правило, в центре масс, базовая ось O_RX_R лежит в базовой плоскости и направлена вперёд, ось O_RY_R направлена к верхней части летательного аппарата, а ось O_RZ_R вправо, дополняя систему.

Рассматриваются также базовые системы координат элементов летательного аппарата (фюзеляжа, крыла и др.). Обычно базовая система координат фюзеляжа совпадает с базовой системой координат самолёта. В базовой системе координат крыла, как правило, за базовую плоскость принимают плоскость, содержащую центральную хорду крыла и перпендикулярную базовой плоскости самолёта.