Системы координат летательного аппарата

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 (OX_a Y_a Z_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 (OX_e Y_e Z_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).

Связанная с пространственным углом атаки система координат (OX_п Y_п Z_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 (OX_g Y_g Z_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).

Траекторная система координат (OX_к Y_к Z_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 (O_и X_и Y_и Z_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 (O₀ X₀ Y₀ Z₀ ) – система координат, начало и оси которой фиксированы по отношению к Земле и выбираются в соответствии с задачей. У нормальной земной системы координат (O₀ X_g Y_g Z_g ) ось O₀ Y_g направлена вверх по местной вертикали, совпадающей с направлением силы тяжести в данной точке.

Стартовая система координат (O₀ X_с Y_с Z_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 O_R X_R Y_R Z_R используется для описания геометрических характеристик летательного аппарата. В этой системе координат базовая плоскость O_R X_R Y_R – плоскость симметрии летательного аппарата, базовая точка O_R выбирается на базовой плоскости, как правило, в центре масс, базовая ось O_R X_R лежит в базовой плоскости и направлена вперёд, ось O_R Y_R направлена к верхней части летательного аппарата, а ось O_R Z_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.