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  1. 1. Content
  2. 2. 苏制坐标系&英制坐标系
    1. 2.1. 苏式坐标系
    2. 2.2. 英制坐标系
    3. 2.3. 常用坐标系之间的联系
      1. 2.3.1. 地面&弹体坐标系
      2. 2.3.2. 地面&弹道坐标系
      3. 2.3.3. 速度&弹体坐标系:
  3. 3. 坐标系变换
    1. 3.1. 旋转矩阵
    2. 3.2. 投影
    3. 3.3. 欧拉角
    4. 3.4. 四元数

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Content

  • 常用坐标系及其变换

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苏制坐标系&英制坐标系

苏式坐标系

苏式坐标系主要有地面坐标系、弹(机)体坐标系、弹道坐标系与速度坐标系。

  • 原点:通常为发射点(发射瞬时飞行器的质心)

  • 轴:通常为原点与目标之间的地球大圆切线,指向目标为正。

  • 轴:垂直于 轴,向上为正。

  • 轴:垂直 平面,按右手坐标系确定正方向

特点:固连于地球表面,随地球一起转动。 近似:研究近程飞行力学问题时,可忽略地球的自转和公转,将地球表面看作平面,认为重力与轴平行,地面坐标系可看作惯性坐标系。

  • 原点 :取在飞行器的质心上。

  • 轴:与飞行器的纵轴重合,指向飞行器的头部为正。

  • 轴:(立轴)位于飞行器的纵向对称面内,垂直于Ox1轴,向上为正。

  • 轴:垂直于 平面,按右手坐标系确定正方向。

与弹体固连,相对于弹体不动,是动坐标。

  • 原点O:取在飞行器的质心上。

  • 轴:与飞行器的速度矢量V重合。

  • 轴:位于包含速度矢量V的铅垂面内,垂直于Ox2轴,向上为正。

  • 轴:垂直于平面,按右手坐标系确定正方向。

特点:与飞行器的速度矢量固连,是动坐标系。 用途:将飞行器质心移动的动力学方程投影到该坐标系上,形式简单,含义清晰。

  • 原点 :取在飞行器的质心上。

  • 轴:与飞行器的速度矢量V重合。

  • 轴:位于飞行器纵向对称面内,垂直于$x_3轴,向上为正。

  • 轴:垂直于 平面,按右手坐标系确定正方向。

特点:与飞行器速度矢量固连,是动坐标系。 用途:用于确定飞行器相对于气流的角度;空气动力沿该坐标系三轴的投影分别定义为阻力、升力和侧向力。

英制坐标系

常用坐标系之间的联系

Remainder:此处采用苏制坐标系定义。

地面&弹体坐标系

  • 俯仰角 Pitch ():飞行器纵轴()与水平面()之间的夹角。飞行器纵轴指向水平面上方则为正,反之为负。

  • 偏航角 Yaw ():飞行器纵轴在水平面的投影与地面坐标系轴之间的夹角。沿轴俯视,若由轴逆时针旋转而成则为正,反之为负。

  • 倾斜角 Roll ():弹体坐标系的轴与包含飞行器纵轴的铅垂面之间的夹角。由飞行器尾部顺纵轴前视,若轴位于铅垂面右侧,则为正。

地面&弹道坐标系

  • 弹道倾角 ():飞行器速度矢量与水平面之间的夹角。速度矢量指向水平面上方,为正,反之为负。

  • 弹道偏角 ():飞行器速度矢量在水平面的投影与地面坐标系轴之间的夹角。沿轴俯视,若轴逆时针旋转而成则为正,反之为负。

速度&弹体坐标系:

  • 攻角 ():飞行器的速度矢量在弹体纵向对称面的投影与Ox1轴之间的夹角。若Ox1轴位于速度投影线的上方,则为正,反之为负。
  • 侧滑角 ():飞行器速度矢量与纵向对称面之间的夹角。沿飞行方向观察,若来流从右侧流向飞行器,则为正,反之为负。

坐标系变换

主要涉及刚体运动相关内容,通过 旋转矩阵、投影、欧拉角、四元数描述。

旋转矩阵

投影

欧拉角

四元数

Create a quaternion array - MATLAB (mathworks.com)