С чего начать вывод продольных уравнений движения самолета?

Я надеюсь, что это подходящее место для меня, чтобы задать математический вопрос о конструкции самолета.

Я пытаюсь понять, как реализовать контроллер для управления углом тангажа самолета для небольшого упражнения. Я понимаю контрольную часть и ее реализацию. Чего я не понимаю, так это того, как можно получить продольные уравнения движения (которые затем используются для контрольной части), которые служат отправной точкой. Что является отправной точкой или какие принципы используются для вывода этих уравнений? Если я знаю, как вывести эти уравнения для очень простого случая, то я знаю, что мне нужно линеаризовать уравнения, а затем применить к ним теорию управления.

Например, как соотносятся левая и правая части уравнения. 4.70 из стр. 164 следующей книги книга выведена?

Буду признателен за простое объяснение приведенного выше случая.

Редактировать:

  1. Я прилагаю два снимка экрана двух наборов уравнений из двух источников. Ссылки на книги приведены ниже. Оба источника утверждают, что это продольные уравнения движения, хотя их общая форма отличается друг от друга.
  2. Кажется, я понял один момент: эти уравнения были выведены с учетом поступательного движения в плоскостях x и z и вращения вокруг оси y (так сказано в первой книге). После этого я не понимаю процедуры.

1-й набор уравнений из книги 1: введите описание изображения здесьвторой набор уравнений из источника 2:введите описание изображения здесь

книга 1: стр. 164 Морриса, Введение в механику полета самолета: характеристики, статическая устойчивость.

источник 2: стр. 3 этой онлайн-заметки

Не уверен, но этот документ на сайте НАСА может помочь. По крайней мере, они объясняют свои единицы.
Пожалуйста, включите уравнения в свой вопрос. Я, вероятно, могу помочь вам, но поскольку у меня нет книги, мне не с чего начать.
@ user1420 на ум приходят две вещи: формула продольной устойчивости и первая производная формулы продольной устойчивости, это одна из них?
Похоже, я не могу просмотреть уравнение по ссылке на книгу, которую вы дали. Не могли бы вы предоставить изображение или напечатать его?
Я считаю, что ПИД-регулятор с шагом или вертикальной скоростью в качестве входных данных и смещением / триммером руля высоты в качестве выходных данных с небольшой экспериментальной настройкой достаточно хорош, не нуждаясь в какой-либо модели. Ранние автопилоты были еще более простыми в управлении; IIRC в бомбардировщиках времен Второй мировой войны был какой-то рудиментарный автопилот, который должен был быть простым аналоговым устройством.
@ Ян Худек, я собирался сделать противоположное тому, что вы упомянули: использовать смещение руля высоты в качестве ввода и шаг в качестве вывода. Спасибо за ваше предложение о подходе PID. Поскольку для меня это скорее учебное упражнение, я тоже попробую это.
@Manfred, Насколько я понимаю, это продольное уравнение движения. Пожалуйста, смотрите изображения, которые я добавил.
Пожалуйста, посмотрите изображения уравнений, которые я добавил позже.
могу я предположить, что тег не самый подходящий?
@ user1420 Я работаю над ответом, надеюсь, он будет достаточного уровня. тем временем, если вы оставите свою электронную почту в чате ( chat.stackexchange.com/rooms/12036/the-hangar ), я могу отправить вам несколько слайдов лекций и т. д.
@Manfred, пожалуйста, пришлите мне по электронной почте любые ресурсы, которые у вас есть: achand007 (at) gmail (точка) com
Я не понимаю, почему у этого есть близкое голосование по этому поводу, это совершенно ясно по теме.

Ответы (2)

Примечание: ответ в процессе!

Часть 1 (К сожалению, на данный момент я знаком только с № 1 и № 3, а не с № 2)

(Сноска: это может быть немного проще, чем ваш случай, но, надеюсь, вы сможете заполнить оставшиеся пробелы)

силы

Из этого вы можете увеличить силы в соответствии с направлением скорости или вектора подъемной силы. Делая это по горизонтали, вы получаете уравнение 1, а также для вертикального направления ваше уравнение 3.

Чтобы сделать это проще, мы используем аппроксимацию малого угла. потому что ( 0 ) знак равно 1 и грех ( 0 ) знак равно 0 . Это упрощает до:

В : 0 знак равно Т Д

л : 0 знак равно м грамм л

(т.е. тяга равна сопротивлению, подъемная сила равна весу)


Часть 2:

Это в основном уравнения кинетической диаграммы диаграммы свободного тела выше, где может быть изменение воздушной скорости или высоты. Ваше второе уравнение говорит о том, что избыточная тяга (TD, Thrust-Drag) может:

  • использоваться для увеличения высоты: м × грамм × грех ( у )

и/или

  • использовать для увеличения скорости полета: м × в

Зависит от того, что вы подразумеваете под «вывести уравнения». Если вы действительно имеете в виду, что хотите перейти к этой формулировке, начиная с основ, то начните со старого доброго Ньютона:

Ф знак равно м А

и эквивалент для моментов ( указывает векторы).

На этом этапе вам нужна система отсчета, в которой можно разложить ваши векторные уравнения (фиксированные телом, фиксированные на земле, оси устойчивости: выбор влияет на то, какие термины вы сможете упростить позже) и описание вашей системы: какие силы применяются на самолетах? как я могу описать их как функции состояния самолета?

В этот момент вы подставляете исходное уравнение и продолжаете вычисления.

Вы можете просмотреть эти слайды лекции , чтобы увидеть шаг за шагом, как это можно сделать. Лекции 8 и 9 для общего случая 6DoF и лекция 11 для вашего конкретного вопроса.