При движении воздушного судна (ВС) в каждой точке его поверхности возникают силы давления и трения.
Равнодействующая этих распределенных по поверхности сил называется полной аэродинамической силой. Точка ее приложения называется центром давления. Относительно центра масс (ц.м.) полная аэродинамическая сила (Ra) создает момент, который называется полным аэродинамическим моментом (М).
Для решения задач динамики полета аэродинамические силы и моменты представляют в проекциях на оси установленных прямоугольных систем координат (с.к.), начало которых связанно с ц.м. ВС. К принятым с.к. относятся следующие:
Согласно ГОСТ20058-80
· Скоростная система координат (Oxayaza) – является подвижной системой координат с центром в центре масс ВС.
Продольная ось скоростной с.к. совпадает с направлением скорости ВС относительно воздушной среды – V (истинная скорость). Вертикальная ось Oya лежит в плоскости симметрии ВС и направленна вверх. Боковая ось Oza направленна по нормали к плоскости Oxaya и направленна в сторону правого полукрыла.
Проекция полной аэродинамической силы Ra на ось скоростной системы координат Oya называется подъемной силой (Ya); на продольную ось Oxa – силой лобового сопротивления (Xa); на боковую ось Oza – боковой силой (Za).
· Связанная система координат (Oxyz) – является подвижной системой координат с центром в центре масс ВС.
Продольная ось связанной с. к. Ox расположена в плоскости симметрии самолета и направленна от хвостовой части к носовой части самолета. Нормальная ось Oy лежит в плоскости симметрии ВС и направленна к верхней части самолета. Поперечная ось Oz перпендикулярна плоскости симметрии ВС и направленна в сторону правого полукрыла. Проекции полной аэродинамической силы на оси связанной системы координат называются нормальной и продольной силами.
Проекции полного аэродинамического момента на оси связанной с. к. называются:
- Mz – продольный момент или момент тангажа;
- Mx – поперечный момент или момент крена;
- My – путевой момент или момент рыскания.
Силы Ya, Xa, Za, Ra, моменты Mz, Mx, My зависят от характеристик среды (плотность среды, температура, давление, вязкость, скорости); от положения ВС в пространстве; от геометрических характеристик самолета.
· Траекторная система координат (Oxkykzk) – подвижная система координат, продольная ось которой Oxk совпадает с направлением земной скорости (Vk); ось Oyk лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось Oxk и направленна вверх от поверхности земли.
Земная скорость (Vk) – это скорость начала O центра связанной с. к. относительно земной с. к. Путевая скорость (Vп) – это проекция земной скорости на горизонтальную плоскость Oxgyg нормальной с. к.
· Нормальная земная система координат (Ooxgygzg) – неподвижная система координат, вертикальная ось которой Ooyg направленна вверх по местной вертикали, а направление осей Oxg и Ozg выбирается в соответствии с задачей. Под местной вертикалью понимают прямую, совпадающую с направлением силы тяжести в рассматриваемой точке.
· Нормальная система координат (Oxgygzg) – подвижная система координат, ось которой Oyg направленна вверх по местной вертикали, а направление осей Oxg и Ozg выбираются в соответствии с задачей.
4.2. Углы, определяющие положение ВС в пространстве
Положение ВС относительно вектора скорости набегающего потока определяется углами атаки α и скольжения β. Эти углы определяют направление скорости ВС в связанной с. к.
Угол атаки α – угол между продольной осью связанной с. к. Ox и проекцией скорости летательного аппарата V на плоскость Oxy связанной с.к.
Угол скольжения β – угол между направлением скорости летательного аппарата V и плоскостью Oxy связанной с. к.
Пространственный угол атаки αп – угол между продольной осью Оx и направлением скорости летательного аппарата.
Угол атаки α следует считать положительным, если проекция скорости летательного аппарата на координатную ось отрицательна.
Пространственный угол атаки αп всегда является положительным.
Угол скольжения β следует считать положительным, если проекция скорости летательного аппарата на поперечную ось положительна.
Положение связанной системы координат относительно нормальной определяется углами рыскания ѱ, тангажа ϑ и Крена ϫ.
Угол рыскания ѱ – угол между осью Oxg нормальной с. к. и проекцией продольной оси OX на горизонтальную плоскость Oxgzg нормальной с. к.
Угол тангажа ϑ – угол между продольной осью Ox и горизонтальной плоскостью Oxgzg нормальной с. к.
Угол крена ϫ – угол между поперечной осью Oz и осью Ozg нормальной с.к.
К траекторным углам относятся угол пути Ѱ и угол наклона траектории θ.
Угол пути Ѱ – угол между осью Oxg нормальной с. к. и направлением путевой скорости Vп.
Угол наклона траектории θ – угол между направлением земной скорости Vk и горизонтальной плоскостью Oxgzg нормальной с. к.
Угол тангажа следует считать положительным, если продольная ось OX находится выше горизонтальной плоскости Oxgzg.
Угол крена является положительным, если ось Ozg совмещается с поперечной осью поворотом вокруг продольной оси по часовой стрелке, если смотреть по направлению этой оси.
Угол рыскания положительный, если ось Oxg совмещается с проекцией продольной оси на горизонтальную плоскость поворотом вокруг оси Oyg по часовой стрелке, если смотреть по направлению этой оси.
