Konvence os - Axes conventions

Směr, elevace a náklony (Z-Y'-X '') pro letadlo. Osy Y a Z letadla s roztečí a vybočením nejsou zobrazeny a jeho pevný referenční rám xyz byl kvůli jasnosti posunut dozadu od jeho těžiště (zachování úhlů). Osy pojmenované podle letecké normy DIN 9300

V balistiky a letová dynamika , sekery konvence jsou standardizovány způsoby stanovení umístění a orientace souřadných os pro použití jako referenční rámec . Mobilní objekty jsou obvykle sledovány z externího rámce, který je považován za opravený. Na těchto mobilních objektech lze definovat další rámce, které řeší relativní polohy pro jiné objekty. Nakonec lze postoje nebo orientace popsat vztahem mezi vnějším rámem a rámcem definovaným nad mobilním objektem.

Orientace vozidla se obvykle označuje jako postoj . Normálně je to popsáno orientací rámu fixovaného v těle vzhledem k pevnému referenčnímu rámu. Postoj je popsán souřadnicemi postoje a skládá se alespoň ze tří souřadnic.

Zatímco z geometrického hlediska jsou různé metody k popisu orientací definovány pouze pomocí některých referenčních rámců, v technických aplikacích je také důležité popsat, jak jsou tyto rámy připojeny k laboratoři a tělu v pohybu.

Vzhledem ke zvláštní důležitosti mezinárodních úmluv o leteckých vozidlech zveřejnilo několik organizací normy, které je třeba dodržovat. Například německá DIN zveřejnila normu DIN 9300 pro letadla (přijatou ISO jako ISO 1151–2: 1985).

Konvence os ohraničené Zemí

Reprezentace Země s paralelami a meridiány

Světové referenční rámce: ENU a NED

V zásadě, jako laboratorní snímek nebo referenční snímek, existují dva druhy konvencí pro snímky:

  • East, North, Up (ENU), used in geography
  • North, East, Down (NED), used specially in aerospace

Tento snímek odkazoval na globální referenční rámce, jako je neinerciální systém Earth Center Earth Fixed (ECEF).

Světové referenční rámce pro popis postoje

Pro stanovení standardní konvence popisující postoje je nutné stanovit alespoň osy referenčního systému a osy tuhé karoserie nebo vozidla. Pokud se používá nejednoznačný notační systém (například Eulerovy úhly ), měla by se uvést také použitá konvence. Nejpoužívanější notace (matice a čtveřice) jsou nicméně jednoznačné.

Země vycentrovaná Země pevná a souřadnice východ, sever, nahoru.

Úhly Tait-Bryan se často používají k popisu postoje vozidla vzhledem k vybranému referenčnímu rámci, lze však použít jakoukoli jinou notaci. Kladná osa x ve vozidlech ukazuje vždy ve směru pohybu. Pro kladné osy y - a z musíme čelit dvěma různým konvencím:

  • V případě pozemních vozidel, jako jsou automobily, tanky atd., Která používají systém ENU (východ-sever-nahoře) jako externí referenci ( světový rám ), kladná osa y (karoserie) vozidla - nebo osa stoupání vždy směřují doleva, a kladná osa z - nebo vybočení vždy směřuje nahoru. Počátek světového rámu je fixován v těžišti vozidla.
  • Naproti tomu v případě vzdušných a námořních vozidel, jako jsou ponorky, lodě, letadla atd., Která používají systém NED (North-East-Down) jako externí referenci ( světový rám ), kladné y (nebo sklon ) vozidla (těla) osa vždy směřuje doprava a její kladná osa z - nebo vybočení vždy směřuje dolů. Počátek světového rámu je fixován v těžišti vozidla.
  • A konečně, v případě vesmírných vozidel, jako jsou raketoplány atd., Se používá modifikace druhé konvence, kdy kladná osa y (nebo těla) vozidla (těla) opět směřuje vždy doprava a jeho kladná osa z- nebo vybočení vždy ukazuje dolů, ale „dolů“ nyní může mít dva různé významy: Pokud je jako externí reference použit takzvaný lokální rámec , jeho kladná osa z ukazuje „dolů“ do středu Země, jako v případě dřívějšího zmínil se o NED systému, ale pokud se jako reference použije setrvačný rámec , jeho kladná osa z bude nyní směřovat k severnímu nebeskému pólu a jeho kladná osa x k jarní rovnodennosti nebo k jinému referenčnímu poledníku.

Rámečky namontované na vozidlech

Speciálně pro letadla nemusí tyto rámy souhlasit s pozemskými rámy v sestupné linii. Musí být dohodnuto, co v této souvislosti znamená ENU a NED.

Konvence pro pozemní vozidla

Úhly RPY automobilů a jiných pozemních vozidel

U pozemních vozidel je vzácné popsat jejich úplnou orientaci, kromě případů, kdy se jedná o elektronickou kontrolu stability nebo satelitní navigaci . V tomto případě je konvencí obvykle konvence sousedního výkresu, kde RPY znamená roll-pitch-yaw .

Konvence pro námořní vozidla

Úhly RPY lodí a jiných námořních vozidel

Stejně jako letadla se stejná terminologie používá pro pohyb lodí a člunů . Některá slova běžně používaná byla zavedena v námořní navigaci. Například úhel vybočení nebo kurz má námořní původ, což znamená „ohýbání z kurzu“. Etymologicky to souvisí se slovesem „jít“. Souvisí to s konceptem ložiska . Obvykle se mu přiřazuje zkratková notace ψ .

Konvence pro místní referenční rámce letadel

Úhly RPY letadel a jiných leteckých vozidel
Mnemotechnika k zapamatování jmen úhlů

Souřadnice k popisu polohy letadla (směr, výška a náklon) jsou obvykle dány vzhledem k referenčnímu řídícímu rámu umístěnému v řídicí věži, a tedy ENU, vzhledem k poloze řídicí věže na zemském povrchu.

Souřadnice popisující pozorování z letadla jsou obvykle dány vzhledem k jeho vnitřním osám, ale normálně používají jako kladné souřadnice směřující dolů, kde jsou umístěny zajímavé body. Proto jsou obvykle NED.

Tyto osy se obvykle berou tak, že osa X je podélná osa směřující dopředu, osa Z je svislá osa směřující dolů a osa Y je boční, směřující takovým způsobem, že rám je pravák .

Pohyb letadla je často popisována ve smyslu otáčení kolem těchto os, takže rotace kolem X v ose se nazývá válcování, rotace kolem Y v ose se nazývá dlažební kostky, a rotace kolem Z v ose se nazývá zatáčení.

Rámečky pro vesmírnou navigaci

Různé referenční systémy pro souřadnice v prostoru

U satelitů obíhajících kolem Země je normální použít rovníkový souřadný systém . Projekce zemského rovníku na nebeskou sféru se nazývá nebeský rovník . Podobně se projekce severního a jižního zeměpisného pólu Země stávají severním a jižním nebeským pólem .

Družice v hlubokém vesmíru používají jiný nebeský souřadný systém , jako je ekliptický souřadný systém .

Místní konvence pro kosmické lodě jako satelity

Úhly RPY raketoplánů a jiných kosmických vozidel, nejprve jako referenční lokální rám a jako referenční jako referenční inerciální.

Pokud je cílem udržet raketoplán na jeho oběžných drahách v konstantním postoji vůči obloze, např. Za účelem provádění určitých astronomických pozorování, preferovanou referencí je setrvačný snímek a vektor úhlu RPY (0 | 0 | 0) popisuje postoj, kdy jsou křídla raketoplánu trvale udržována rovnoběžně se zemským rovníkem, jeho nos směřuje trvale k jarní rovnodennosti a jeho břicho k severní polární hvězdě (viz obrázek). (Všimněte si, že rakety a rakety běžněji dodržují konvence pro letadla, kde vektor úhlu RPY (0 | 0 | 0) směřuje na sever, spíše než na jarní rovnodennost).

Na druhou stranu, pokud je cílem udržet raketoplán na jeho oběžných drahách v konstantní poloze vzhledem k povrchu Země, preferovanou referencí bude místní snímek s vektorem úhlu RPY (0 | 0 | 0) popisující postoj, kdy křídla raketoplánu jsou rovnoběžná s povrchem Země, jeho nos směřuje k jeho záhlaví a břicho dolů směrem ke středu Země (viz obrázek).

Rámečky používané k popisu postojů

Za normálních okolností jsou rámy používané k popisu místních pozorování vozidla stejné jako rámy používané k popisu jeho postoje vzhledem k pozemním sledovacím stanicím. tj. pokud se ve sledovací stanici používá rámec ENU, na palubě se používají také rámce ENU a tyto rámce se také používají k odkazování na místní pozorování.

Důležitým případem, kdy to neplatí, je letadlo. Pozorování letadel se provádějí směrem dolů, a proto se obvykle použije konvence os NED. Pokud jsou však stanoveny postoje vůči pozemním stanicím, použije se vztah mezi místním pozemským rámem a palubním rámem ENU.

Viz také

Reference

  1. ^ Hanspeter Schaub, John L. Junkins (2003). "Kinematika tuhého těla" . Analytická mechanika vesmírných systémů . Americký institut pro letectví a astronautiku. p. 71. ISBN   1-56347-563-4 .
  2. ^ Luft- und Raumfahrt; Begriffe, Größen und Formelzeichen der Flugmechanik; Bewegungen des Luftfahrzeugs und der Atmosphäre gegenüber der Erde [1]
  3. ^ NavCommand. Software pro provoz a konfiguraci inerciálních měřicích a geodetických systémů iMAR. Provoz a pokyny pro uživatele. St.Ingbert 2007, str. 11–12. http://www.imar-navigation.de/download/nav_command_en.pdf archivováno 23. 09. 2006 na Wayback Machine.
  4. ^ Exploration: Local Reference Orbiter Attitude (18. září 1995) „Archivovaná kopie“ . Archivovány od originálu dne 2007-07-14 . Citováno 2010-10-08 . CS1 maint: znechucený parametr ( odkaz ) CS1 maint: archivovaná kopie jako název ( odkaz ) (článek již není k dispozici od roku 2007)
  5. ^ Exploration: Inertial Reference Orbiter Attitude (3. října 1995) „Archivovaná kopie“ . Archivovány od originálu dne 2007-07-14 . Citováno 2010-10-08 . CS1 maint: znechucený parametr ( odkaz ) CS1 maint: archivovaná kopie jako název ( odkaz ) (článek již není k dispozici od roku 2007)
  6. ^ Etymologie online slovník Archivováno 15. listopadu 2010, na Wayback Machine
  7. ^ Hurt, HH, Jr. (leden 1965) [1960]. Aerodynamika pro námořní piloty . US Government Printing Office, Washington DC: US ​​Navy, Aviation Training Division. p. 284. NAVWEPS 00-80T-80.