Динамика полета в авиации и космических кораблях — это изучение характеристик, устойчивости и управления летательными аппаратами, летящими по воздуху или в космическом пространстве . [1] Речь идет о том, как силы, действующие на транспортное средство, определяют его скорость и положение во времени.
Для самолета с неподвижным крылом его изменяющаяся ориентация относительно местного воздушного потока представлена двумя критическими углами: углом атаки крыла («альфа») и углом атаки вертикального оперения, известным как боковое скольжение . угол («бета»). Угол бокового скольжения возникает, если самолет отклоняется от своего центра тяжести и если самолет совершает боковое скольжение, то есть центр тяжести смещается в сторону. [2] Эти углы важны, поскольку они являются основным источником изменений аэродинамических сил и моментов, действующих на самолет.
В динамике полета космического корабля участвуют три основные силы: движущая сила (ракетный двигатель), гравитация и сопротивление атмосферы. [3] Движущая сила и сопротивление атмосферы оказывают значительно меньшее влияние на данный космический корабль по сравнению с гравитационными силами.
Динамика полета — это наука об ориентации и управлении летательным аппаратом в трех измерениях. Критическими параметрами динамики полета являются углы поворота относительно трех главных осей самолета вокруг его центра тяжести , известные как крен , тангаж и рыскание .
Авиаинженеры разрабатывают системы управления ориентацией ( положением ) транспортного средства относительно его центра тяжести . Системы управления включают в себя исполнительные механизмы, которые оказывают силы в различных направлениях и генерируют вращательные силы или моменты вокруг центра тяжести летательного аппарата и, таким образом, вращают летательный аппарат по тангажу, крену или рысканию. Например, момент тангажа — это вертикальная сила, приложенная на расстоянии вперед или назад от центра тяжести самолета , заставляющая самолет крениться вверх или вниз.
В данном контексте крен, тангаж и рыскание относятся к вращениям вокруг соответствующих осей , начиная с определенного состояния равновесия. Угол равновесного крена известен как уровень крыльев или угол нулевого крена, что эквивалентно углу горизонтального крена на корабле. Отклонение от курса известно как «курс».
Самолет с неподвижным крылом увеличивает или уменьшает подъемную силу, создаваемую крыльями, когда он поднимает или опускает нос, увеличивая или уменьшая угол атаки (АОА). Угол крена также известен как угол крена на самолете с неподвижным крылом, который обычно «кренится», чтобы изменить горизонтальное направление полета. Самолет имеет обтекаемую форму от носа до хвоста, чтобы уменьшить сопротивление , что делает выгодным поддерживать угол бокового скольжения близким к нулю, хотя самолет намеренно «смещается в сторону» при приземлении при боковом ветре, как объяснено в разделе « Скольжение (аэродинамика)» .
Силы, действующие на космические аппараты, бывают трех типов: движущая сила (обычно обеспечиваемая тягой двигателя корабля); гравитационная сила, действующая на Землю и другие небесные тела; и аэродинамическая подъемная сила и сопротивление (при полете в атмосфере Земли или другого тела, например Марса или Венеры). Во время полета в атмосфере с двигателем необходимо контролировать положение транспортного средства из-за его влияния на аэродинамические и движущие силы. [3] Существуют и другие причины, не связанные с динамикой полета, для управления положением транспортного средства в полете без двигателя (например, терморегуляция, выработка солнечной энергии, связь или астрономические наблюдения).
Динамика полета космического корабля отличается от динамики самолета тем, что аэродинамические силы оказывают очень малое или исчезающе малое влияние на протяжении большей части полета корабля и в это время не могут использоваться для управления ориентацией. Кроме того, большую часть времени полета космический корабль обычно работает без двигателя, поэтому доминирующей силой остается гравитация.