Динамика полета в авиации и космических аппаратах — это изучение производительности, устойчивости и управления летательными аппаратами, летящими по воздуху или в космическом пространстве . [1] Она изучает, как силы, действующие на аппарат, определяют его скорость и положение во времени.
Для самолета с фиксированным крылом его изменяющаяся ориентация по отношению к местному потоку воздуха представлена двумя критическими углами: углом атаки крыла («альфа») и углом атаки вертикального хвоста, известным как угол скольжения («бета»). Угол скольжения возникнет, если самолет рыскает относительно своего центра тяжести и если самолет скользит корпусом, т. е. центр тяжести смещается вбок. [2] Эти углы важны, поскольку они являются основным источником изменений аэродинамических сил и моментов, приложенных к самолету.
Динамика полета космического корабля включает три основные силы: тяговую (ракетный двигатель), гравитационную и силу сопротивления атмосферы. [3] Тяговая 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 воздушным транспортным средством в трех измерениях. Критические параметры динамики полета — это углы поворота относительно трех главных осей самолета вокруг его центра тяжести , известные как крен , тангаж и рыскание .
Инженеры-авиаконструкторы разрабатывают системы управления для ориентации ( отношения ) транспортного средства относительно его центра тяжести . Системы управления включают приводы, которые прилагают силы в различных направлениях и генерируют вращательные силы или моменты относительно центра тяжести самолета, и таким образом вращают самолет по тангажу, крену или рысканию. Например, момент тангажа — это вертикальная сила, приложенная на расстоянии вперед или назад от центра тяжести самолета , заставляя самолет наклоняться вверх или вниз.
Roll, pitch и yaw в этом контексте относятся к вращениям вокруг соответствующих осей , начинающимся с определенного равновесного состояния. Равновесный угол крена известен как уровень крыльев или нулевой угол крена, эквивалентный углу горизонтального крена на судне. Yaw известен как «курс».
Самолет с фиксированным крылом увеличивает или уменьшает подъемную силу, создаваемую крыльями, когда он наклоняет нос вверх или вниз, увеличивая или уменьшая угол атаки (AOA). Угол крена также известен как угол крена на самолете с фиксированным крылом, который обычно «накреняется», чтобы изменить горизонтальное направление полета. Самолет обтекается от носа до хвоста, чтобы уменьшить сопротивление , что делает выгодным поддержание угла бокового скольжения близким к нулю, хотя самолеты намеренно «скользят» при посадке при боковом ветре, как объясняется в скольжении (аэродинамика) .
Силы, действующие на космические аппараты, бывают трех типов: движущая сила (обычно создаваемая тягой двигателя аппарата); гравитационная сила, оказываемая Землей и другими небесными телами; и аэродинамическая подъемная сила и сопротивление (при полете в атмосфере Земли или другого тела, такого как Марс или Венера). Положение аппарата должно контролироваться во время полета в атмосфере с двигателем из-за его влияния на аэродинамические и тяговые силы. [3] Существуют и другие причины, не связанные с динамикой полета, для управления положением аппарата в полете без двигателя (например, терморегулирование, генерация солнечной энергии, связь или астрономические наблюдения).
Динамика полета космических аппаратов отличается от динамики самолетов тем, что аэродинамические силы имеют очень малый или исчезающе малый эффект в течение большей части полета транспортного средства и не могут быть использованы для управления ориентацией в течение этого времени. Кроме того, большую часть времени полета космического аппарата обычно не используют двигатели, оставляя гравитацию доминирующей силой.