6、航空机器人与无人机的飞行力学及性能解析

航空机器人与无人机的飞行力学及性能解析

1 飞行力学基础

1.1 纵向稳定性矩阵

在飞行力学中，纵向稳定性矩阵是一个重要的概念。其表达式如下：
[
M_{lon} =
\begin{bmatrix}
-D_V & -g \cos \gamma_N & -D_q & -D_{\alpha} \
L_V / V_N & g \sin \gamma_N / V_N & L_q / V_N & L_{\alpha} / V_N \
M_V & 0 & M_q & M_{\alpha} \
L_V / V_N & -g \sin \gamma_N / V_N & (1 - L_q / V_N) & -L_{\alpha} / V_N
\end{bmatrix}
]
其中，(D_V) 由稳定性导数表示。通常，速度和飞行路径角变化缓慢，而俯仰角和迎角变化较快，且耦合通常较小。

1.2 纵向动态模式

1.2.1 长周期振荡（Phugoid）

长周期振荡是一种缓慢、轻阻尼的振荡，在俯仰和速度变化时出现。它是飞机在稳定飞行受到小扰动（如小的水平表面运动或气流阵风）后，质心纵向运动或航线变化的特征振荡。其特点如下：
- 可以由升降舵脉冲激发，导致俯仰增加，且巡航状态的配平不变。
- 随着速度衰减，机头会低于地平线。
- 轻型飞机的长周期振荡周期通常为 15 - 25 秒。

1.2.2 短周期模式