10. Динамика полёта.

10.1 Предмет и задачи курса динамики полёта.

Основным содержанием курса динамики полёта летательных аппаратов является составление и исследование уравнений движения летательного аппарата, траектории полёта и методы их расчёта, а также динамических свойств летательного аппарата, как звена системы управления.

Мы будем рассматривать вопросы аэродинамики и динамики только беспилотных управляемых летательных аппаратов. При составлении и исследовании уравнений движения беспилотных летательных аппаратов опираются на основные положения теоретической механики, аэродинамики, теории автоматического управления и ряда других дисциплин.

Задача исследования полёта беспилотного летательного аппарата в самой общей постановке весьма сложна. Летательный аппарат с фиксированными рулями имеет 6 степеней свободы и его движение в пространстве описывается системой 12-ти дифференциальных уравнений первого порядка. Динамика такой сложной электромеханической системы, как управляемый беспилотный летательный аппарат, описывается значительно большим числом дифференциальных уравнений. Исследование подобной системы требует совместного интегрирования уравнений движения летательного аппарата и уравнений механических и электрических процессов, протекающих во всех элементах системы управления полётом. Ввиду чрезвычайной сложности задачи исследования полёта любого летательного аппарата, её решают по частям, разбивая на несколько этапов, переходя от менее трудных задач к более трудным.

На первом этапе исследования оказывается вполне допустимым рассматривать движение летательного аппарата как движение управляемой материальной точки. Как известно, движение твёрдого тела в пространстве раскладывается на движение центра масс тела и на вращение его вокруг центра масс. Тогда движение летательного аппарата представляется как движение материальной точки, масса которой равна массе летательного аппарата и к которой приложены силы тяжести, сила тяги двигателя и аэродинамические силы. Соответственно, схематизируется и работа системы управления – на движение центра масс летательного аппарата накладываются связи, описывающие идеальную работу системы управления.

На втором этапе исследуют уравнения движения летательного аппарата с учётом его вращения вокруг центра масс. Задачей этого этапа является изучение динамических свойств летательного аппарата, рассматриваемого, как элемент системы управления. При этом главным образом изучают реакцию летательного аппарата на отклонения органов управления и на воздействия различных внешних возмущений.

Лишь после изучения этих 2-х этапов переходят к 3-му, наиболее сложному этапу – исследованию динамики замкнутой системы управления, включающей в себя среди других элементов и сам летательный аппарат, как объект управления.

Одной из основных задач 3-го этапа является изучение точности полёта, характеризуемой величиной и вероятностью отклонений летательного аппарата от требуемой траектории. Эти отклонения (ошибки) возникают вследствие того, что в действительности элементы системы управления работают не идеально точно, летательный аппарат не идеально следит за отклонениями органов управления и, кроме того, на летательный аппарат и его систему управления в полёте воздействуют случайные величины. В результате требуется исследовать системы обыкновенных дифференциальных уравнений весьма высокого порядка, которые могут быть нелинейными, с правыми частями, явно зависящими от времени, с запаздывающими аргументами, со случайными функциями в правых частях и т.д.

Мы будем рассматривать круг вопросов, относящихся лишь к первым 2-м этапам исследования полёта, т.е. динамику самого летательного аппарата.