[科普中國]-滾轉(zhuǎn)角

定義

滾轉(zhuǎn)角定義為彈體的Oy軸與慣性坐標(biāo)系的夾角。從彈體尾部沿縱軸往前看，若Oy軸位于鉛垂平面的右側(cè)，形成的滾轉(zhuǎn)角為正（轉(zhuǎn)動角速度方向與縱軸Ox軸的正向一致），反之為負(fù)（圖中的滾轉(zhuǎn)角為正）。

要了解滾轉(zhuǎn)角，首先需要了解機(jī)體坐標(biāo)系。

機(jī)體坐標(biāo)系（Aircraft-body coordinate frame）Sb-------OXbYbZb ：

1）原點(diǎn)Ob 取在飛機(jī)質(zhì)心處，坐標(biāo)系與飛機(jī)固連

2）OXb軸在飛機(jī)對稱平面內(nèi)并平行于飛機(jī)的設(shè)計軸線指向機(jī)頭

3）OYb軸垂直于飛機(jī)對稱平面指向機(jī)身右方

4）OZb軸在飛機(jī)對稱平面內(nèi)，與OXb軸垂直并指向機(jī)身下方

地面坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系關(guān)系如下圖：

機(jī)體坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系的關(guān)系是三個Euler角，反應(yīng)了飛機(jī)相對地面的姿態(tài)。

其中滾轉(zhuǎn)角定義如下：機(jī)體坐標(biāo)系OZb軸與通過機(jī)體OXb軸的鉛垂面間的夾角，機(jī)體向右滾為正，反之為負(fù)。

測量方法俯仰角和偏航角用雙頻干涉儀來測量可以達(dá)到很高的精度,而滾轉(zhuǎn)角的測量則是非常困難的,目前國內(nèi)外還處于一種研究和探索階段。國內(nèi)外的相關(guān)領(lǐng)域都對這一問題進(jìn)行過研究,出現(xiàn)了以重力方向?yàn)榛鶞?zhǔn)的電子水平儀測量、以實(shí)物位置為基準(zhǔn)的組合法測量、以準(zhǔn)直激光位置為基準(zhǔn)的測量、以準(zhǔn)直激光方向?yàn)榛鶞?zhǔn)的測量、以準(zhǔn)直激光偏振方向?yàn)榛鶞?zhǔn)的測量。

1 重力方向基準(zhǔn)測量法

機(jī)械導(dǎo)軌運(yùn)動副的滾轉(zhuǎn)角誤差的檢測,例如水平導(dǎo)軌滾轉(zhuǎn)角的檢測,一般多采用電子水平儀進(jìn)行檢查。

2 實(shí)物位置基準(zhǔn)測量法

目前,組合測量法是一種靜態(tài)測量垂直導(dǎo)軌滾轉(zhuǎn)角誤差的有效方法。原理：以四方鐵的位置為基準(zhǔn),首先用安裝在垂直導(dǎo)軌上的測微儀分別在兩個不同的位置檢測同一個四方鐵的直線度,然后計算出垂直導(dǎo)軌的滾轉(zhuǎn)角誤差。

3 準(zhǔn)直激光位置基準(zhǔn)測量法

由于穩(wěn)定的激光經(jīng)過準(zhǔn)直后具有穩(wěn)定的直線性,因此可以用激光光線來替代實(shí)物基準(zhǔn),可以探測運(yùn)動部件的不同位置相對于激光位置的變化。這種測量方式在原理上與組合測量法類似,只是用激光基準(zhǔn)替代了實(shí)物基準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)是非接觸、能實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測,同時還可以采用半導(dǎo)體激光經(jīng)準(zhǔn)直后替代雙頻激光,達(dá)到減小體積的目的;其缺點(diǎn)是光源的穩(wěn)定性會直接影響最終的測量精度。

4 準(zhǔn)直激光方向基準(zhǔn)測量法

穩(wěn)定的準(zhǔn)直激光具有穩(wěn)定的方向性。這種方法的原理都是以準(zhǔn)直激光方向?yàn)榛鶞?zhǔn)。

6 準(zhǔn)直激光偏振方向基準(zhǔn)測量法

基于激光偏振方向的基準(zhǔn)滾轉(zhuǎn)角測量方法是最近國內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。主要有以下幾種：法拉第磁光調(diào)制法、縱向塞曼激光器法、橫向塞曼激光器法、基于半導(dǎo)體激光器的液晶光閥分時調(diào)制法。

滾轉(zhuǎn)角測量的關(guān)鍵有兩點(diǎn):一是基準(zhǔn)的建立?；鶞?zhǔn)的穩(wěn)定性是測量的關(guān)鍵所在。以上這些測量方法所建立的基準(zhǔn)可歸結(jié)為兩類:位置基準(zhǔn)和方向基準(zhǔn)。二是滾轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為易于測量的物理量。1

應(yīng)用滾轉(zhuǎn)角是三個Euler角之一，反應(yīng)了飛機(jī)相對地面的姿態(tài)。通過滾轉(zhuǎn)角我們能夠了解飛行器的部分飛行狀態(tài)， 滾轉(zhuǎn)角能對飛行器狀態(tài)進(jìn)行反饋，并進(jìn)一步控制飛行器狀態(tài)。滾轉(zhuǎn)角是飛行器飛行狀態(tài)不可或缺的重要參數(shù)。