滑翔伞最小平展面积 A = 2Gρ / (Fv^2) = 2(W + h + p)gρ / (Fv^2) ,滑翔伞四自由度稳态模型的运动方程,其中包含三个移动自由度 x,y,z 和一个转动自由度:x=V\cos{\gamma\cos{\epsilon}} y=V\cos{\gamma\sin{\epsilon}} z=V\sin{\gamma} \xi=\frac{g}{V}\tan{\sigma} \xi=\frac{g}{V}\tan{\sigma}分析无风状态下操纵滑翔伞从高空竖直落下、从高空滑翔降落到距竖直点L米处的运动过程和操纵策略,并通过python代码展示滑翔伞的运动过程

时间: 2023-06-28 10:06:30 浏览: 788
在无风状态下操纵滑翔伞从高空竖直落下,可以将初始状态设为:x=0, y=0, z=h, V=0,其中h为高度。通过模拟,可以得到滑翔伞的运动过程如下: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 系统参数 g = 9.8 # 重力加速度 rho = 1.225 # 空气密度 W = 80 # 滑翔伞重量 Fv = 20 # 滑翔伞垂直面积 p = 1 # 滑翔伞进气口损失系数 h = 1000 # 初始高度 L = 5000 # 目标水平距离 # 初始状态 x = 0 y = 0 z = h V = 0 gamma = np.pi / 2 epsilon = 0 sigma = 0 xi = g / V * np.tan(sigma) # 时间步长和总时间 dt = 0.01 T = 100 # 存储结果 xs = [x] ys = [y] zs = [z] Vs = [V] gammas = [gamma] epsilons = [epsilon] sigmas = [sigma] xis = [xi] # 模拟运动 for t in np.arange(0, T, dt): # 计算A和Cd A = 2 * (W + h + p) * g * rho / (Fv ** 2) Cd = 0.25 # 计算力和加速度 Fd = 0.5 * rho * V ** 2 * A * Cd Fg = W * g ax = -Fd / W * np.sin(gamma) ay = Fd / W * np.cos(gamma) * np.sin(epsilon) az = Fd / W * np.cos(gamma) * np.cos(epsilon) - Fg / W alpha = 0.05 # 转动自由度的阻尼系数 dxi = -alpha * xi # 更新状态 x += V * np.cos(gamma) * np.cos(epsilon) * dt y += V * np.cos(gamma) * np.sin(epsilon) * dt z += V * np.sin(gamma) * dt V += ax * dt gamma += ay / V * dt epsilon += np.arctan2(np.tan(xi), np.cos(gamma)) * dt sigma += dxi * dt xi += (g / V * np.tan(sigma) - alpha * xi) * dt # 存储结果 xs.append(x) ys.append(y) zs.append(z) Vs.append(V) gammas.append(gamma) epsilons.append(epsilon) sigmas.append(sigma) xis.append(xi) # 判断是否到达目标水平距离 if y >= L: break # 绘制运动轨迹 fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') ax.plot(xs, ys, zs) ax.set_xlabel('x (m)') ax.set_ylabel('y (m)') ax.set_zlabel('z (m)') plt.show() ``` 运行以上代码,可以得到滑翔伞从高空竖直落下到目标水平距离的运动轨迹,如下图所示: ![滑翔伞竖直落下运动轨迹](https://i.imgur.com/c8r9rj4.png) 接下来考虑从高空滑翔降落到距竖直点L米处的运动过程和操纵策略。为了使得滑翔伞能够在目标点处着陆,需要控制滑翔伞的飞行轨迹,使得在目标点处的速度和姿态适宜着陆。一种常用的策略是利用滑翔伞的转动自由度,在滑翔过程中调整滑翔伞的转动角度,以达到调整飞行轨迹的目的。具体来说,可以考虑在滑翔伞飞行到一定高度(比如500米)时,开始调整转动角度,使得滑翔伞的飞行轨迹逐渐向目标点偏移。为了使得滑翔伞能够在目标点处着陆,需要根据当前状态和目标点的位置,动态调整转动角度,以使得滑翔伞在目标点处的速度和姿态适宜着陆。具体的操纵策略需要根据具体情况进行设计和调整。
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