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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