Что такое рысканье тангаж и крен
Что такое рысканье тангаж и крен
Пилота́ж — пространственное маневрирование летательного аппарата, имеющее своей целью поражение противника или выполнение фигур в воздухе.
Тангаж, крен и рыскание – три угла которые задают наклон самолета относительно его центра инерции по трём осям.
Тангаж – поворот
самолета относительно горизонтальной поперечной оси, вверх и вниз
положительный тангаж — кабрирование, штурвал на себя, нос самолета вверх
отрицательный тангаж — пикирование, штурвал от себя, нос самолета вниз
Крен — поворот
самолета вокруг его продольной оси, влево или вправо.
Штурвал влево или вправо
Рыскание — поворот
самолета относительно вертикальной оси, а также небольшие изменения курса вправо или влево. Управляет этим вращением руль направления.
8 САМЫХ СЛОЖНЫХ ФИГУР ВЫСШЕГО ПИЛОТАЖА
Бочка
Как: Самолет поворачивается вокруг своей 
горизонтальной оси на 360 градусов. В зависимости от количества оборотов бочка бывает одинарная, полуторная и многократная.
Когда: впервые выполнил маневр американец Дэниел Мэлони в 1905 году. Во время Второй мировой эта фигура спасла не одну жизнь
Зачем: трижды Герой Советского Союза Александр Покрышкин однажды наблюдал за полетом неопытных летчиков. Один из них решил сделать бочку, но при этом значительно потерял скорость и нырнул вниз. В этот момент летящий за ним пилот проскочил вперед, и акробат оказался у него на хвосте. Покрышкин и его сослуживцы окрестили фигуру «кадушкой» и не раз применяли прием в борьбе против авиации фашистов. Сейчас бочка входит в комплекс фигур, выполняемый на состязаниях по самолетному спорту.
Колокол Квочура
Как: Самолет поднимает 
нос вверх на нулевой скорости, после чего опрокидывает его вниз, имитируя движение языка колокола. Отсюда и название фигуры.
Когда: Впервые фигура была представлена в 1988 году на авиасалоне в английском Фарнборо. За штурвалом истребителя четвертого поколения МиГ-29 сидел летчик-испытатель Анатолий Квочур.
Зачем: Изначально колокол расценивался как маневр, при котором истребитель становится невидимым для ракет с радиолокационным наведением на цель. В наши дни эту фигуру можно видеть не в боях, а во время выступлений пилотажных групп «Стрижи», «Русские витязи», «Русь».
Иммельман
Когда: впервые фигура выполнена на моноплане «Фоккер Е.III» 25-летним немцем Максом Иммельманом в 1915 году во время Первой мировой войны. Этот маневр позволил Иммельману оказаться выше и позади вражеского самолета, хотя они до этого были на встречных курсах. За год полетов Иммельман сбил 15 вражеских самолетов, а английские летчики, лишь завидев, что немец поднялся в воздух, шли на посадку.
Зачем: фигуру Иммельмана начали преподавать в летных школах. И сегодня она входит в базовые фигуры, которые должны уметь делать все военные летчики.
Плоский штопор
Как: Самолет
снижается по крутой нисходящей спирали небольшого радиуса.
Когда: В начале XX века штопор был главной причиной гибели летчиков. Считалось, что выйти из штопора нельзя. Но 24 сентября 1916 года летчик Константин Арцеулов на самолете «Ньюпор-XXI» на высоте 2000 метров намеренно ввел самолет в штопор и вышел из него. На следующий день Арцеулов подал начальству Севастопольской авиашколы рапорт, в котором предлагал ввести штопор в программу обучения.
Зачем: В наши дни эту некогда смертельную фигуру отрабатывают во всех авиационных учебных заведениях на винтовых машинах, она входит в регламент соревнований по самолетному спорту. Однако в России исполнение штопора на реактивных истребителях запрещено из соображений безопасности, они выполняют только плоский штопор. Несмотря на то что со штопором научились бороться, он и по сей день уносит жизни.
Чакра Фролова
Как: Фигура, 
при которой самолет на малой скорости разворачивается вокруг своего хвоста, образуя мертвую петлю с очень малым радиусом разворота.
Когда: Впервые показана публике на истребителе Су-37 Евгением Фроловым в 1995 году на авиасалоне в Ле-Бурже.
Хаммерхед
Как:
Самолет свечой уходит вверх, зависает в воздухе и, развернув нос к земле, направляется вниз.
Когда: Есть мнение, что фигуру впервые выполнил немецкий пилот, чемпион мира по аэробатике и авиаконструктор Герхард Физелер в конце 1920-х.
Зачем: Применение этой фигуры во время воздушного боя равносильно подписанию самому себе смертного приговора. Самолет, зависающий в воздухе, становится идеальной мишенью для противника. Зато во время демонстрационных полетов поворот на вертикали вызывает ажиотаж у зрителей, поскольку смотрится очень эффектно. Эта фигура входит в комплекс упражнений в самолетном спорте, но реактивные истребители ее не исполняют.
Фигура Пугачева
Как: Фигура,
при которой нос самолета поднимается вверх на 110 градусов на Су-27, (на Су-37 — до 180 градусов) по отношению к направлению движения, а затем опускается обратно.
Когда: Впервые была выполнена в испытательном полете заслуженным летчиком СССР Игорем Волком. Широкой публике кобру продемонстрировал Виктор Пугачев на международном салоне во французском Ле-Бурже в 1989 году. Когда истребитель Су-27 русского летчика резко задрал нос, организаторы авиашоу решили, что произошел сбой в системе и воздушное судно сейчас упадет. Но самолет не сорвался в штопор, а полетел в прежнем направлении. Пугачев за освоение новой техники получил звание Героя Советского Союза, а фигура, несмотря на то что была придумана другим летчиком, получила имя первого демонстратора.
Зачем: Маневр подходит для ухода не только от истребителя противника, но и от ракет с инфракрасными головками самонаведения. Тем не менее кобра еще не использовалась в бою.
Ранверсман
Как: Фигура
делается примерно так же, как и хаммерхед, но не с зависанием, а с поворотом на горке (фигура пилотажа, когда самолет набирает высоту с постоянным углом наклона).
Когда: Предположительно, опрокидывание (так переводится название фигуры с французского), или же поворот на горке (под этим названием фигура известна в России), появилось в 1930-х. Разница между маневрами ранверсман и хаммерхед состоит в том, что самолет уходит от противника, идущего встречным курсом, не строго вертикально, а под углом 50–60°, на горку.
Зачем: Те пилоты, которые могли справиться с этой сложной фигурой, получали преимущество в бою. Ведь применить ее можно при атакующих и контратакующих действиях, она позволяет быстро изменить направление полета без потери высоты.
RCSearch
Крен (Roll) [ править ]
Крен (Roll) — отклонение плоскости симметрии ЛА от вертикального положения (от местной вертикали к земной поверхности). Другими словами: поворот ЛА или судомодели вокруг её продольной оси.
Характеризуется углом крена и скоростью крена.
Манёвры крена используются, например, при разворотах, при выполнении фигур пилотажа, при заходе на посадку для парирования смещения траектории летательного аппарата относительно оси взлётно-посадочной полосы.
Управление креном осуществляется органами поперечного управления: элеронами — элементов механизации крыла. Самопроизвольный крен летательного аппарата называют валёжкой.
Крен, в классическом его понятии, не определён при тангаже равном 90° и −90°.
Тангаж (Pitch) [ править ]
Тангаж (Pitch) — угловое движение ЛА или судомодели, при котором его продольная ось изменяет своё направление относительно горизонтальной плоскости. Другими словами: угловое движение летательного аппарата или судна относительно главной (горизонтальной) поперечной оси инерции. Характеризуется углом тангажа и скоростью тангажа.
Угол тангажа — угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью.
Манёвры авиамодели с увеличением угла тангажа называются кабрированием, а с уменьшением — пикированием. Эти манёвры осуществляются созданием момента тангажа за счёт отклонения органов управления: руля высоты или элевонов.
По отношению к судомоделям используется термин «дифферент» с таким же значением.
Рыскание (Yaw) [ править ]
Ры́скание (Курс, Yaw) — угловые движения ЛА, судомодели или автомодели вокруг вертикальной оси, а также небольшие изменения курса вправо или влево, свойственные судомоделям. Управляет этим вращением руль направления (англ. rudder).
В динамике полёта рыскание (вернее, угол рыскания) также означает угол поворота корпуса самолёта в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от направления на север. Этот угол сходен с курсом, но отсчитывается строго в соответствии с выбранной системой координат. В традиции российской школы это означает отсчёт положительных углов против часовой стрелки, если смотреть сверху. Кроме того, обычный рассматриваемый диапазон углов рыскания ±180°.
Курс судна — угол, в плоскости истинного горизонта, между истинным N (север) и диаметральной плоскостью судна. Измеряется в градусах по часовой стрелке от 0° (т. н. «чистый норд») до 359°.
Заметки о вращении вектора кватернионом
Структура публикации
Получение кватерниона из вектора и величины угла разворота
Ещё раз – что такое кватернион? Для разработчика – это прежде всего инструмент, описывающий действие – поворот вокруг оси на заданный угол:
где v – ось, выраженная вектором;
w – компонента, описывающая поворот (косинус половины угла).
Положительное значение угла разворота означает поворот вдоль вектора по часовой стрелке, если смотреть с конца вектора в его начало.
Например, кватернион поворота вдоль оси Х на 90 градусов имеет следующие значения своих компонент: w = 0,7071; x = 0,7071; y = 0; z = 0. Левая или правая система координат, разницы нет – главное, чтобы все операции выполнялись в одинаковых системах координат, или все в левых или все в правых.
С помощью следующего кода (под рукой был Visual Basic), мы можем получить кватернион из вектора и угла разворота вокруг него:
В коде rotate_vector – это вектор, описывающий ось разворота, а rotate_angle – это угол разворота в радианах. Вектор должен быть нормализован. То есть его длина должа быть равна 1.
Не забывайте про ситуацию, когда длина может быть 0. Вместо ошибки вам может понадобиться обработать эту ситуацию индивидуально.
Обратный кватернион
Для поворота вектора кватернионом требуется уметь делать обратный разворот и правильно выполнять операцию умножения кватернионов. Под обратным разворотом я имею ввиду обратный кватернион, т. е. тот, который вращает в обратную сторону.
Чтобы получить обратный кватернион от заданного, достаточно развернуть вектор оси в другую сторону и при необходимости нормализовать кватернион. Нормализация кватерниона так же как и в векторах, это просто приведение к длине = 1.
Умножение кватернионов
Умножение кватернионов крайне полезная штука. Результатом умножения является кватернион, который после поворота даёт такой же результат, если последовательно выполнить развороты умножаемыми кватернионами. Причём разворот будет происходить в локальной для поворачиваемого вектора системе отчёта, т. е. система отчёта поворачиваемого вектора также двигается.
Умножение кватернионов выполняется следующим образом:
Для того, чтобы умножить кватернион на 3D вектор, нужно вектор преобразовать в кватернион присвоив компоненте W = 0 и умножить кватернион на кватернион. Или подставить ноль и выразить это в виде функции:
Поворот вектора
Теперь, собственно, поворот вектора кватернионом:
Вектор описывающий ось (x=1; y=0; z=1). Угол поворота 180 градусов.
Поворачиваемый вектор (x=0; y=0; z=1). Результат равен (x=1; y=0; z=0).
Рысканье, тангаж, крен
Рассмотрим инструмент формирования кватерниона с помощью поворотов вокруг одной из осей:
Рысканье = heading = yaw = вокруг оси Z; тангаж = altitude = pitch = вокруг оси Y; крен = bank = roll = вокруг оси X.
И в обратную сторону, из кватерниона:
Формулы преобразования зависят от принятой системы координат.
Серия поворотов
Рассмотрим пример:
1. Первый поворот – рысканье (вокруг Z) 90 градусов по часовой;
2. Второй поворот – тангаж (вокруг Y) 90 градусов по часовой;
3. Третий поворот – крен (вокруг X) 90 градусов по часовой.
Рисунки, изображающие поворот и подписанные как «global» демонстрируют повороты относительно неподвижных осей XYZ. Такой результат мы получим, если будем использовать кватернионы разворота по отдельности. Четвёртый рисунок демонстрирует, где окажется вектор, если начальные координаты у него были X=1; Y=0; Z=0.
Рисунки, подписанные как «local» демонстрируют вращение осей вместе с самолетом. То есть все вращения происходят относительно пилота, а не относительно неподвижной системы координат. Четвёртый рисунок показывает, где окажется тот же самый вектор (1; 0; 0) в итоге всех трёх поворотов. Такой результат мы получим, перемножив кватернионы разворота и применив полученный кватернион.
Что такое рысканье тангаж и крен
Авиапроект «Крылья Советов» запись закреплена
ЧТО ТАКОЕ КРЕН, ТАНГАЖ И РЫСКАНИЕ
#авиасловарик
Это три угла поворота, соответствующие трём углам Эйлера, которые задают ориентацию летательного аппарата (ЛА) относительно нормальной системы координат (относительно его центра инерции по трём осям).
КРЕН (Roll) — отклонение плоскости симметрии ЛА от вертикального положения (от местной вертикали к земной поверхности). Другими словами: поворот ЛА или судомодели вокруг её продольной оси.
Характеризуется углом крена и скоростью крена.
Манёвры крена используются, например, при разворотах, при выполнении фигур пилотажа, при заходе на посадку для парирования смещения траектории летательного аппарата относительно оси взлётно-посадочной полосы.
Управление креном осуществляется органами поперечного управления: элеронами — элементами механизации крыла. Самопроизвольный крен летательного аппарата называют валёжкой.
ТАНГАЖ (Pitch) — угловое движение ЛА, при котором его продольная ось изменяет своё направление относительно горизонтальной плоскости. Другими словами: угловое движение летательного аппарата или судна относительно главной (горизонтальной) поперечной оси инерции. Характеризуется углом тангажа и скоростью тангажа.
Угол тангажа — угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью.
Манёвры авиамодели с увеличением угла тангажа называются кабрированием, а с уменьшением — пикированием. Эти манёвры осуществляются созданием момента тангажа за счёт отклонения органов управления: руля высоты или элевонов.
РЫСКАНИЕ (Yaw) — угловые движения ЛА вокруг вертикальной оси, а также небольшие изменения курса вправо или влево, свойственные судомоделям. Управляет этим вращением руль направления (англ. rudder).
В динамике полёта рыскание (вернее, угол рыскания) также означает угол поворота корпуса самолёта в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от направления на север. Этот угол сходен с курсом, но отсчитывается строго в соответствии с выбранной системой координат. В традиции российской школы это означает отсчёт положительных углов против часовой стрелки, если смотреть сверху. Кроме того, обычный рассматриваемый диапазон углов рыскания ±180°.
Курс судна — угол, в плоскости истинного горизонта, между истинным N (север) и диаметральной плоскостью судна. Измеряется в градусах по часовой стрелке от 0° (т. н. «чистый норд») до 359°.
Нашли неточность или есть что добавить? Пишите в комментариях, буду рад!
Совокупные знания
Аналогично с тангажем, креном, рысканием. Иногда слово «угол» опускают и просто говорят: тангаж, крен, рыскание. Один из трёх углов (крен, тангаж и рыскание), соответствующих трём углам Эйлера, которые задают поворотное положение летательного аппарата относительно его центра. Газ, тангаж, крен, рыскание — если вы можете управлять этими четырьмя параметрами, значит вы можете управлять квадрокоптером.
Изменение угла рыскания принято считать в пределах +/- 1800. Управления производится посредством нажатия на педали. На практике рыскание используют для поддержания курса при маневрировании. Обычно камеру устанавливают с нулевым креном и называют ее камерой «без крена» («no-roll»).
После этого полетный контроллер делает хотя бы минимальную самопроверку и при ее успешном прохождении «армится» (к полету готов!) Другим жестом (газ = 0%, рыскание = 0%) квадрокоптер «дизармится». Таким образом, полетный контроллер должен непрерывно решать задачу, какую скорость вращения подавать на каждый мотор с учетом текущего значения угла крена и требуемого. Понятно, что как минимум должно зависеть от текущего угла крена () и желаемого угла крена (), который поступает с пульта управления.
Углы Эйлера. Крен (roll), тангаж (pitch) и рыскание (yaw)
Рыскание (рысканье) (англ. Yaw) — угловые движения летательного аппарата относительно вертикальной оси (вправо/влево). В традиции российской школы это означает отсчёт положительных углов против часовой стрелки, если смотреть сверху. Аэроплан кренится, поворачиваясь вокруг своей продольной оси; а крен — это величина поворота относительно горизонтали. Кроме того, мы будем использовать термины азимут (azimuth) и пеленг (bearing).
1 На рис. 7.4, в на конце вертикальной оси должны находиться стрелка и буква V. — Примеч. Рис. 7.6. Различные ориентации камеры: а) ориентация камеры; б) с креном; в) без крена Те же самые рассуждения можно применить и к камере. Крушение и потеря в поле. Автоматический поиск с воздуха средствами Qt и OpenCV.
Материал объемный, но постараюсь уложиться в 2-3 статьи.Сегодня нас ожидает: спойлер с видео, как наш квадрокоптер полетел; базовые понятия; PID-регуляторы и практика подбора их коэффициентов. Данный материал может быть интересен в том числе и людям, которые далеки, или пока только собираются заняться мультироторными системами. Сейчас поговорим про назначение основных узлов квадрокоптера, про то, как они взаимодействуют между собой, про основные понятия и про принципы полёта.
Чтобы управлять квадрокоптером без GPS и барометра нужна практика, а тем более, когда он глючит, переворачивается, летит не совсем туда, куда надо — а этого почти не избежать во время первых тестов. Во-вторых, вам будет во много раз легче программировать понимая, что нужно программировать и как оно должно работать в итоге. Поверьте: математика полета — лишь малая часть кода программы. У каждой конструкции свои плюсы и свое предназначение.
Разберемся, как наш квадрокоптер устроен внутри, и чем же должен заниматься полетный контроллер, который мы планируем программировать. Трехканальный скорее подойдет для маленьких вертолетов: без управления креном летать можно, но на квадрокоптере — не удобно.
Но мы хотим реализовать базовый — режим стабилизации (stab, stabilize, летать в «стабе»), в котором квадрокоптер держит те углы, которые ему задаются с пульта не зависимо от внешних факторов. Обычно это небольшая плата или коробочка с множеством входов и выходов.
Именно это мы и собираемся запрограммировать. Различных видов датчиков, которые можно задействовать, очень много. Мы будем использовать ставшие уже почти обязательными во всех квадрокоптерах трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр.
Процесс вычисления трех углов по показаниям датчиков — тема для отдельной статьи. Протокол» общения между регулятором и мотором нам не так важен, как «протокол» общения между полетным контроллером и регулятором, ведь нам предстоит из контроллера программно управлять регулятором. При всей кажущейся простоте, здесь кроется засада: полетные контроллеры бывают разные с разными настройками, регуляторы бывают разные, и минимум (1 мс) и максимум (2 мс) — не универсальны.
PWM с точно таким же принципом использует и бортовой приемник. Это небольшое устройство, получающая сигналы радиоуправления с земли и передающая их в полетный контроллер. Раз между приемником и контроллером свои товарищеские PWM отношения, то их тоже придется калибровать: пульты с приемниками бывают разные со своими диапазонами работы.
Мы свой интерфейс настройки будем писать на C++ и Qt в виде консольной утилиты. Элементарно сделать себе новый макияж и прическу, если зацепить стик газа на пульте, пока несешь включенный квадрокоптер. Состояние квадрокоптера «disarmed» означает, что моторы отключены и даже команда полного газа с пульта не имеет никакого эффекта, хотя питание подано.
В этом состоянии квадрокоптеры взлетают, летают и садятся. И все же для общего понимания полезно знать основные моменты. Их различают по емкости, напряжению и максимальной токоотдаче. Для того чтобы равномерно заряжать все банки предусматривается баллансировочный разъем с доступом к каждой банке отдельно, и использутся специальные зарядные устройства.
Ось и камеры без крена является горизонтальной — иначе говоря, она перпендикулярна оси у «мировых» координат. Часто этим жестом является удержание левого стика в правом нижнем углу (газ = 0%, рыскание = 100%) втечении пары секунд. Будем рассматривать квадрокоптер в двумерном пространстве, где у него есть только один угол — угол крена, и два мотора: левый и правый.