单选题
研究飞机运动时选用的机体坐标,其( )。
A
以飞机重心为原点,纵轴和横轴确定的平面为对称面
B
以全机焦点为原点,纵轴和立轴确定的平面为对称面
C
以飞机重心为原点,纵轴和立轴确定的平面为对称面
答案解析
正确答案:C
解析:
在研究飞机运动时,为了简化动力学方程并利用飞机的几何对称性,通常选用**机体坐标系**。以下是针对该题目的详细解析:
### 1. 原点的选择
在飞行力学中,描述飞机整体运动(特别是质心运动)时,通常将坐标系的原点选在飞机的**重心(Center of Gravity, CG)**上。
* **原因**:根据牛顿第二定律,选取重心为原点可以将平动方程和转动方程解耦或简化,使得力矩方程直接围绕重心建立,便于分析飞机的姿态变化和稳定性。
* **排除选项 B**:全机焦点(气动中心)主要用于静稳定性分析,不是描述整体运动坐标系的标准原点。
### 2. 坐标轴与对称面的定义
标准的机体坐标系(Body Axis System)定义如下:
* **纵轴($x$ 轴)**:通常沿机身轴线向前。
* **立轴($z$ 轴)**:通常在对称面内垂直于纵轴向下(或向上,视具体定义而定,但关键在于它在对称面内)。
* **横轴($y$ 轴)**:垂直于对称面,指向右翼。
对于大多数常规布局的飞机,其几何结构和质量分布关于**纵向对称面**是对称的。
* **对称面**:由**纵轴($x$ 轴)**和**立轴($z$ 轴)**所确定的平面即为飞机的纵向对称面。
* **意义**:在这个坐标系下,许多惯性积(如 $I_{xy}$ 和 $I_{yz}$)为零,从而大大简化了转动惯量矩阵和运动方程。
### 3. 选项分析
* **A. 以飞机重心为原点,纵轴和横轴确定的平面为对称面**
* 错误。纵轴和横轴确定的平面是水平面(对于常规飞行姿态),而不是飞机的几何对称面。飞机的左右对称面是垂直切分飞机的平面。
* **B. 以全机焦点为原点,纵轴和立轴确定的平面为对称面**
* 错误。虽然“纵轴和立轴确定的平面为对称面”这一描述正确,但原点不应选在全机焦点,而应选在重心。
* **C. 以飞机重心为原点,纵轴和立轴确定的平面为对称面**
* **正确**。原点选在重心,且由纵轴($x$)和立轴($z$)构成的平面正是飞机的纵向对称面,符合机体坐标系的标准定义。
### 结论
故正确答案为 **C**。
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飞机机体坐标以重心为原点
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