[科普中国]-滚转角

定义

滚转角定义为弹体的Oy轴与惯性坐标系的夹角。从弹体尾部沿纵轴往前看，若Oy轴位于铅垂平面的右侧，形成的滚转角为正（转动角速度方向与纵轴Ox轴的正向一致），反之为负（图中的滚转角为正）。

要了解滚转角，首先需要了解机体坐标系。

机体坐标系（Aircraft-body coordinate frame）Sb-------OXbYbZb ：

1）原点Ob 取在飞机质心处，坐标系与飞机固连

2）OXb轴在飞机对称平面内并平行于飞机的设计轴线指向机头

3）OYb轴垂直于飞机对称平面指向机身右方

4）OZb轴在飞机对称平面内，与OXb轴垂直并指向机身下方

地面坐标系与机体坐标系关系如下图：

机体坐标系与地面坐标系的关系是三个Euler角，反应了飞机相对地面的姿态。

其中滚转角定义如下：机体坐标系OZb轴与通过机体OXb轴的铅垂面间的夹角，机体向右滚为正，反之为负。

测量方法俯仰角和偏航角用双频干涉仪来测量可以达到很高的精度,而滚转角的测量则是非常困难的,目前国内外还处于一种研究和探索阶段。国内外的相关领域都对这一问题进行过研究,出现了以重力方向为基准的电子水平仪测量、以实物位置为基准的组合法测量、以准直激光位置为基准的测量、以准直激光方向为基准的测量、以准直激光偏振方向为基准的测量。

1 重力方向基准测量法

机械导轨运动副的滚转角误差的检测,例如水平导轨滚转角的检测,一般多采用电子水平仪进行检查。

2 实物位置基准测量法

目前,组合测量法是一种静态测量垂直导轨滚转角误差的有效方法。原理：以四方铁的位置为基准,首先用安装在垂直导轨上的测微仪分别在两个不同的位置检测同一个四方铁的直线度,然后计算出垂直导轨的滚转角误差。

3 准直激光位置基准测量法

由于稳定的激光经过准直后具有稳定的直线性,因此可以用激光光线来替代实物基准,可以探测运动部件的不同位置相对于激光位置的变化。这种测量方式在原理上与组合测量法类似,只是用激光基准替代了实物基准。优点是非接触、能实现实时检测,同时还可以采用半导体激光经准直后替代双频激光,达到减小体积的目的;其缺点是光源的稳定性会直接影响最终的测量精度。

4 准直激光方向基准测量法

稳定的准直激光具有稳定的方向性。这种方法的原理都是以准直激光方向为基准。

6 准直激光偏振方向基准测量法

基于激光偏振方向的基准滚转角测量方法是最近国内外研究的一大热点。主要有以下几种：法拉第磁光调制法、纵向塞曼激光器法、横向塞曼激光器法、基于半导体激光器的液晶光阀分时调制法。

滚转角测量的关键有两点:一是基准的建立。基准的稳定性是测量的关键所在。以上这些测量方法所建立的基准可归结为两类:位置基准和方向基准。二是滚转角转化为易于测量的物理量。1

应用滚转角是三个Euler角之一，反应了飞机相对地面的姿态。通过滚转角我们能够了解飞行器的部分飞行状态， 滚转角能对飞行器状态进行反馈，并进一步控制飞行器状态。滚转角是飞行器飞行状态不可或缺的重要参数。