2.1.1 坐标系

百度文库：飞行器常用坐标系
为了明确描述飞机的运动状态，必须选定适当的坐标系。例如，为确定飞机相对于地面的位置，就必须采用地面坐标系，飞机的转动可用机体轴系表示，飞机的轨迹运动可采用速度轴系。
1．地面坐标系：（地轴系）Sg–ogxgygzg
原点o为地面上某一点（例如飞机起飞点）。ogxg轴处于地平面内并指向某方向（指向飞行航线）；ogyg轴也在地平面内，且垂直于ogxg指向右方；ogzg轴垂直于地面指向地心。坐标按右手定则规定，拇指代表ogxg轴，食指代表ogyg，中指代表ogzg轴。
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2．机体坐标系：(机体轴系)Sb–oxyz
原点o取在飞机质心处，坐标与飞机固连。ox轴在飞机的对称面内且与翼弦平行，称为飞机的纵轴，以指向机头为正；oy轴垂直于飞机对称面指向右方；oz轴在飞机对称面内，且垂直于ox轴并指向下方。
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3．速度坐标系：(速度轴系)Sa–oxayaza
坐标系也称气流坐标系(图2-2)。原点o取在飞机质心处，oxa轴与飞行速度的方向一致，一般情况下，不一定在飞机对称平面内；za轴在飞机对称面内垂直于oxa轴指向机腹；ya轴垂直于xaoza平面指向右方。
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2.1.2 飞机的运动参数

1．飞机的姿态角
三个姿态角表示机体轴系与地面轴系关系，定义如下（参看图2-1）：
（1）俯仰角θ——机体轴ox与地平面间的夹角，以抬头为正。
（2）偏航角ψ——机体轴ox在地面上的投影与地轴ogxg间的夹角，以机头右偏航为正。
（3）滚转角Φ——又称为倾斜角，指机体轴oz与包含机体轴ox的铅垂面间的夹角，飞机向右倾斜时Φ为正。
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2．速度轴系与地面轴系的关系
以下三个角度表示速度坐标系与地面坐标系的关系：
（1）航迹倾斜角γ——飞行速度矢量与地平面间的夹角，以飞机向上飞时为正。
（2）航迹方位角χ——飞行速度矢量在地平面上的投影与ogx g轴间的夹角，以速度在地面的投影在ogxg轴的右边为正。
（3）航迹滚转角μ——速度轴oza与包含速度轴oxa的铅垂面间的夹角，以飞机右倾斜为正。
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速度坐标系与地面坐标系

3．速度向量与机体轴系的关系
（1）迎角α——速度矢量在飞机对称面上的投影与机体轴ox的夹角。以的投影在ox轴之下为正。
（2）侧滑角β——速度矢量与飞机对称面的夹角。以处于对称面之右时为正。
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速度向量与机体轴系
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2.1.3 飞行空间运动的描述

利用上述坐标系的相对关系，可以把飞机在空间的六个自由度运动描述为姿态和轨迹运动两种形式。
姿态运动：飞机绕着本身的重心相对于机体坐标系的运动。绕着重心的运动是在力矩的作用下产生的机体转动运动。转动运动量可用固连机体轴系相对于地轴坐标系间的欧拉角来表示。这些欧拉角又称为飞机的姿态角，即偏航角ψ，俯仰角θ和倾斜角Φ。
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轨迹运动：飞机的重心相对于参考坐标系的运动。如飞机重心相对地轴系的关系，表示出的飞行高H、侧向偏离Z和飞行距离L。
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2.1.4 飞机的操纵机构

飞机的运动通常利用升降舵、方向舵、副翼及油门杆来控制。下面叙述一下飞机各操纵机构的偏转极性及产生的力矩的极性。
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2.1.5 关于稳定性和操纵性的概念

飞机的飞行运动可分为基准运动和扰动运动。
基准运动（也称未扰运动）是指各运动参数完全按预定的规律变化。
扰动运动是指由于受到外干扰而偏离基准运动的运动。外干扰可能来自大气的扰动、发动机推力的改变或驾驶员的偶然操纵等。
在外干扰作用停止之后，至少在某一段时间内，飞机不按基准运动的规律运动，而是按扰动运动的规律运动。经过一段时间，若飞机能从扰动运动恢复到基准运动，则称基准运动是稳定的。若扰动运动越来越离开基准运动，则称基准运动是不稳定的。若扰动运动既不恢复也不远离基准运动，则称基准运动是中立稳定的。这样的定义是运动稳定性的定义，也称为动稳定性。
解算动稳定性问题是比较复杂的，在飞机气动设计之初还不具备解算动稳定性的条件，但又必须考虑动稳定性问题。为了在一定程度上控制稳定性品质，提出了静稳定性概念。提出静稳定性概念并不是说飞机有两种意义的稳定性。
稳定性是唯一的，即动稳定性，静稳定性是指在外干扰停止作用的最初瞬间，鉴别运动参数变化的趋势。例如，飞机受扰后，迎角α偏离原平衡位置；干扰消除后，靠飞机本身的气动特性（驾驶员不偏转舵面）使飞机有恢复、远离或既不恢复也不远离平衡位置的趋势，分别称为静稳定、静不稳定和静中立稳定。
操纵性问题与稳定性问题相互区别又相互关联。操纵性问题研究的是为实现某一飞行状态应该怎样操纵飞机，以及易于操纵的条件，操纵力是否适度，飞机对操纵响应的快慢等。飞机稳定性和操纵性的好坏，完全取决于飞机的气动特性和结构参数（如重量大小、转动惯量等）。因此，我们只有从研究作用在飞机上的外力着手，建立飞机的运动方程式，才能对稳定性和操纵性问题作出定量分析。
对飞机运动的控制通常是利用“三舵”、“一杆”进行的。三舵指的是三个运动舵面，即升降舵，用来控制飞机的俯仰运动；方向舵用来控制飞行的偏航运动；副翼用来控制飞机的倾斜运动。－杆即是指发动机的油门控制杆，用来控制发动机的推力大小。飞机的四个操纵机构，亦称为飞机的四个控制量，用来控制飞机在空间的六个自由度运动，或者说控制飞行的六个被控参量：三个位移量（高度H、速度V和侧向偏离Z），三个角运动量（俯仰角θ、偏航角ψ和倾斜角Φ）。由此我们可以把飞机在空间的运动表示成图2-6所示的动力学环节。图中左侧的δx、δy、δz、δp称为环节的输入量或控制作用，右侧的θ、Φ、ψ、H、V和Z称为环节的输出量，亦称被控制量。