风螺旋线的切线(一)

风螺旋线的切线(一)

2015-11-15 刘崇军 风螺旋线

  之前讨论过风螺旋线的计算公式,有了公式按理说求切线应该很容易,对公式求导数即得切线,然而这样做之后会发现,公式会非常的复杂并且没有效率。所以切线的计算还得换个思路。

  风螺旋线上的每一个点,我们可以看做是一个圆弧(半径为Eθ)的边界点,那么与这个圆弧相切的直线必然与Eθ相垂直,同时,这条直线也是风螺旋线在该点的切线(下图中的c3线)。


  上图中可以看到,c3与ρ线之间的夹角并不是90°,要计算这个角度会非常的复杂(很多人都陷在了这个计算过程里不能自拔)。换个角度来看,c2与c1线之间永远等于DA(偏流角),只是看起来仿佛越来越大,实际上一直符合速度三角形的结构。

  这样来看,从a点出发,按照θ角画线,得到c1,c1与标称转弯半径弧的交点是b点,到达b点后,向后偏转一个DA角,得到c2线的方向,延c2向前移动Eθ距离得到c点,就是风螺旋线与θ角相关的切点(也可称为边界点),将c2偏转90°即得到切线c3。由于c2是从圆心画出的线条,因此,它与对应的Eθ圆弧为垂直关系,同时垂直于c3。

  将这样的结论进行扩展,可以发现,θ角与切线之间存在1-1对应关系,即每一个θ角或以直接计算出一个切线位置,切线的角度(在顺时针扩散的风螺旋线中)为 θ-DA+90。

  对果要对切线外扩15°或是内收30°,直接在θ角上增减即可。

  举个例子:已知转弯后的标称航迹磁航向为120°,求PBN转弯外边界切线的角度。

  首先,平行于标称航迹的切线对应的θ角度为

θ=120-90+DA=30+DA。

  用这个θ角来解决下面两个问题:

  外扩15°的切线角度为 θ15=θ-15=15+DA。

  内收30°的切线角度为 θ30=θ+30=60+DA。

(以上公式均基于从磁北零度角开始顺时针扩散的风螺旋,且顺时针方向角度增大为前提。)

  根据风螺旋线的计算公式,在知道θ角度之后,可以得到具体的位置点,因此在已知标称航迹方向的情况下,求切点位置,是一个精确计算的过程。不需要递归推导等等复杂的内容,大家不要想复杂了。

  烧脑结束,休息一下。

  在计算切线的时候并不需要风螺旋公式,这一点多少让人有点沮丧,难道这个公式是个然并卵的东东吗?

  其实了解公式的过程也是一个深入理解的过程,至于切线,我们有更好的算法时,自然不必从公式去硬推切点。前图中,从a点经ρ线直接去求c点切线,必然是一个复杂的过程,但是经过b点去过渡一下,无论从理解上还是计算上都会非常的简便,这就是思路的变化带来的简化。

  回答一个问题相对的容易,但要解决一个问题则是需要考虑更多的内容,这就是“答案”与“解决方案”的区别。

 


  已知标称航迹求切线位置,可以直接计算得到;如果要让切线经过一个指定的位置点,则又是另一种计算方法,下次再来讨论。

 


  与此话题相关的论文已发表于2014年第8期的《空中交通》杂志,该论文的引用格式如下:
刘崇军.风螺旋线的深度分析[J].空中交通,2014(8):80-84.

 
 

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原文地址:https://www.cnblogs.com/windspiral/p/7860403.html