Aerodynamics (气动物理知识库)

1. 相对风速与来流 (Relative Wind & Flow)

在火箭飞行的气动计算中，最为核心的输入矢量是**“来流矢量 (Flow Vector)”。这实际上是指火箭相对于空气的速度矢量**。

在旧版（src_legacy）代码中，上升段与下降段的气动算子内曾出现过乘 -1 补符号的问题，这是因为两者的“速度系”输入基准不一致：

• 上升段计算的是“风相对于火箭的速度”（$\vec{V}{wind} - \vec{V}$），所以在气动角算子内需要乘 -1 转回。
• 下降段计算的是“火箭相对于风的速度”（$\vec{V}{rocket} - \vec{V}$），无需乘 -1。

统一原则： 在重构后的 FCC-Dynamics-C 架构中，进入气动算子的物理矢量，必须严格统一物理意义。 推荐统一使用 来流速度矢量 $\vec{V}_{\infty}$（即火箭相对空气的速度：$\vec{V}{rocket} - \vec{V}$）在相应体轴系（Body Frame）下的投影。

2. 气动角的几何定义 (Aero Angles)

以 $\vec{V}_{flow}^{Body}$ 表示火箭相对于空气的速度矢量在 Body 系下的投影，其分量为 $[V_x, V_y, V_z]$。

2.1 攻角 Alpha ($\alpha$)

在机体纵向对称面（通常为 X-Y 面）内，速度矢量与机体 X 轴的夹角。

• 计算公式：$\alpha = \arctan\left(\frac{-V_y}{V_x}\right)$
• 注：符号约定依赖于 Body 系的定义。当气流从下方吹来（$V_y$ 为负）时，产生正的攻角。

2.2 侧滑角 Beta ($\beta$)

速度矢量与机体纵向对称面的夹角。

• 计算公式：$\beta = \arcsin\left(\frac{V_z}{|\vec{V}_{flow}|}\right)$

2.3 综合气动角与倾侧角

• 总攻角 Alpha_A ($\alpha_A$) / Alpha_Q ($\alpha_Q$)：总速度矢量与火箭纵轴（X轴）的夹角。
• 气动倾侧角 FAI_Q ($\Phi_Q$)：反映侧滑和攻角组合平面的象限角。

3. 牵连速度补偿 (Coriolis & Centrifugal Effects in Wind)

发射系 (Launch Frame) 是固连于地球表面的非惯性系。火箭在发射惯性系 (LIC) 下的速度 $\vec{V}_{rocket}^{LIC}$ 转换为发射系下的速度时，必须扣除由地球自转引起的牵连速度。

$$ \vec{V}{rocket}^{Launch} = C^{Launch}(t) \times [\vec{V}{rocket}^{LIC} - (\vec{\omega} \times \vec{r}_{ECF})] $$

同时，当地风速模型（通常基于当地地理系给定风向 $\theta_{wind}$ 和风速 $V_{wind}$）也需要通过发射方位角 ($A_0$) 和航程角 ($Range_Angle$) 投影到发射系，甚至进一步投影到发射惯性系 (LIC)，从而在统一的坐标系（或视图 View）下完成 $\vec{V}{rocket} - \vec{V}$ 的矢量减法。