第一课：坐标系 - 我们如何描述一架飞机？
欢迎来到我们的第一次飞行力学课！这架波音 747 就是我们的教具。我们需要先学会飞机的“世界观”。在飞行力学中，我们至少需要两种不同的“视角”或“参考框架”来精确描述飞机的状态。
1. 机体坐标系 (Body Frame) - “自我的视角”
想象一下，你就是这架飞机的驾驶员，坐在驾驶舱里。你所关心的一切，都是相对于你自己而言的。
- 向前是机头的方向。
- 向右是你右手侧机翼的方向。
- 向下是你脚下、机腹的方向。
这套完全固定在飞机自身、并随飞机一起运动的坐标系，就是机体坐标系，我们通常用 Xb, Yb, Zb 来表示。
Xb轴 (滚转轴): 从飞机质心指向机头。Yb轴 (俯仰轴): 从飞机质心指向右翼。Zb轴 (偏航轴): 从飞机质心指向机腹（向下）。
机体系是我们讨论飞机自身气动力、力矩和姿态旋转的基础。它告诉我们，从飞机的角度看，发生了什么。
2. 东北地坐标系 (NED Frame) - “世界的视角”
现在，想象你是一个在地面塔台的管制员。你关心的不是飞行员的感觉，而是飞机在整个世界中的位置和朝向。
- 向北 (North)
- 向东 (East)
- 向下 (Down) (指向地心)
这套固定在地球表面某一点的坐标系，就是东北地坐标系 (North-East-Down Frame)，我们通常用 Xn, Ye, Zd 或 N, E, D 来表示。
东北地坐标系是我们描述飞机航迹、地理位置和与地面相对姿态的绝对参考。它告诉我们，从地面的角度看，飞机在哪里，朝向何方。
3. 交互式探索：两个视角的对话
理论总是枯燥的，让我们在下面的 3D 实验室里亲手感受一下！
- 任务1: 现在，请勾选 “半透明机身 (X-Ray)”。这可以控制我们的教具——波音 747 变成半透明的样子，有利于我们观察坐标系的变化。
- 任务2: 请勾选 “机体系 (Body)”。注意看这个红绿蓝三色的坐标系是如何牢牢地“钉”在飞机模型上的。无论你怎么用鼠标拖动旋转飞机，它都随之而动。
- 任务3: 现在，请勾选 “东北地 (NED)”。你会看到场景中央出现一个更大的坐标系。可以看到白色的箭头指着N，这是我们的指北针，这个坐标系是相对于我们的地球的。
飞行动力学的全部奥秘，几乎都蕴含在这两个坐标系之间复杂的相对运动之中。
总结与思考
在第一课中，我们建立了两个最重要的参考框架：
| 坐标系 | 别名 | 作用 |
|---|---|---|
| 机体坐标系 | 自我视角 | 描述作用在飞机上的力、力矩和姿态变化。 |
| 东北地坐标系 | 世界视角 | 描述飞机在地理空间中的位置和绝对姿态。 |
当一架飞机从水平飞行状态，机头拉起（这个动作叫“俯仰”）时，你认为机体系的
Xb轴和Zb轴，相对于东北地坐标系的N轴和D轴，发生了怎样的角度变化？
带着这个问题，我们将在下一课中学习描述这种角度变化的语言——欧拉角。