本章的最终目标是,一架刚性飞机在扁圆形旋转地球上空的运动方程。平地方程描述了在重力恒定的非旋转地球上一小块区域上的运动,我们将作为特殊情况推导得出该方程。为了达到这个最终目标,我们将使用经典力学的矢量分析来建立运动方程,使用矩阵代数来描述坐标系的运算,并使用大地测量学、引力和导航中的概念来介绍地球形状和质量引力的影响。在第 2 章之前,作用在飞行器上的力矩和力(地球的质量引力除外)将是抽象的。在此阶段,只要有合适的力和力矩模型,这些方程就可以用来描述任何类型的航空航天飞行器(包括地球卫星)的运动。术语“刚性”意味着不允许结构灵活性,并且假定飞行器中的所有点始终保持相同的相对位置。在大多数情况下,这种假设对于飞行模拟来说已经足够好了,并且对于飞行控制系统设计来说也足够好了,前提是我们不试图设计一个系统来控制结构模式或减轻飞机结构上的气动载荷。运动方程处理所需的矢量分析通常会给学生带来困难,特别是角速度矢量的概念。因此,提供了相关主题的回顾。在某些情况下,我们已经超越了传统的飞行力学方法。例如,由于四元数具有“全姿态”能力以及在模拟和控制中的数值优势,因此引入了四元数。它们现在广泛应用于模拟、机器人、制导和导航计算、姿态控制和图形动画。主题来自
概要:生命活动,例如呼吸,是通过细胞、组织和器官的持续形状调节来完成的。开发具有形状变形能力的智能材料是迈向类生命系统和可穿戴电子设备、软体机器人和仿生执行器等新兴技术的关键一步。从细胞中汲取灵感,人们组装了智能囊泡系统来模拟生物形状的调节。这将有助于理解细胞形状的适应性,并指导具有形状变形能力的智能材料的设计。由两亲性分子组装的聚合物囊泡就是一个卓越的囊泡系统的例子。其化学多功能性、物理稳定性和表面功能性使其有望应用于纳米医学、纳米反应器和仿生系统。然而,由于聚合物链的低流动性和囊泡膜的低渗透性导致能量分布不均匀,因此很难驱动聚合物囊泡脱离平衡态来诱导形状转变。过去几十年来,大量的研究开发了各种驱动形状转变的方法,包括透析、化学添加、温度变化、聚合、气体交换等。如今,聚合物囊泡可以被设计成各种非球形形状。尽管取得了令人瞩目的进展,但目前关于聚合物囊泡形状转变的研究大多仍处于反复试验阶段。预测和编程控制聚合物囊泡的形状转变是一项巨大的挑战。深入了解聚合物囊泡的变形路径将有助于从反复试验阶段过渡到计算阶段。本文介绍了聚合物囊泡形状转变的最新进展。为了进行深入分析,我们将聚合物囊泡的形状转变分为基本变形和耦合变形。首先,我们讨论聚合物囊泡的基本变形,重点关注两种变形路径:扁圆形路径和扁长圆形路径。并介绍了触发不同变形路径的策略。其次,我们探讨了两种变形途径选择性的起源以及控制这种选择性的策略。第三,我们探讨了聚合物囊泡的耦合变形,重点关注两种基本变形途径的切换和耦合。最后,我们分析了聚合物囊泡形状转变的挑战与机遇。我们设想,对变形途径的系统理解将推动聚合物囊泡形状转变从反复试验阶段进入计算阶段。这将使我们能够预测纳米颗粒在血液和间质组织等复杂环境中的变形行为,并最终获得人造应用所需的先进结构。