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教學大綱


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燈號說明

審定:無
翻譯:陳思源 yongjiang Chen(簡介並寄信)
編輯:陳玉侖(簡介並寄信)


講師:

Jonathan P. How 教授
John Deyst 教授


課程目標

  1. 復習牛頓動力學的基礎。
    • 著重三維運動上
    • 迴旋動力學和轉動動力學
    • 處理座標變化的正式方法

  2. 拉格朗日陳述的運動方程
  3. 航天器飛行動力學和穩定性的分析
  4. 太空載具姿態動力學的分析


課程管理

  1. 復習牛頓動力學大概需要6節課
  2. 拉格朗日動力學大概需要6節課
  3. 三維空間內剛性物體的運動大概需要6節課
  4. 航天器/太空船動力學大約需要6節課
    • 期中考試#1將在第6次課堂結束之後進行,時間為1小時,考試成績約占期末總成績的15%。
    • 期中考試#2將在第14次課堂結束之後在進行,時間為1小時,考試成績約占期末總成績的20%。
    • 期末考試將在學期結束後進行,這次考試約占期末總成績的30%。
    • 作業-在每週四發下,隔週上課前交,全部作業約占期末總成績的35%。
      在上課的時候交或者放在我的辦公室,作業合作:你可以和其他同學一起討論,
      但是不允許抄襲,且繳交自己的作業。
    • 你將會需要用到MATLAB®。(一種非常不錯的矩陣計算的軟體)


課本

不是必須的,課堂講稿將會在上課的時候發,下面列出一些相關的參考書籍:
  1. Meriam 和 Kraige. 《工程力學-動力學》。Wiley, 2001.
  2. Hibbele 《工程力學-靜力學和動力學》 Prentice Hall.
  3. Beer 和 Johnston. 《工程向量力學》 McGraw-Hill
  4. Greenwood, 《動力學原理》,第二版. Prentice Hall [RB dynamics]
  5. Williams, Jr. 《應用動力學的基本原理》. Wiley,1996.
  6. Baruh. 《解析動力學》. McGraw Hill [相當的高級]
  7. Wells. 《拉格朗日動力學大綱》. McGraw Hill, 1967
  8. Goldstein. 《古典機械學》,第二版. Addison Wesley [非常高級]


課程16.61的目標是:

  1. 使用向量運動學的方法分析剛性物體的轉換和旋轉 - 並且利用適當形象加以解釋.
  2. 識別適當的同座標系並且能夠計算他們之間的轉換。
  3. 用牛頓和拉格朗日的公式來解決和闡述運動方程式.
  4. 使用基本的運動方程來計算航行器的基本飛行狀態。
  5. 使用基本的運動方程來計算低地球軌道太空船的運動姿態。


16.61這門課程可見的學習成果將是:

  1. 得出加速和旋轉的結構下的運動方程式。
  2. 用牛頓和拉格朗日的公式來解決運動方程式。
  3. 模擬並且預測交通工具的複雜的動態行為,例如射彈、飛機、太空梭。
  4. 使用 MATLAB®作為矩陣操作和動力學模擬的工具。
  5. 將和多數動力行為相關的6DOF運動線性化,來建立運動的基本模式。


MATLAB®為The MathWorks, Inc.的註冊商標。







Instructors

Prof. Jonathan P. How
Prof. John Deyst


Course Objectives

  1. Review of the basic Newtonian dynamics
    • Focus on 3D motion
    • Gyroscopic and rotational dynamics
    • Formal approaches for handling coordinate transformations

  2. Lagrangian formulation of the equations of motion
  3. Analysis of aircraft flight dynamics and stability
  4. Analysis of spacecraft attitude dynamics


Administrative

  1. Review of Newtonian dynamics ≈ 6 lectures
  2. Lagrangian dynamics ≈ 6 lectures
  3. Rigid body motions in 3D ≈ 6 lectures
  4. Aircraft/spacecraft dynamics ≈ 6 lectures
    • Midterm exam #1 in class (1 hour) after Lecture 6 (15%)
    • Midterm exam #2 in class (1 hour) after Lecture 14 (20%)
    • Final exam at the end of the semester (30%)
    • Homework - Out Thursdays, due following Thursday at beginning of class (35%)
      Hand-in in class or drop-off at my office. Collaboration: You can discuss problems
      with others, but you are expected to write up and hand in your own work.
    • You will definitely need access to MATLAB®


Textbooks

None required. Lecture notes will be handed out in class. But various books available for reference are:
  1. Meriam and Kraige. Engineering Mechanics - Dynamics. Wiley, 2001.
  2. Hibbeler. Engineering Mechanics - Statics and Dynamics. Prentice Hall.
  3. Beer and Johnston. Vector Mechanics for Engineers. McGraw-Hill.
  4. Greenwood. Principles of Dynamics. 2nd ed. Prentice Hall [RB dynamics].
  5. Williams, Jr. Fundamentals of Applied Dynamics. Wiley, 1996.
  6. Baruh. Analytical Dynamics. McGraw Hill [fairly advanced].
  7. Wells. Schaum's Outline of Lagrangian Dynamics. McGraw-Hill, 1967.
  8. Goldstein. Classical Mechanics. 2nd ed. Addison Wesley [very advanced].


Learning Objectives for Students Graduating from 16.61 will be Able to:

  1. Use methods of vector kinematics to analyze the translation and rotation of rigid bodies - and explain with appropriate visualizations.
  2. Identify appropriate coordinate frames and calculate the transformations between them.
  3. Formulate and solve for the equations of motion using both the Newtonian and Lagrangian formulations.
  4. Use the basic equations of motion to calculate the fundamental flight modes of an aircraft.
  5. Use the basic equations of motion to calculate the attitude motions of a low Earth orbit spacecraft.


Measurable Outcomes for Students Graduating from 16.61 will be Able to:

  1. Derive the equations of motion in accelerating and rotating frames.
  2. Solve for the equations of motion using both the Newtonian and Lagrangian formulations.
  3. Simulate and predict complex dynamic behavior of vehicles such as projectiles, aircraft, and spacecraft.
  4. Use MATLAB® as a tool for matrix manipulations and dynamic simulation.
  5. Linearize the 6DOF motions associated with most dynamic behavior to establish the basic modes of the motion.


MATLAB® is a trademark of The MathWorks, Inc.







 
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