Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Prezentatsia_Simonyants_Rezhim_sovmestimosti

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
6.85 Mб
Скачать

Магнитное поле Земли

в проекциях на орбитальные оси координат

 

Bxo

Bэh cosu sini,

Byo 2Bэh

sinu sini,

 

 

 

 

 

 

h

3

 

 

Bzo

Bэh cosi, Bэh

Bэo 1

 

 

.

(7)

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

B

– индукция МПЗ на высоте h над поверхностью

 

 

эh

 

Земли у её геомагнитного экватора;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bэo

0,313 гс при h = 0;

 

 

 

 

 

u – аргумент широты;

i угол наклона плоскости орбиты к плоскости геомагнитного экватора;

11

1.7.Гравитационный момент

1.7.1.Физика явления:

Центр тяжести смещён относительно центра масс

Mг F

F сила тяжести,

r с rс радиус-вектор центра тяжести, rо радиус-вектор центра масс,

эксцентриситет силы тяжести:

rс rо ,

Mг гравитационный момент.

1.7.2. Элементарные силы гравитации в проекциях на орбитальные оси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dm r

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

r

 

 

 

 

 

 

 

 

dFy0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r x2

(y R)2

z2

 

dF

0

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

dm

x ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

0

 

 

 

2

dm

y

 

dm

,

 

 

R2

 

 

 

R3

0

 

- гравитационный

 

 

dm

z0.

 

 

параметр планеты

 

R3

 

 

 

12

1.8.Гравитационные моменты относительно орбитальных осей

1.8.1.Элементарные моменты гравитации

dM

г

dF y dF z

0

,

 

x

z

0

0

y

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

г

dFx

z0

dFz

x0,

dMy

 

0

 

0

 

0

 

 

 

г

dF x dF y .

dM

 

z0

y0

0

x0

 

0

 

dM

dM

dM

г

x0

г

y0

г

z0

dm

3 R3 z0 y0,

0,

dm

3 R3 x0 y0.

В положении, когда связанные оси совмещены с орбитальными:

г

г

 

г

 

 

 

 

 

 

 

Mx0

Mx

dMx0

3

 

z ydm 3

 

Jyz.

 

R3

R3

 

 

Mxг 3

 

 

Jyz; Myг 0; Mzг 3

 

Jxy

 

R3

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

1.8.2. Гравитационные моменты относительно связанных осей

x , y ,z

0

x, y,z dMг

 

,dM

г

,dM

г

 

dM,dM

г

 

,dMг

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dMг

 

x, y,z dxdydz,

 

dM

г

x, y,z dxdydz,

 

dMг

 

x, y,z dxdydz

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

г

3 2

(J

y

J

z

)a

22

a

 

(J

xz

a

22

J

xy

a )a J

yz

(a2

a2

 

) ,

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

32

 

12

 

 

22

32

 

 

 

 

 

г

3 2

(J

 

J

 

)a a

 

 

(J

 

 

a J

 

 

a )a

 

 

J

 

 

 

(a2

a2

) ,

 

 

M

z

x

 

 

yx

 

yz

 

22

 

xz

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

12

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

12

 

 

 

 

32

12

 

 

 

 

 

г

3 2

(J

 

J

 

)a a

 

 

(J

 

 

a J

a

 

 

)a

 

 

J

 

 

 

(a2

a2

 

) .

 

 

M

x

y

22

zy

 

22

 

 

 

yx

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

12

 

zx

 

 

 

32

 

 

12

22

 

 

 

a12 sin cos ,

a22 sin sin sin cos cos , a32 sin sin cos cos sin .

- Пример для проверки: идеальная стабилизация (связанные оси совмещены с орбитальными осями):

0 a22 1, a12 a32 0.

M

г

3 2J

yz

, M

г

0,

M

г

3 2J

xy

,

 

x

 

 

y

 

 

z

 

 

14

- Гравитационные моменты при движении в плоскости тангажа и произвольном тензоре инерции

 

г

 

2

1

 

 

 

2

 

 

 

 

M x

3

 

 

 

 

Jxz

sin 2 J yz cos

 

 

 

 

 

2

 

 

0, 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

2 1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

a sin ,

M y

3

 

 

 

J yz sin 2 Jxz sin

 

 

 

 

12

2

 

 

 

 

a22 cos ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

a32 0.

M zг

3

2

 

 

 

(Jx

J y )sin 2 J yxcos2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Гравитационные моменты при движении в плоскости курса и произвольном тензоре инерции

M

г

3 2J

yz

,

0, 0

 

x

 

 

 

 

a12 0,

 

г

0,

 

 

 

 

My

 

 

 

 

a22 1,

 

г

3J

 

2.

a32 0.

M

yx

 

z

 

 

 

 

 

- Гравитационные моменты при движении в плоскости крена и произвольном тензоре инерции

M

г

3 2

1

 

(J

 

J

 

)sin2 J

 

 

 

cos2

 

,

x

 

 

z

y

yz

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

г

3

2

 

 

1

J

 

sin2 J

 

sin

2

 

 

,

 

 

 

y

 

 

 

 

yx

xz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

3 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2

.

 

 

 

 

M

 

J

 

sin2 J

 

 

 

 

 

z

 

 

 

zx

yx

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, 0

a12 0,

a22 cos , a32 sin .

15

- Гравитационные моменты, можно выразить через углы ориентации связанных осей относительно главных центральных осей инерции:

 

M г

 

 

3

2

(J

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

Jyx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

sin 2 2

 

 

cos2

 

 

 

 

 

 

 

J

 

J

 

 

 

 

z

 

 

 

2

 

 

 

 

x

 

 

y

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

(J

x

J

y

)

sin 2

sin2

cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

(J

x

J

y

)

 

 

1

 

 

 

sin 2 cos2 sin2 cos2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 2

 

 

 

 

 

M z

 

 

 

 

(Jx Jy )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

cos2

 

sin 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

При 0 M z

 

 

 

(Jx Jy )

 

 

 

 

 

3

Jxy

 

2

 

cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Jxy

tg 2

Jy Jx

- угол между строительной осью Oz

и главной центральной осью инерции Oz .

M

г

 

3

2

 

(J

 

J

 

 

 

 

 

2Jyz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) sin2

 

 

 

 

cos2

 

x

 

 

 

 

 

 

z

y

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

J

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

г

 

 

3

 

2

(J

 

 

J

 

)

sin2

,

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

z

y

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- угол между строительной осью Ox

 

 

tg 2

 

 

2Jzy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и главной центральной осью инерции Ox .

 

 

 

Jz

Jy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

- Гравитационные моменты в плоских движениях при диагональном тензоре инерции:

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MXГ

*2 (Jz Jy )sin2 ,

 

M Г

2

(J

x

J

y

)sin2 .

 

M Г

0,

 

 

 

2

 

 

Z

2

*

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

Jz Jx Jy :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MXГ момент, стабилизирующий по крену относиткльно

положения = 0 ( >0

M

Г

0; 0

M

Г

0 ),

 

 

X

 

 

X

 

MZГ момент, стабилизирующий по тангажу относиткльно

положения = 0

( >0

Г

0; 0

Г

0 ),

MZ

MZ

MYГ по курсу стабилизирующий момент от гравитации отсутствует.

Гравитационный момент поворачивает ось минимального момента инерции

в направлении к радиус-вектору (к местной вертикали).

17

1.9. Гироскопические моменты корпуса при неподвижном положении связанных осей относительно орбитальной системы координат

1.9.1. Общий случай ориентации при недиагональном тензоре инерции

M* *2 (J

z

J

y

)а а

(J

а

J

а )а

J

yz

(а2

 

x

 

 

 

33 23

 

xy 33

 

 

xz 23

13

 

33

 

* *2 (J

 

J

 

)а а

(J

а

J

 

а )а

 

J

 

(а2

M

x

z

 

23

xz

 

y

 

 

 

13 33

 

yz 13

 

xz 33

 

13

*

*2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Jx)а13а23

 

 

 

 

 

 

 

 

Mz

 

(Jy

(Jxzа23 Jyxа13)а33 Jxy (а23

а2

)

,

23

 

 

а2

) ,

33

 

 

а2

) .

13

 

 

а13 sin ,

а23 cos sin ,

а33 cos cos .

- Связанные оси повёрнуты в плоскости тангажа:

*

*2

Jyz;

*

*2

*

0.

Mx

 

M y

 

Jxz; Mz

- Связанные оси повёрнуты в плоскости курса:

*

*2

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

Mx

 

 

 

 

Jxy sin2 Jyz cos

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

*2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M y

 

 

 

 

(Jz Jx )sin2 Jxz cos2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M*

*2

J

yx

sin cos J

xy

sin2

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, 0, 0

а13 0,

а23 0,

а33 1

0, 0

а13 sin ,

а23 0,

а33 cos

18

Связанные оси повёрнуты в плоскости крена:

0, 0 а

 

sin ,

а 0,

а

cos

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

23

 

 

 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

*2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mx

 

 

 

(Jz

Jy )sin2 Jyz

cos2

 

,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

*2 J

 

 

sin2 J

 

cos2

 

,

 

 

 

 

 

M

xz

xz

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Mz

 

 

 

Jxz sin2 Jxy sin

 

 

.

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гироскопические моменты при плоских отклонениях и при диагональном тензоре инерции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M* 1

 

 

 

 

M*

1

*2(J

 

J

 

)sin2

 

*2(Jz Jx )sin2

 

Mz

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

z

 

y

 

 

y

2

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние гироскопических моментов орбитального движения

-В плоскости тангажа: отсутствует

-В плоскостях крена и курса: оказывает стабилизирующее действие,

если момент инерции по тангажу максимальный;

19

1.10. Движение в плоскости тангажа под действием гравитационного момента

1.10.1. Случай невозмущённого плоского движения при диагональном тензоре инерции

Уравнения движения:

 

 

 

 

d2

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

d2

 

3

 

2

(J

 

J

 

)sin2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jz

 

 

 

 

 

 

Mx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z dt2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исключаемвремя:

 

d

2

 

 

 

d d

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d d

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

dt

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

2

 

J

x

J

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

sin2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

2

 

 

 

Jz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл энергии:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jz d

 

=

 

 

 

 

*

(Jx

 

Jy

 

) sin2 d E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кинетическая энергия: Eк

=

d

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потенциальная энергия: Eп

 

=

*2(Jx Jy ) sin2 d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение фазовой траектории:

 

 

 

 

 

J 2

3

 

 

 

 

2

Jx Jy sin2 d E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h bcos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h - const, находится из начальных условий

20

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]