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

Prezentatsia_Simonyants_Rezhim_sovmestimosti

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
6.85 Mб
Скачать

 

Фазовый портрет движений в случае диагонального тензора инерции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 точки

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

равновесия :

 

 

(J

x

J

y

)sin2 0

 

0,

 

2

 

 

,

± π ,

 

4

 

 

.

2

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

2

 

C1 0, 1 , C3 0, 3 -устойчивые; C2 0, 2 , C4 0, 4 -неустойчивые.

c - Сепаратриса

- Область колебательныхL движений

- Область ротационныхR движений

R

 

 

c

L

L

L

 

C3

C1

C3

C4

 

C2

 

R

 

21

1.10.2. Случай невозмущённого плоского движения по тангажу при недиагональном тензоре инерции

 

 

d2

3

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

(J

 

J

 

 

)sin2

3

J

 

cos2 0

 

z dt

 

 

x

y

yx

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2

 

1

(Jx

Jy )sin2 Jyxcos2 0

 

 

 

В точке равновесия :

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Следовательно, в точке равновесия:

1

 

 

2Jyx

 

 

 

(Jx Jy )sin2 Jyxcos2 tg2

2

tg2 ,

где

 

 

Jx Jy

 

 

главной центральной осью инерции и строительной осью.

 

Положения равновесия

C1 0, 1 , C3 0, 3 ,C2

0, 2 и C4

0, 4

- угол между

определяются

 

2

 

 

 

и 4

3

 

2

2

значениями: 1 ,

, 3

 

.

Относительно местной вертикали колеблется ось минимального момента инерции. Поэтому фазовый портрет в плоскости ( , ) смещается

по оси 0 на угол .

22

1.10.3. Движение по тангажу при совместном действием гравитационного и постоянного моментов

Jz d22 3 2(Jx Jy )sin2 M

dt 2

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(J

x

J

y

)sin2 M

 

 

 

2

c

 

 

 

 

 

- Сепаратриса

 

 

 

 

 

 

L

- Область

 

 

 

 

c

 

 

колебательных

 

 

 

 

 

 

 

движений

 

 

 

 

 

 

R

- Область

 

 

 

 

 

 

 

ротационных

 

 

 

 

C1

 

 

движений

 

 

 

 

 

4 точки равновесия :

C1 0, 1 , C3 0, 3 - устойчивые;

C2 0, 2 , C4 0, 4 - неустойчивые.

R

L

C2

R

23

С увеличением постоянного момента область колебательных движений сжимается

 

3

 

2

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(J

 

J

) M,

M

 

(J

 

J

) .

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

2

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

C2,C3 C4

 

 

M

 

 

 

M

 

1

, 3

.

R

c

c

 

C3

C1

 

L

L

L

C4

C2

24

Критический случай: область колебательных движений исчезла – возможны только ротационные движения.

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(J

 

J

) M.

 

C1

C2, C3

C4,

L

2

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

C3,C4

C1,C2

R

 

Из любого начального положения на оси абсцисс (состояния покоя) тело переходит в ротацию.

25

1.10.4. Условия захвата градиентом гравитации

Тело захвачено градиентом гравитации, если его ось минимального момента инерции совершает лишь колебательные движения относительно местной вертикали (без ротации относительно осей 0x, 0y) .

Условие захвата. Фазовые координаты начальной точки движений по тангажу и крену должны принадлежать внутренним областям фазовых плоскостей, ограниченных сепаратрисами:

0, 0 k ,

, ;

 

d

 

dt

 

 

 

Условие захвата можно сформулировать как требование достаточной малости полной

механической энергии тела в движении относительно местной вертикали:

Eк Eп Eдоп.

Для захвата градиентом гравитации, необходимо погасить избыток кинетической энергии тела.

Если выполнены условия захвата градиентом гравитации, тело приобретает в движении по тангажу

постоянную составляющую угловой скорости, равную угловой скорости орбитального движения . При этом возникают гироскопические моменты по курсу и по крену, притягивающие ось максимального

момента инерции к бинормали.

Для того, чтобы управлять ориентацией тела захваченного гравитационном градиентом, необходимо располагать управляющим моментом, который по модулю больше суммы максимального гравитационного и максимального гироскопическогомоментов:

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

z

 

 

 

(J

x

J

y

),

M

y

> (J

z

J

x

) ,

M

x

 

2 (J

z

J

y

)

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

1.11.Малые колебания под действием гравитационного момента

вокрестности устойчивого положения равновесия

- мало так, что можно

1.11.1.В плоскости тангажа свободные колебания (либрация) при условии :

 

 

J

 

d2

 

3 2(J

 

 

J

 

) 0

 

d2

2 0

 

 

принять sin2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jx

Jy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t Az sin zt

z , t z

Az cos zt z

 

 

 

z

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0, 0

0

 

0 Az sin z, 0

z Az

cos z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tz

 

2

 

 

 

Jz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z 0

 

 

 

 

 

 

 

3 Jx Jy

 

Az

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

, arctg z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При J

y

J

x

J

z

 

 

T

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тело совершает незатухающие колебания, период которых соизмерим с периодом

орбитального движения.

Фазовые траектории:

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

2

 

 

 

А 2

,

А

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

z

0

 

 

27

 

 

z

 

 

 

 

 

z

1.11.2. Влияние произведений инерции (несимметричности распределения масс)

Случай плоского движения по тангажу в окрестности точки С1

 

Jz

d 2

 

 

 

 

 

2

1

(J x J y )sin 2 J yxcos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2 3

 

2 Jx J y

 

 

sin 2

3

2 J yx

cos 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

J z

 

 

 

 

J z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полагаем:

sin 2

 

 

2 ,

cos 2 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2

 

 

 

2 Jx J y

 

 

 

 

2 J yx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

J z

 

 

 

J z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J yx

 

 

 

t Аz

sin zt z

z ,

t

z Аz cos zt z

 

 

z

 

 

 

 

,

 

 

 

J x

J y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

z

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

x

J

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

, Аz

 

 

0

z 2

 

 

 

, z arctg

 

0

 

 

 

 

 

 

 

J z

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

,

-

угол между строительной и главной центральной осями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазовые траектории:

z

2

 

 

 

 

Az

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительно местной вертикали колеблется ось минимального момента инерции. Центральная строительная ось (связанная ось) колеблется со смещением на угол

28

1.11.3. Влияние постоянного момента МZ на движение по тангажу в окрестности точки С1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- мало так, чтоsin 2 2

J

 

d2

3 2

(J

 

J

 

 

) M

 

 

 

 

d2

 

2

 

Mz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z dt2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

Jz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Jx Jy )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

z

 

 

 

 

 

 

M

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3 2 (J

x

 

J

y

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jz z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

A

 

sin

t

z

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

A cos

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

z

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

0,

 

0 0

 

0

 

Az

sin z ,

 

 

 

 

 

 

 

Az cos z.

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Az

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

z

arctg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазовые траектории:

 

2

 

 

 

A2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительно местной вертикали колеблется ось минимального момента инерции, а центральные строительные (связанные) оси колеблются со смещением .

Это смещение - статическая ошибка , обусловленная действием постоянного момента МZ

Центробежные моменты инерции ( произведения инерции) оказывают практически такое же воздействие на тело, как и постоянный момент.

29

1.11.4. Компенсация постоянным моментом недиагональности тензора инерции

Компенсировать негативное влияние недиагональности тензора инерции (смещение z )

можно надлежащим выбором постоянного возмущающего момента. На рисунке для наглядности совмещены фазовые портреты для трёх случаев:

1)слева - колебание тела при Mz = 0,главная ось инерции которого смещена на 4о;

2)справа - колебания тела при таком значении Mz , которое в случае диагонального тензора инерции

о;

2) в центре - колебания тела, ось инерции которого смещена на 4о, но при том же значении Mz, что и во втором случае.

z

z

 

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]