Например, Бобцов

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕНЗОРА ИНЕРЦИИ ТЕЛА НА РЕВЕРСИВНО-СИММЕТРИЧНЫХ ПРЕЦЕССИЯХ В ОГРАНИЧЕННОМ УГЛОВОМ ИНТЕРВАЛЕ

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 531 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕНЗОРА ИНЕРЦИИ ТЕЛА НА РЕВЕРСИВНО-СИММЕТРИЧНЫХ ПРЕЦЕССИЯХ В ОГРАНИЧЕННОМ УГЛОВОМ ИНТЕРВАЛЕ В.Г. Мельников, Р.Ю. Кравчук, Г.И. Мельников, С.Н. Шаховал

Решается задача определения тензора инерции на основании прецессионного двухосного реверсивно-симметричного сферического движения тела при ограничениях на два угловых интервала. Получены расчетные формулы для инерционных параметров. Ключевые слова: матрица тензора инерции, угол прецессии, угол собственного вращения, реверсивно-
симметричная прецессия.

Известен способ параметрической идентификации пяти осевых моментов инерции тела на реверсивно-симметричном прецессионном двухосном движении тела вокруг неподвижной точки. Обобщим этот способ на случай отсутствия полных оборотов по углу собственного вращения. Пусть твердое тело вместе со сцепленной с ним системой Oxyz, собственной осью Oz c известным центром масс С, собственным углом поворота  совершает сферическое движение вокруг неподвижной точки O. При этом за рассматриваемый
конечный интервал времени мгновенная ось вращения тела описывает вокруг собственной оси Oz тела часть кругового конуса в некотором секторе [0 = 0, 5] при 6 = 5δ ≤ . Равномерной сетке узловых значений сопоставим шесть положений в теле мгновенной оси вращения c ортами, заданными строчными матрицами
ei  [ei1,ei2,ei3]  [cos i ,sin i , h]r, r  sin , h  ctg, i  0,1,...,5 . Пусть на реверсивно-симметричной прецессии [1–4] определены пять моментов инерции тела I1,, I5 . Имеем выражения осевых моментов инерции через компоненты тензора инерции:
Ii  J xei21  J yei22  J zei23  2J xyei1ei2  2J yzei2ei3  J xzei1ei3 , или

Ii



r2(1 2

Jx (1 cos 2i ) 

1 2

J y (1 cos 2i ) 

J z h2

 2J xy

sin 2i

 2h(J yz

sin i



J xz

cos i )).

Приводя подобные члены, получаем окончательные выражения для пяти осевых моментов,

Ii  r2 (X 2 Y cos 2)  Z sin 2i  F cos i  H sin i ), i  1,5 , с пятью инерционными коэффициентами, составленными из шести компонент тензора инерции:

(1)

X  (Jx  J y ) / 2  Jzh2, Y  (Jx  J y ) / 2, Z  Jxy , F  2Jxyh, H  2J yzh .
Выражения (1) объединяются в матричное строчное выражение

VA = I при I  [I1,, I5]r2, V  [X Y Z F H ],

(2)

1 1 1 1 1

 

cos(21

)

cos(22 )

cos(23 )

cos(24 )

cos(25

)

 

где

A



 

sin(21

)

 cos(1)

 sin(1)

sin(22 ) cos(2 ) sin(2 )

sin(23 ) cos(3 ) sin(3 )

sin(24 ) cos(4 ) sin(4 )

sin(25

)

 

.

cos(5 ) 

sin(5 ) 

Из уравнения (2) находим вектор-строку пяти неизвестных V  [ X Y Z F H ] , а также центро-

бежные моменты инерции тела и момент инерции относительно оси, соответствующий углу 0  0 :

V  IA1,

Jxy  Z,

J zx



1 2h

F,

J yz



1 2h

H,

I0  (X  Y  Z)r2 .

В случае   63,4 на круговом конусе равномерно распределены пять осей виртуального икосаэд-

ра, сцепленного с телом, и на реверсивно-симметричной прецессии экспериментально находятся пять моментов инерции, распределенных в секторе конуса [1–4]. Тогда моменты инерции относительно пяти
осей икосаэдра вычисляются по формуле, аналогичной (1), в которой следует заменить углы i  i на i  i2 /5. При этом вектор-строка V вычисляется по прежней формуле V  IA1 , но с новыми значе-
ниями строчной матрицы I . Момент инерции тела относительно шестой оси икосаэдра определяется отдельно на осевом реверсивно-симметричном вращении энергетическим методом, как указано в цитированных работах. Расчетные формулы компонент тензора инерции через найденные шесть моментов инерции приведены в [1–2].
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 10-08-01046).

1. Мельников В.Г., Едачев А.С., Мельников Г.И., Шаховал С.Н. Метод определения тензора инерции на программных движениях // Изв. Самарского научного центра РАН. – 2010. – Т. 12 (33). – № 1 (2). – С. 445–448.

Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 1 (77)

151

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
2. Мельников В.Г. Энергетический метод параметрической идентификации тензоров инерции тел // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – 2010. – № 1 (65). – С. 59–63.
3. Мельников В.Г. Идентификация компонент тензора инерции и координат центра масс тела на реверсивно-симметричных прецессиях // Вестник СПбГУ. Сер.1. Математика, механика и астрономия. – 2010. – Вып. 3. – С. 97–104.
4. Патент 2436055. Способ определения тензора инерции тела и устройство для его осуществления / опубл. 10.12.2011. Бюл. № 34. – 17 с.
Мельников Валентин Геннадьевич – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой, melni-
kov@mail.ifmo.ru Кравчук Раиса Юрьевна – ОАО «Ростелеком», инженер, ggarotta@gmail.com Мельников Геннадий Иванович – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор физ.-мат. наук, профессор, melnikov@ifmo.ru Шаховал Сергей Николаевич – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, shakhovalsergey@gmail.com

152

Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 1 (77)