1. 引 言
自 17 世纪 80 年代牛顿开创经典力学以来，动量便被赋予了新的定义，即动量是与物体的质量和速度相关的物理量。动量定理广泛适用于自然界中，动量系统亦广泛应用于人类社会中，很多重大发明、创造都与动量系统息息相关。陀螺仪作为角动量系统( 动量矩系统) 的典型代表，于 20 世纪初出现在动量应用行业的尖端领域。时至今日，随着科技前沿的不断拓展，动量系统结构也随之不断迭代，各种动量系统的结构模型早已包罗万象。本文结合动量系统与角动量系统的常规结构，提出一种复合式动量系统，并在此系统基础上构建一个特定的结构模型，分析研究该模型在零重力环境下的动量特性。
2 .动量系统、角动量系统及复合式动量系统
2.1动量系统
动量又称线性动量。在经典力学中，动量表示为物体的质量和速度的乘积，是与物体的质量和速度相关的物理量，指的是运动物体的作用效果。动量是矢量，其方向与速度的方向相同。动量系统即相互间有作用力的物体系，且该物体系的运作机理遵循动量守恒定律。
2.2 角动量系统
在物理学中，角动量是与物体到原点的位移和动量相关的物理量。在经典力学中可被定义为物体到原点的位移和其动量的叉积，反映不受外力作用或所受诸外力对某定点的合力矩始终等于零的质点和质点系围绕该点运动的普遍规律。角动量系统即相互间存在特定力学关系的物体系，其中质点对固定点的角动量对时间的微商等于作用于该质点上的力对该点的力矩，且该物体系的运作机理遵循角动量守恒定律。
2.3复合式动量系统
所谓复合式动量系统即其结构形式为常规动量系统与角动量系统相结合，其动量特性为两种系统动量特性相复合的动量系统，亦可称之为多体系动量系统。在该系统中，通过常规动量系统和角动量系统特定的连接结构及运转方式，可达到动量与角动量之间相互转化的效果，进而合成复合式动量系统特有的复合动量，其动量特性即为复合式动量特性。
2.4陀螺仪及其特性
对绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺或陀螺仪。通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下，陀螺会在不停自转的同时，环绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进，又称为回转效应。陀螺仪的力学特性主要有以下两点。
（1）陀螺仪的定轴性
当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向; 同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。
( 2) 陀螺仪的进动性
当转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，陀螺仪将绕内环轴转动; 若外力矩作用于内环轴，陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性叫做陀螺仪的进动性。 |
