On the Movement of Gyrostat under the Action of Potential and Gyroscopic Forces

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A system of differential equations is considered that describes the motion of a gyrostat under the action of the moment of potential, gyroscopic and circular-gyroscopic forces. The form of the moment of forces is indicated for which the system has the three first integrals of a given form. An analog of V.I. Zubov’s theorem for representing solutions of gyrostat equations by power series is given, and the possibility of using this approach to predict motions is shown. For an analogue of the Lagrange case, integration in quadratures is performed. Analogues of the case of full dynamical symmetry and the Hess case are also indicated. Based on the principle of optimal damping developed by V.I. Zubov, a design of the control moment created by circular-gyroscopic forces is proposed, which ensures that one of the coordinates reaches a constant (albeit unknown in advance) value or the transition of the state vector to the level surface of the particular Hess integral. A numerical example is given, for which a two-parameter family of exact almost periodic solutions, represented by trigonometric functions, is found.

About the authors

Alexander A. Kosov

Matrosov Institute for System Dynamics and Control Theory of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: kosov_idstu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1352-1828

Leading researcher, Matrosov Institute for System Dynamics and Control Theory 

Russian Federation, 134, Lermontov Str., Irkutsk, 664033, Russia

Eduard I. Semenov

Matrosov Institute for System Dynamics and Control Theory of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: edwseiz@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9768-9945

Senior researcher, Matrosov Institute for System Dynamics and Control Theory

Russian Federation, 134, Lermontov Str., Irkutsk, 664033, Russia

References

  1. V. V. Golubev, Lectures on Integration of the Equations of Motion of a Rigid Body about a Fixed Point, Israeli Program for Scientific Translations, Israeli, 1960, 287 p.
  2. I. N. Gashenenko, G. V. Gorr, A. M. Kovalev, Classical problems in the dynamics of rigid body, Naukova Dumka Publ., Kiev, 2012, 441 p.
  3. V. I. Zubov, Analytical dynamics of the system of bodies, LSU publishing house, Leningrad, 1983, 344 p.
  4. S. Nikolov S., N Nedkova, “Dynamical Behavior of a Rigid Body with One Fixed Point (Gyroscope). Basic Concepts and Results. Open Problems: a Review”, Journal of Applied and Computational Mechanics, 1:4 (2015), 187–206.
  5. A. V. Belyaev, “On the general solution of the problem of the motion of a heavy rigid body in the Hess case”, Sbornik: Mathematics, 206:5 (2015), 621-649.
  6. M. Romano, “Exact analytic solution for the rotation of a rigid body having spherical ellipsoid of inertia and subjected to a constant torque”, Celestial Mech. Dyn. Astr., 100:3 (2008), 181–189.
  7. G. V. Gorr, A. V. Maznev, “On solutions of the equations of motion of a rigid body in the potential force field in the case of constant modulus of the kinetic moment”, Rigid Body Mechanics, 47 (2017), 12–24.
  8. G. V. Gorr, A. V. Maznev, “Precession and isoconic motions of a rigid body under the potential and gyroscopic forces”, Rigid Body Mechanics, 45 (2015), 26–39.
  9. H. M. Yehia, A. A. Elmandouh, “Regular Precession of a Rigid Body (Gyrostat) Acted upon by an Irreducible Combination of Three Classical Fields”, Journal of Physics A. Mathematical and Theoretical, 46:14 (2013), 142001.
  10. H. M. Yehia, A. A. Elmandouh, “A new conditional integrable case in the dynamics of a rigid body-gyrostat”, Mech. Res. Commun, 78 (2016), 25–27.
  11. A. A. Kosov, E. I. Semenov, “On first integrals and stability of stationary motions of gyrostat”, Physica D: Nonlinear Phenomena, 430 (2022), 133103.
  12. V. I. Zubov, Problem of stability of control processes, Publishing house Sudostroenie, Leningrad, 1980, 253 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Kosov A.A., Semenov E.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».