تحلیل، شبیه سازی و آنالیز خطای ژیروسکوپ آزاد یک گلوله ی هوشمند

پیشرفت علوم و فنون هوافضا و دریا در دهه های اخیر، لزوم ابداع وسایل هدایت و کنترل دقیق را بیش از پیش آشکار ساخته است. از همین رو ژیروسکوپ به عنوان عنصر اصلی هدایت و ناوبری در هواپیماها، کشتی ها، زیردریایی ها و فضاپیماها، بسیار مورد توجه قرار داشته و دارد. از آن جایی که تاکنون در کشور تحقیقات تئوری و عملی قوی جهت ساخت ژیروسکوپ انجام نشده و با توجه به تحریم ها و نیازهای رو به گسترش کشور به تجهیزاتِ به روز هدایت و ناوبری، در این پروژه معادلات دقیق حاکم بر ژیروسکوپ های یک درجه و دو درجه آزادی ، با تکیه بر ادبیات مکانیک نیوتنی استخراج شده است. گر چه موضوع مورد پژوهش در این پایان نامه، قطعا سال ها پیش در کشورهای پیشرفته در این زمینه، مطرح بوده است و از این حیث کار جدیدی در جهان محسوب نمی شود اما در عین حال نتایج به دست آمده در آن، در هیچ مرجعی یافت نشده است. از همین رو معادلات به دست آمده در این نوشتار از اهمیت بالایی برخوردار بوده و می تواند به عنوان معادلات مرجع در کاربردهای مرتبط در داخل کشور (از جمله برای هدایت گلوله ی هوشمند)، مورد استفاده قرار گیرد. روش مورد استفاده برای به دست آوردن معادلات با تعریف و به کارگیری دستگاه های مختصات دقیق و مناسب، به سادگی و با ایجاد نظم در ذهن، درک قابل قبولی از مسئله ارائه داده و معادلات مورد نظر را به دست می دهد. روند منظم استخراج معادلات سبب می شود که به سادگی بتوان این روش را به حالت های پیچیده تر و کلی تر تعمیم داد. علی رغم روند صریح و مستقیم استخراج معادلات، نتیجه ی به دست آمده گویای رفتار غیرخطی و پیچیده ی سیستم است. در ادامه، ژیروسکوپ دو درجه آزادی با بدنه ی متحرک، با فرض ایده آل بودن یاتاقان ها، شبیه سازی شده و رفتار آن در برخی حالت های خاص مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی رفتار سیستم در این حالت های خاص صحت و دقت معادلات به دست آمده را تأیید می کند. در انتها با استخراج معادلات حاکم بر ژیروسکوپ دو درجه آزادی با بدنه ی ساکن، سیستم شبیه سازی شده و رفتار دقیق و خصوصیات ژیروسکوپی آن مانند صلبیت ، حرکت تقدیمی و رقص محوری مورد بررسی قرار گرفته است.