4 .復(fù)合式動量系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)模型及特性分析
4.1 模型三( 復(fù)合式動量系統(tǒng)特定模型)
在上述動量系統(tǒng)模型二的基礎(chǔ)上做鏡像疊加處理，構(gòu)成復(fù)合式動量系統(tǒng)的最終研究模型，即特定模型。推導(dǎo)分析其運轉(zhuǎn)機理。如圖 3 所示，在模型二的基礎(chǔ)上，在所有運轉(zhuǎn)條件都不改變的前提下，將該模型相對平面 xoy( 平面 xoy 為系統(tǒng)自身坐標系 x 軸、y 軸所在平面)構(gòu)建結(jié)構(gòu)與運動模式完全對稱的鏡像模型，并將新構(gòu)建模型與原有模型有機地結(jié)合在一起，形成一個全新的模型結(jié)構(gòu)，即為模型三。
該模型中對稱結(jié)構(gòu)的運動形式及周期與模型二完全一致，即陀螺儀 B1、B2、C1、C2與鏡像陀螺儀B1'、B2'、C1'、C2'，原有模型連桿與鏡像模型連桿在相對物體 A 運動的過程中彼此相對靜止，整個過程中陀螺儀 B1、C1與鏡像陀螺儀 B1'、C1'轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向為兩兩對稱( 如圖 4 所示) ，陀螺儀 B2、C2與鏡像陀螺儀 B2'、C2'轉(zhuǎn)子相對陀螺儀保持靜止狀態(tài)。進而可推斷該動量系統(tǒng)在每個坐標軸的動量變化。
x 軸: 在圖 3 視野內(nèi)，陀螺儀 B1、C1、B1'、C1'相對于物體 A 以速度 Vx向右運動，陀螺儀 B2、C2、B2'、C2'相對于物體 A 以速度 Vx向左運動，由于 B1、B2、C1、C2、B1'、B2'、C1'、C2'的質(zhì)量均相等，且 B1與 C1，B2與 C2; B1'與 C1'，B2'與 C2'均為相對物體 A 等力臂鏡像運動。因此 x 軸方向上，B1、C1與 B2、C2，B1'、C1'與 B2'、C2'的動量之和均為零。又因為在 x 軸方向上，B1、B2、C1、C2、B1'、B2'、C1'、C2'上的推力關(guān)系分別為 FB1x＞ FB2x，F(xiàn)C1x＞ FC2x; FB1'x＞ FB2'x，F(xiàn)C1'x＞ FC2'x;FB1x= FC1x= FB1'x= FC1'x，F(xiàn)B2x= FC2x= FB2'x= FC2'x，且推力的作用時間均相等，所以 x 軸方向上，B1、C1與B2、C2; B1'、C1'與 B2'、C2'的沖量之和均相等且大小為兩組不同方向作用力的沖量差。根據(jù)動量守恒定律，這兩組沖量差之和會以反作用力的形式通過連桿轉(zhuǎn)化為物體 A 在 x 軸方向上的動量，以此達到平衡。與模型二一樣，物體 A 獲得的動量可以等效為整個系統(tǒng)在 x 軸方向上獲得的動量，即在 x 軸方向上系統(tǒng)沖量和為零，但系統(tǒng)動量和不為零。與模型二不同的是，模型三在 z 軸上特殊的鏡像結(jié)構(gòu)會將模型二發(fā)生的相對空間坐標系偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象完全抵消掉，即整個過程中系統(tǒng)相對 z 軸不發(fā)生偏轉(zhuǎn)運動。根據(jù)動量守恒定律，該過程中整個系統(tǒng)將在環(huán)境坐標系 x 軸方向上獲得一定動量，且在該軸方向上系統(tǒng)的沖量和為零，即整個系統(tǒng)以速度 Vx'沿 x 軸方向向左移動。
y 軸: 在圖 3 視野內(nèi)，陀螺儀 B1、C2、B1'、C2'相對于物體 A 以速度 Vy向上運動，陀螺儀 B2、C1、B2'、C1'相對于物體 A 以速度 Vy向下運動。由于 B1、B2、C1、C2、B1'、B2'、C1'、C2'的質(zhì)量均相等，且 B1與 C1，B2與 C2; B1'與 C1'，B2'與 C2'均為相對物體 A 等力臂鏡像運動，因此，y 軸方向上 B1、C2與 B2、C1; B1'、C2'與B2'、C1'的動量之和均為零。又因為在 y 軸方向上B1、B2、C1、C2、B1'、B2'、C1'、C2'上的推力關(guān)系分別為FB1y= FC1y= FB1'y= FC1'y，F(xiàn)B2y= FC2y= FB2'y= FC2'y，且推力的作用時間均相等，所以 y 軸方向上 B1、C2與B2、C1，B1'、C2'與 B2'、C1'的沖量之和也均為零。根據(jù)動量守恒定律，在該動量系統(tǒng)運動過程中，物體 A在 y 軸方向上保持靜止，沒有運動軌跡。
z 軸: 由于該動量系統(tǒng)內(nèi)的所有物體在 z 軸方向上沒有相對運動，并且模型三特殊的鏡像結(jié)構(gòu)會將兩組高速旋轉(zhuǎn)陀螺儀在 z 軸方向上產(chǎn)生的進動力矩相互抵消，主要原因也在于陀螺儀旋轉(zhuǎn)方向為兩兩對稱的形式，進而使得原有模型陀螺儀與鏡像模型陀螺儀在隨各自連桿移動過程中所產(chǎn)生的進動力相互抵消，即整個過程中陀螺儀進動力合力為零。因此，z 軸方向上所有物體的動量之和與沖量之和均為零�？紤]到該動量系統(tǒng)中連桿圓周運動速度較慢，其角動量系統(tǒng)帶來的微弱回轉(zhuǎn)效應(yīng)可忽略不計。根據(jù)動量守恒定律，在該動量系統(tǒng)運動過程中，物體 A、B1、B2、C1、C2、B1'、B2'、C1'、C2'在 z 軸方向上沒有運動軌跡。
即該動量系統(tǒng)在系統(tǒng)不受外力作用的前提下，在每個坐標軸均遵循動量守恒定律的情況下，在 x軸方向上產(chǎn)生了一定的動量，該系統(tǒng)最終的運動形式為沿環(huán)境坐標系 x 軸方向向左移動，移動中產(chǎn)生的動量值為 4* ( FB1x－ FB2x) * t，沖量值為 0。系統(tǒng)最終沿該方向以恒定速度 Vx'移動，速度值為［4*( FB1x－ FB2x) * t］/( mA+ mB1+ mB2+ mC1+ mC2+mB1'+ mB2'+ mC1'+ mC2') 。整個系統(tǒng)相對環(huán)境坐標系的運動情況可參考圖 3 中定位線的相對位置變化及箭頭標注方向。
4. 2 關(guān)于模型三存在的問題分析
在上述分析的基礎(chǔ)上，進一步分析這單一軸向上多出來的動量來自于哪里。上文自始至終沒有提到維持連桿低速旋轉(zhuǎn)以及陀螺儀高速旋轉(zhuǎn)的動力來源，假設(shè)該結(jié)構(gòu)中裝有相應(yīng)功率的電動機使其運轉(zhuǎn)，下面分別分析連桿與陀螺儀旋轉(zhuǎn)時反向扭矩對系統(tǒng)的影響。首先看一下連桿的影響。在模型三的空間結(jié)構(gòu)中，原模型二中的兩個連桿以鏡像運動的模式對稱旋轉(zhuǎn)，因此兩個連桿的旋轉(zhuǎn)反作用力對于整個系統(tǒng)相互抵消; 同理，在模型三的鏡像模型結(jié)構(gòu)中，兩個連桿的旋轉(zhuǎn)反作用力對于整個系統(tǒng)也是相互抵消的。即模型三中所有連桿運動所產(chǎn)生的反作用力矩相互抵消，其合力矩為零，對整個系統(tǒng)不產(chǎn)生影響。接下來看一下陀螺儀的影響。上文提到，陀螺儀的旋轉(zhuǎn)方向為兩兩對稱的形式，因此陀螺儀旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反作用力對于整個系統(tǒng)相互抵消，即在該過程中，系統(tǒng)不發(fā)生任何方向偏轉(zhuǎn)。同樣由于模型三特殊的鏡像結(jié)構(gòu)，陀螺儀隨連桿移動時所產(chǎn)生的進動力對于整個系統(tǒng)也相互抵消，進動力的反作用力也以相互抵消的方式維持了系統(tǒng)的動態(tài)平衡，即模型三中所有因陀螺儀旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的反作用力矩相互抵消; 所有因陀螺儀進動所產(chǎn)生的反作用力矩相互抵消; 所有陀螺儀自身的回轉(zhuǎn)效應(yīng)也一并抵消。在整個過程中，系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)不受這些力及力矩的影響。
所以，影響系統(tǒng)的只有連桿迫使高速旋轉(zhuǎn)陀螺儀改變軸向角度時，由陀螺儀定軸性引起的反抗力矩。該力矩生成了科里奧利力，該力通過連桿作用于整個系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)在單一軸向上產(chǎn)生了動量。
上述復(fù)合式動量系統(tǒng)與常規(guī)動量系統(tǒng)比較，結(jié)構(gòu)獨特、動量關(guān)系復(fù)雜、動量特性更是超出常理，其中作者對角動量系統(tǒng)的研究也只是處于基礎(chǔ)理論階段，沒有更深層次的見解，這也可能導(dǎo)致作者在分析過程中，沒有考慮到特殊環(huán)節(jié)上的力學特性及疊加效果，進而得出了錯誤的結(jié)論。在此歡迎廣大專家學者指點、批評。
換言之，如果上述模型推導(dǎo)結(jié)論正確，那么復(fù)合式動量系統(tǒng)將會是一個極為特殊的動量系統(tǒng)。該系統(tǒng)在某種意義上改變了人們一直沿用至今的動量守恒定律，通過該系統(tǒng)的運作機理，可以拓寬已有的技術(shù)領(lǐng)域，研制出更為先進的工具及系統(tǒng)。例如在無重力、無摩擦力環(huán)境下的動力系統(tǒng)，或者外太空環(huán)境下的類光速空間飛行器、仿重力空間飛行器等。
5. 結(jié) 論
( 1) 在本文所述理論分析成立的前提下，復(fù)合式動量系統(tǒng)可通過常規(guī)動量系統(tǒng)與角動量系統(tǒng)相結(jié)合的方式，達到整體運轉(zhuǎn)過程中兩種系統(tǒng)動量特性相互復(fù)合的效果，進而形成該系統(tǒng)特有的動量特性，即復(fù)合式動量特性。
( 2) 在本文所述理論分析成立的前提下，復(fù)合式動量系統(tǒng)以其獨特的空間鏡像結(jié)構(gòu)，將自身角動量系統(tǒng)的軸向進動力矩相互抵消，從而通過科里奧利力生成單一軸向上的系統(tǒng)動量，進而達到了通過系統(tǒng)內(nèi)力改變系統(tǒng)整體動量的效果。
( 3) 復(fù)合式動量系統(tǒng)的實際動量特性可能與本文分析的結(jié)論有所出入，還有待日后專家學者們的參與討論，以確定該系統(tǒng)的實際動量特性。
( 4) 如果復(fù)合式動量系統(tǒng)( 多體系動量系統(tǒng)) 的實際動量特性與本文推導(dǎo)的結(jié)論一致，那么與該系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用將會促進很多技術(shù)上的創(chuàng)新與發(fā)展。
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