船用陀螺仪减摇性能的分析与研究

发布时间：2020-05-13 18:01

【摘要】：本文基于实验室已有的六自由度平台和陀螺减摇仪展示模型,设计一种新型船舶减摇装置—船用减摇陀螺仪,旨在研究其减摇性能和规律,得出陀螺仪动量矩大小和所满足船舶吨位大小的一般关系,为以后减摇陀螺仪和船舶的生产匹配提供数据参考。全文主要内容包括:(1)对具有耦合关系的船舶、减摇陀螺仪和波浪三者,建立相互作用的三维非线性平衡力矩数学模型。经建模计算得出:在外力矩作用下,高速旋转的陀螺仪转子发生进动作用,产生的扶正力矩会抵消一部分外力矩,起到减摇稳定作用,证明了陀螺减摇装置应用在船舶上能产生减摇效果的可行性。(2)以实验室已有的陀螺仪展示模型为基础,在尽量减小实验误差的原则下,选取、购买零部件,进行加工组装,得到陀螺减摇装置模型。根据模型的实际减摇效果,选择一无人艇为仿真实验研究对象,来进行后续的仿真实验。(3)进行动力学仿真实验。用Solidworks对陀螺减摇装置建立三维模型,然后对容易造成冗余约束的模型的零部件进行替代或者简化。同时,对本文的研究对象无人艇进行整理优化和建模。把无人艇模型和陀螺减摇装置模型结合起来,导入到Adams中进行动力学仿真。在Adams中,设置不同的有义波高度和周期来模拟不同等级的实时海浪,对整体模型进行动力学仿真分析。根据实验数据,得出船用陀螺仪动量矩大小和所能满足船舶吨位大小的初步关系。(4)进行实物实验。把陀螺减摇装置模型固定在六自由度平台上,设置六自由度平台的横摇角度和横摇周期来模拟不同等级的实时海浪。考虑实物实验存在一定的误差,增加同步仿真实验:根据陀螺减摇装置模型和六自由度平台的大小,对其等比例建立模型,进行动力学仿真实验。对比实物实验结果和仿真结果,进一步分析研究陀螺仪减摇规律。(5)进行舰船海试实验。把装载有陀螺仪的舰船进行海上试航实验,验证其可靠性和实用性。仿真实验、实物实验、海试实验的结果证明:在一定波浪等级下,本装置能起到很好的减横摇作用。分析仿真实验和实物实验,结合船舶试航经验,得出陀螺减摇装置动量矩大小和所能满足船舶吨位大小的关系图。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U666.123

【参考文献】