سومین همایش ملي شناورهای تندرو

ـ تهران 9313یبهشت ماه دار

و ارزیابي اثرات آن برای شناورهای تندرو مناسب ی پایدارساز سامانهانتخاب

2، مرتضي دردل3مصطفي محبي، 2روزبه شفقت، 9موسي دماوندی

m.damavandi@stu.nit.ac.ir، مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابلدانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی دریا، دانشکده مهندسی 1

rshafaghat@nit.ac.ir، استادیار مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل 2 ship_design@yahoo.comسازمان تحقیقات و جهاد خودکفایی نیروی دریایی سپاه، ، ی مهندسی مکانیکدانشجوی دکترا 3

چکیده

حفر تعرادو و یایرداری ایرت دسرته از با توجه به گسترش روزافزون استفاده از شناورهای تندرو در کاربردهای نظامی و غیرر نظرامی،

ایرت دسرته از تالطم امواج دریا برر روی اتتریت اثر د. مهمرو به شمار مییکی از مباحث مهم شناورها در مقابله با تالطم امواج، همواره

در ایرت مووروب برا حساسریت بیشرتری کره شرود شرناور نمایران مری روو و ییچ های اجباری در جهت در قالب ایجاد نوسان ها،شناور

انتخاب یرک در ایت راستا قابل بیان و ارزیابی است. ،ی بهینه از تسلیحات از دو دیدگاه راحتی خدمه و امکان استفاده ،شناورهای نظامی

در شناورهای نظامی که مجهز بره تسرلیحات گونراگون بررای دفراب و حملره در ییچ روو و کنترو ایدارساز مناسب به منظوری ی امانهس

شرناورهای هرای منحررر بره فررد با در نظر گرفتت ویژگیمقاله . در ایت ، از اهمیت به سزایی برخوردار استباشند میشرایط اوطراری

ایرت برای .شده استی یایدارساز برای ایت گروه از شناورها ی سامانه انتخاب بهینهاقدام به 1الگوبرداریی یک مطالعهبر مبنای تندرو و

، یس های اساسی از منظر شرایط دریا و شرایط شناور مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته مشخره ،که بتوان به انتخابی جامع دست یافت

ی بره ننروان نتیجره اسرت. آن هره در نهایرت ت وزنی آن( انتخاب بهینره صرورت یریرفتره از امتیازدهی هر مشخره )با توجه به اهمی

شرناورهای تنردرو به منظور اسرتفاده در یایدارسازهای از نوب جایروهای ود غلتش مناسب قابلیت قابل ارائه است، مطالعات الگوبرداری

ای در بهبرود نملکررد اسرتاتیکی و تش، ترثثیر قابرل مالحظره که با توجه به نتایج به دست آمده، افرزودن جایروهرای ورد غلر باشد می

.دینامیکی شناور خواهد داشت

شناور تندرو، یایدارساز، جایروی ود غلتش، الگوبرداری :ها کلید واژه

مقدمه -9

هرای انسرانی، نرالوه برر نراراحتی ؛شروند هایی مری دهار امراض و ناراحتی های سطحیاغلب افراد دریانورد، در اثر حرکات شدید شناور

نامناسب حرکات شردید تثثیراتنیز از و کاهش دقت تجهیزات ها جابجایی اجسام داخل شناور، مشکل شدن تردد، صدمه دیدن دستگاه

انجام شرده، ی ها بررسی .شوند، نبارتند از، سرج، اسوی، هیو، روو، ییچ و یاو که بانث ایجاد ایت معضالت می شناور حرکات شناور است.

. [1] دارند و نملکرد تجهیزات تثثیر را بر دریازدگی خدمه و ییچ بیشتریت روو برده، نام حرکاتاز بیت که است نشان داده

نسربت فرکرانس ،با توجه بره شرکل فرکانس حرکت غلتشی و اثر آن بر دریازدگی به صورت شماتیک نشان داده شده است. 1در شکل

هرتز است، 2/0و دارای یک نقطه ماکزیمم است. ایت نقطه که در حدود فرکانس ندک تغییر می غیرخطی به صورت حرکت با دریازدگی

گرردد و شناور، سیستم دفانی و گوارشی مختل مری ی هون در ایت فرکانس به دلیل تالطم ییوسته ؛بیشتریت احتماو دریازدگی را دارد

اکسرترمم دریرازدگی دور ی از نقطره همرواره که یریرد صورت میای به گونه هاراحی شناورطلرا دهد. انسان کارایی خود را از دست می

.[1] باشد

ی آنهرا شرود کره از جملره حرایز اهمیرت مری گری نیرز ید مبحث یایداری در شناورهای نظامی از جهات گوناگونشایان توجه است که

توان به موارد زیر اشاره نمود: می

خدمه، حتی در سرنت صفرافزایش ایمنی و راحتی

1 Benchmarking

2

ها نظارت بهتر بر نملیات و های نرب شده بر روی نرشه یایداری سکوی یرتاب موشک، سالح

)افزایش قابلیت حرکت در دریا )حف مسیر و نبور راحت

شتر در سرنت یاییت و در حیت حرکتنظارت نملیاتی بی

[1] جویی در سوخت، افزایش راندمان کاری صرفه.

[9] دریازدگي بر يغلتش حرکت فرکانس تغییرات نمودار: 9شکل

و 1تونسرند .شررایط نرامطلوب در شرناور را کراهش داد ی،رسراز هرای مناسرب یایدا به همیت خاطر الزم است تا با کمک یکری از روش

های یایدارساز، با قابلیرت امانهاند و اصوو کارکردی س های کاهش غلتش غیرفعاو و فعاو انجام داده ای بیت سیستم مقایسه[ 2همکاران ]

ایرت کردنرد؛ بر روی یرک مردو شرناور کاتامراران بررسری را سکوپ با دو فالیویلواثر یک ژیر آنها. شریح نمودندر را تدرون شناونرب

هرای مقایسره برا دیگرر سیسرتم یایرداری در قادر به فراهم کردن سطح مطلروبی از ،دهد که سیستم جایرو ارائه شده آزمایش نشان می

[ 3] 2یرز و بلنرک .[2] ایت سیستم برای شناور کوهک و متوسط کارایی دارد با تخمیت تئوری نشان دادند که موجود است و هم هنیت

جراد ایروابطی برای به دست آوردن نیروی لیفرت و در دادند. در کار آنهاهای کاهش غلتش فیت و جایرو را مورد بررسی قرار سیستم

دو شرامل جرایرویی ی یایدارسراز یک سامانهوابطی برای گشتاور ایجاد شده توسط همچنیت آنها رشده به وسیله فیت ارائه شده است و

.کردندهای ایت دسته از یایدارسازها را بررسی نموده، قابلیتارائه با جهت هرخش مخالف را اسپیت

را روو کشرتی حرکرت تراثیر آن برر روی نیز آن و ی سکویی، ممان بازگردانندهوژیر یایدارسازنملکرد یک بررسی امرادیور و همکاران ب

، تاثیر جرایرو برر غلرتش و اثرر افرزایش سررنت 3نسترن همچنیت یس از مدو کردن شناور در نرم افزارها، آن. [4] مورد نظر قرار دادند

کارآیی جایروهرایی کره دو فالیویرل [ نیز5] حقیقی و جاهد مطلق .دادندمورد بررسی قرار را هرخشی فالیویل در کاهش غلتش شناور

مورد اسرتفاده بررای ،SMCو PD کنترلی های روشنتایج حاصل از و بهبود بخشیدند 4دارند را به روش کنترو مد لغزشی غیر خطی

.نمودندمقایسه با یکدیگر را فعاو هایجایرو

ی یرک نروب فاده در شناورها و نیز با در نظر گرفتت مزایا و معایب هر یک از آنها، انتخاب بهینره با توجه به تنوب یایدارسازهای مورد است

تواند حایز اهمیت باشد؛ لرا برا توجره بره خرج موجرود در ایرت های مشخص می خروص و با ویژگی خاص یایدارساز برای یک شناور به

های آنها، روشری مناسرب های کاهش غلتش شناور و بیان ویژگی ب سیستمزمینه، در ایت مقاله سعی شده است با شرح مخترری از انوا

ی یایدارساز مناسب، اثررات آن برای یایدارسازی یک شناور تندرو ارائه گردد. در ومت در بخش یایانی مقاله، یس از انتخاب یک سامانه

گیرد. یروی نملکرد هیدرواستاتیکی و نیز دینامیکی یک شناور تندرو مورد بررسی قرار م

1 Townsend

2 Tristan Perez and Mogens Blanke

3 Nastaran

4 nonlinear sliding mode control (SMC) method

3

ی پایدارسازها امانهس -2

های فعاو، با کمک یک بخرش هوشرمند حرکرت امانهدر س. شوند تقسیم می 2فعاوغیر و 1فعاو به دو دسته کلی یایدارسازای ه امانهس

ایجراد هرا یرا سرطوح کنترلری حرکرت جررم کننده توسط مقابلهگشتاوری ،غلتش شناور، سپس متناسب با شود میغلتشی شناور حس

های غیر فعاو به یک منبع هوشمند جهت تولیرد نیرروی مجرزا و نیرز یرک سیسرتم کنترلری مخرروص نیراز ولی در سیستم ؛شود می

انواب 1جدوو شود. ثابت تولید میی غلتش( )زاویهکننده بر اساس یک حالت گشتاور مقابله های یایدارساز، امانه. در ایت نوب سباشد نمی

د.نشو مییرکاربرد معرفی یایدارساز های امانهدر ادامه هند مورد از س همچنیت نماید. میرا معرفی مختلف یایدارسازها

[6] : انواع سیستم های غیر فعال و فعال9جدول

های فعال سیستم های غیر فعال سیستم 3های کنار بدنه بالچه -1

4مخازن ود غلتش غیرفعاو -2

5ثابتهای فیت -3

6های جابجایی وزنی غیر فعاو سیستم -4

7جایرو ودغلتش غیرفعاو-5

8های ودغلتش فعاو فیت -1

9مخازن ودغلتش فعاو-2

10های جابجایی وزنی فعاو سیستم -3

11جایرو ودغلتش فعاو -4

های کنار بدنه بالچه -2-9

ینالوه بر اسرتحکام، اثرر کراهش غلرتش نرور یلک یتبودند که ا یبلند یربه صورت ت یلک یک یبدنه دارا یردر ز یمیقد یها یکشت

بدنره ییتها در قسمت یا به کناره ییها یغهت ی،کاهش غلتش نرو یبرا ی،فلز شناورهای. یس از ساخته شدن داد یانجام م یزشناور را ن

ه صورت نمرود برر یوسرته در طررفیت بدنره نررب ها ب ایت بالچه .یندگو یم "بدنه یکنار ی بالچه"ها یغهت یتا هکه ب اند هجوش داده شد

در کنرار کراهش غلرتش ی نررب شرده، هرا بالچه(. 2شکل ) ز حداکثر نرض بدنه تجاوز ننمایدد که انگیر ای قرار می د و به گونهنشو می

هیچ اجزایی در داخل بدنره شرناور کهها ایت است که بالچهایت البته از مزایای دهند. افزایش مینیز مقاومت هیدرودینامیکی را شناور،

ایرت روش دهنرد. ه صرورت خرط جریران قررار مری هرا را بر ، بالچره به منظور کم کردن در هیدرودینامیکی و طراحیروند در . ندارند

[.1باشد ] تریت روش برای کاهش غلتش نروی شناورهای بزر می تریت و رایج ارزان

مخازن ضد غلتش -2-2

دهنرد. خاصریت ورد غلرتش برودن ایرت های شناور را کاهش مری درصد غلتش 50تا 30مواردی هستند که بیت مخازن ود غلتش از

توانرد بسریار مروثر می ،حل توقف دارندمهایی که برای مدت طوالنی در یک شناوردارد. لرا در ازن ارتباطی با سرنت حرکت شناور نمخ

ایت مخازن برای یاسر شرناور بره حرکرت غلتشری نررب .یهای حفار کشتیهای مسکونی کنار سکوهای دریایی و مانند کشتی ؛باشد

یراییت آن بره براالی مخرزن آب از ؛افترد که مقدار زیادی آب در قسمت باالیی شناور به تله میاست ای به گونهطراحی آنها شوند و می

ی غلرتش بره دو دسرته ت نوب مخازن ودای .شود شناور می حرکت غلتشیاندازه حرکت ایجاد شده سبب خنثی شدن کند و حرکت می

که یمپ در مردار نیسرت، سریاو ها کنترو حرکت سیاو را به نهده دارند و زمانی در حالت فعاو، یمپشوند. فعاو و غیرفعاو تقسیم می

.[1] (4و 3 های )شکلشود دانه وارد سیستم غیرفعاو میآزا

1 Active

2 Passive

3 Bilge Keel

4 Passive Anti-Rolling Tanks

5 Fixed Fin

6 Passive Moving Weight

7 Passive Anti-Rolling Gyro

8 Active Fin

9 Active Anti-Rolling Tanks

10 Active Moving Weight

11 Active Anti-Rolling Gyro

4

[6] رفعالیغ غلتش ضد مخزن: 2شکل

[7] بدنه به متصل ی بالچه از یا نمونه: 3شکل

[6]فعال ضدغلتش مخزن :4شکل

ها فین -2-3

شوند. میهای کاهش غلتش شناور در صنعت دریانوردی هستند که در زیر خط آب و در یهلوی شناور نرب ها از موثرتریت سیستم فیت

دهنرد. هت خود را در مسیر امرواج تغییرر مری ولی گاهی اوقات برای مقابله با حرکت امواج، ج ؛ها معموالً در جای خود ثابت هستند فیت

ترنرد و نسربت بره بالچره در کوتاهاز لحاظ طولی با ایت تفاوت که ؛کنند های کنار بدنه نمل می های ثابت از نظر کارآیی مانند بالچه فیت

، بسیار شوند نرب می در جای دورتری از بدنههون ها ایت است که یکی از نیوب ایت فیتشوند. ی دورتری از یهلوی شناور نرب میجا

.[6] های یاییت، کارآیی کمی دارند در سرنت ها ایت فیت همچنیت. (5)شکل یریر هستند آسیب

های جابجایي وزني سیستم -2-4

های مختلف موجود است که اساس کرار آن نوب فعاو آن به شکل ؛باشند به دو شکل فعاو و غیرفعاو مینیز های جابجایی وزنی سیستم

کننرد، ولری نسربت بره غلتش غیرفعاو نمل می های جابجایی غیرفعاو از نظر کارکرد، مشابه مخازن ود آمده است. سیستم 6در شکل

. [6] مخازن، کارآیی کمتری دارند

[6] فعال يوزن یيجابجا ستمیس:6شکل [7]فعال دارسازیپا یها نیف: 5شکل

غلتش جایرو ضد -2-5

دارای دو نروب فعراو و غیرفعراو هسرتند و جایروها باشد. های معمولی می ود غلتش بر اساس تئوری ژیروسکوپ جایرویاصوو کارکرد

حردود هرا معمروالً جایرو .شوند نرب می ییما های راهنما و شناورهای تفریحی کرانه در شناورهای متوسط و کوهک مانند کشتی معموالً

5

.[1] توانند کاهش دهند از غلتش نروی شناور را می % 80و در بهتریت کارآیی تا 60%

ی مخرالف برا جهرت غلرتش شرناور اسرتفاده گشرتاور اد از خاصیت اینرسی هرخ دوار برای ایج برای کنترو حرکت روو شناور جایروها

و نیز تجهیزات داخل شرناور نوسان نامطلوب شناور را به شکل قابل تحمل برای خدمه شناور ی ایجاد شده، دامنه گشتاورکنند. ایت می

به ترتیرب در ترراویر و نحوه قرارگیری آن در یک شناور تندرو ی یک جایروی ود غلتش دهنده شماتیک اجزای تشکیل. دهد میتغییر

.ندا شده داده مایشن 7شکل

[1[، نحوه قرارگیری جایرو در یک شناور تندرو )سمت راست( ]8: شماتیک اجزای تشکیل دهنده جایرو ضد غلتش )سمت چپ( ]7شکل

های گوناگون پایدارساز امانهس ای مقایسهارزیابي -3

مختلرف کراهش غلرتش شرناور را برا هرم های امانهانواب س 2جدوو های یایدارساز، امانهبا توجه به تعاریف ارائه شده برای هر یک از س

ی کلیره سعی شده است ترا مفید واقع شود، ،ی الگوبرداری ای در قالب یک مطالعه برای ایت که خروجی ارزیابی مقایسهکند. مقایسه می

تقابرل ایرت ،ی یرک ارزیرابی درسرت یایدارساز مورد نظر قرار گیررد و بررای ارائره ی یک های اساسی مورد نظر در نملکرد بهینه ویژگی

دی بنر هایی که در ایت بررسی بره منظرور رتبره تریت ویژگی مهملرا در ایت راستا ؛لحاظ شده استتندرو های شناورها با نملکرد ویژگی

، نردم هرای یراییت کارآیی مناسب در سررنت درصد کاهش غلتش، :از نداند، نبارت های گوناگون یایدارسازی مورد توجه قرار گرفته روش

های اولیه و و هزینه تر یاییتیریری تر، آسیب اندازی با توان کم تثثیر نامطلوب بر روی یایداری استاتیکی، ندم افزایش مقاومت شناور، راه

باشند. تر می نگهداری کم

ها )با توجره بندی کمی دست یافت، برای هر یک از ویژگی ، برای ایت که بتوان به یک جمع2های ذکر شده در جدوو با توجه به ویژگی

ر ایت امتیازدهی نوامرل مطلروب برا + در نظر گرفته شده است. د10تا -10 ی هازدر ب، امتیازهایی به نملکرد متقابل یایدارساز و شناور(

ها، برر اسراس یافته به هر یک از ویژگی امتیازات اختراصشوند. ( در نظر گرفته می-منفی ) و نوامل نامطلوب با امتیاز (+مثبت )امتیاز

اسرت کره برا انمراو اهمیتی است که در شرایط نملیاتی و نیز شرایط مختلف کاربری از طرف مراجع و نیز کاربران به آنها اشاره شرده

، مشخص اسرت 3جدوو به دست آمده است. همان طور که از نتایج 3صورت جدوو در نهایت جدوو امتیازبندی بهامتیازات متناسب،

کارگیری در شناورهای تندرو می باشد. بهتریت گزینه برای به جایرو ودغلتشی یایدارساز سامانه

بر نملکرد شناور هدف خواهد داشت و نیز با توجه به نظر گرفته شده، تثثیرات مثبت و منفی های در ویژگی توجه به ایت که مجمونهبا

های یایدارسراز نسربت اگر جمع امتیازات هر یک از سامانههای یایدارساز منفی شده است. نوب امتیازدهی، امتیازات نهایی برخی سامانه

د.آی به دست می 8به صفر سنجیده شود، نمودار ستونی شکل

[6]غلتش کاهش مختلف یها ستمیس انواع سهیمقا: 2جدول

Fixed

fin

Bilge

Keel

Passive

Moving

weight

Active

Moving

weight

Gyro Active

Tank

Passive

Tank Activate Fin ویژگی

درصد کاهش غلتش 90% 60-70% - 80% - - 35% -

های کمتاثیر در سرنت خیر بله بله بله بله بله بله خیر

ناهیز ناهیزوزن %4تا 1

جابجایی

وزن %4تا 1

جابجایی

وزن 2%

جابجایی

وزن %4تا 1

جابجایی

وزن %4تا 1

جابجایی وزن جابجایی 1%

درصد وزنی بر اساس

وزن مرده

افزایش مقاومت شناور در حاو کار دارد ندارد ندارد ندارد ندارد ندارد دارد ناهیز

6

ندارد دارد دارد داردن دارد دارد ندارد نداردکاهش یایداری

استاتیکی

در حد صفردر حد

صفر نیاز به توان کمکی کم در حد صفر زیاد زیاد زیاد در حد صفر

اشغاو فضا داخلی بدنه مناسب مناسب مناسب زیاد مناسب مناسب نسبتا زیاد زیاد

خیر معموال بله خیر بله بله بله خیر نرض در ییوسته فضا

بدنه

خیر خیر خیر خیر خیر بله زیاد تا زمان فرورفتگی،

خیر

آسیب یریری نسبت به

صدمه شناور

ی اولیههزینه باال مناسب تقریبا باال خیلی باال تقریبا باال تقریبا باال کم مناسب

اغلب باال تقریبا باالاز لحاظ

مکانیکی، متوسط

از لحاظ مکانیکی،

متوسط تقریبا باال

از لحاظ مکانیکی،

متوسط کم

از لحاظ مکانیکی،

متوسط نگهداری یهزینه

غلتش کاهش یها ستمیس يازدهیامت: 3جدول

Fixed

fin

Bilge

keel

Passive

Moving

weight

Active

Moving

weight

Gyro Active

Tank

Passive

Tank Activate Fin ویژگی

درصد کاهش غلتش 9 5 6 8 5 3 3 5

تاثیر در سرنت های کم 1 10 10 10 10 10 9 1

درصد وزنی بر اساس وزن مرده 1- 2- 3- 2- 4- 2- 0 0

کاهش یایداری استاتیکی 1- 6- 2- 1+ 2- 5- 0 0

افزایش مقاومت شناور 1- 0 0 0 0 0 2- 1-

نیاز به توان کمکی 1- 0 3- 2- 4- 0 0 0

اشغاو فضای داخلی بدنه 3- 3- 3- 4- 3- 3- 0.5 1-

فضای ییوسته در نرض بدنه 0 4- 3- 0 4- 4- 0 0

-7 -7 0 0 0 0 0 -2 آسیب یریری نسبت به صدمه

شناور

اولیه یهزینه 3- 3- 4- 5- 3- 3- 1- 1-

نگهداری یهزینه 2- 1- 2- 3- 2- 2- 1- 1-

جمع امتیازات 4- 4- 4- 3+ 7- 6- 0.5+ 5-

دارسازیپا یها سامانه یا سهیمقا يابیارز يستون نمودار: 8شکل

0

2

4

6

8

10

12

fixed fin bilge

keel

passive

moving

weight

active

moving

wieght

gyro active

tank

passive

tank

active fin

تازا

تیام

نوع سیستم پایدارساز

7

شوند، سروصردا جایروها به صورت کامالً درونی در بدنه شناور نرب میکه هون ی مطالعات الگوبرداری شایان ذکر است در تثیید نتیجه

توان به نردم های آنها می از دیگر ویژگیهنیت شوند؛ هم یریری کمتری را در شرایط جنگی متحمل می رسانند و آسیب را به حداقل می

شرناور بدنه درها و تغییر فرم برجستگییجاد ا ندمو سوخت مررف در جویی صرفهشناور جهت کارآیی مناسب، سرنت نیاز به افزایش

توان به هزینه نگهداری آنها اشاره کرد. البته استفاده از جایروها برای یایدارسرازی شرناورهای تنردرو، اشاره نمود. از معایب جایروها می

ترا 83هایی از با طوو 1های فرتی قایقتوان به ای درخور دست یافت، می روشی مرسوم بوده، برای ایت که در مسیر الگوبرداری به نتیجه

غیرفعراو )سراخت شررکت میتسوبیشری( ARG هرای یایدارسراز امانهاز س متر( اشاره کرد که در ایت شناورها 40تا 3/25) فوت 128

آمده است. 4در جدوو ها قایقایت مشخرات استفاده شده است.

[1] فعال ریغ رویجا به مجهز يفرت یها قیقا مشخصات: 4جدول

ARG Technical Specifications FY

Quantity Generators Displacement

Tons Width

m. Length

m. Model 4000* 2000* Phase/ hz Volte Kw n

*

2 1 / 50 hz 220 27 1.00 82.00 6.72 26.94 Ferretti 880 2 1 / 50 hz 220 19 1.00 68.00 6.25 23.99 Ferretti 830 2 1 / 50 hz 220 19 1.00 62.50 6.00 23.99 Ferretti 810 2 1 / 50 hz 220 19 1.00 54.00 5.95 23.15 Ferretti 760 1 1 1 / 50 hz 220 19 1.00 48.80 5.48 22.20 Ferretti 730 1 1 / 50 hz 220 16 1.00 45.00 5.63 20.63 Ferretti 680 1 1 / 50 hz 220 11 1.00 34.50 5.10 18.75 Ferretti 620 1 1 / 50 hz 220 9 1.00 32.50 5.25 17.86 Ferretti 590

1 1 / 50 hz 220 9 1.00 28.80 4.93 16.92 Ferretti 550 1 1 / 50 hz 220 6.5 1.00 22.40 4.60 15.37 Ferretti 500 1 1 / 50 hz 220 6.5 1.00 19.00 4.34 14.15 Ferretti 460

Size in mm Weight ARG

930×550×590 252 Kg *Serie 2000

1030×700×680 750 Kg **Serie 4000

جایروی ضدغلتش -4

اولیت جایروهای غیر فعاو را برای شناورهای سطحی ییشنهاد داده بودند. 3و توماس فوربس 2لوییس برنان 1904و 1903های در ساو

اولریت جرایروی ثبرت شرده بررای آن را به کار بررد. 1904در ساو 4ها از نوب غیرفعاو بود که دکتر اتو استفاده شده در شناور یجایرو

باشرد. مری rpm16000سررنت هرخشری ایرنچ و 16طیاری بره قطرر ود اژدر است که شامل هرخ شناورهای سطحی مربوط به یک

معرفری شرد. اولریت مردو واقعری از 1908سراو در 5ر در یک مدو توسط المر اسپرینخستیت با، ی دریایی جایروهای فعاو در حیطه

اسرت. نرب شد که هاگز اطالنات مربوط بره ایرت جرایرو را معرفری کررده 1912در ساو USS Wordenجایروهای فعاو در شناور

و بررای به نرام خرود ثبرت کررد. در ادامره اختراب جایروهای فعاو را با نرب بر هندیت شناور نظامی المر اسپری 1915سپس در ساو

تریت شناوری که جرایروی فعراو برر شناور دیگر نرب شدند. بزر 40تقریباً بر روی 1966کاربردهای نظامی، جایروهای فعاو تا ساو

ور را ایت شرنا تت بود که توانسته بود غلتش 41700( با تناژ 1950-1932) 6شناور لوکس ایتالیایی، کنت دی ساویا ،روی آن نرب شد

که در مقایسه برا آن اخیرراً درحالی ؛گیری در مورد جایروهای فعاو به ثبت نرسید توسعه هشم 1950از ساو درصد کاهش دهد. 60تا

تریت آنها جایروهای ود غلتش توسرط آموزشرکده دریرایی کیسریکا و صرنایع مهماند. ای یافته های غیرفعاو توسعه قابل مالحظهجایرو

[.2] سوبیشی در ژایت استسنگیت میت

1 FERRETTI

2 Louis Brennan

3 Thomas C. Forbes

4 Dr. Otto

5 Elmer Sperry

6 Conte Di Savoia

8

یکری از ظامی داشته باشند. با توجه به ایت که توانند جایگاه بسیار مهمی در شناورهای ن شایان توجه است که جایروهای ود غلتش می

در شررایط آب و کرارگیری تسرلیحات و بره مانور قابلیت باال برای انجام نملیات داشتت نیاز بهشناورهای جنگی های تریت هالش بزر

باشد. وروری میبرای ایت دسته از شناورها نیاز به یک یایدارساز مناسب ؛باشد هوایی بد و امواج سهمگیت می

هرای نراوبری نظرامی توان گفت که جایروهای ودغلتش یک راه حل کنترلی یایدار و موثر در تمام حالرت باتوجه به موارد بیان شده می

جهرت اهرداف گونراگون در ،وری براال و ییشررفته اتوان از تجهیزات برا فنر ی ایجاد شده درحدی است که مییایدارهنیت هم ؛باشند می

استفاده نمود. شناورهای تندرو

جایروهای ضد غلتش عملکرد -4-9

. گیررد مری مرورد اسرتفاده قررار شامل جایروی غیر فعاو و جایروی فعراو همان طور که اشاره شده است، دو دسته جایروی ود غلتش

( نشان 9در شکل ) شناور غلتش کنترو برای رفعاویغ جایرو یک نملکرد نحوهجزییات و (7شکل ) درساختار مکانیکی جایرو غیرفعاو

داده شده است.

[91] شناور غلتش کنترل برای رفعالیغ جایرو یک عملکرد نحوه: 1شکل

و (H)هررخ طیرار ای اندازه حرکرت زاویره لتش شناور شایان ذکر است که کنترو غغیرفعاو برای در رابطه با اصوو کاری یک جایروی

وجرود داشرته ( C)اگرر دمپرر . کنرد را طبق اصل ژیروسکوپ ایجاد می( )نیروی امواج، گشتاور ناشی از( ̇ )ای غلتش سرنت زاویه

گشتاور ) باشد،gT) را برر اسراس کننرده گشتاور مقابلره ̇ و از طرف دیگر، . دهد دوران می ̇ ای حلقه داخلی را با سرنت زاویه

در ایت صورت،. کنند اصوو ژیروسکویی ایجاد میsT کننده شناور نمل نمروده کره متناسرب برا میرزان غلرتش به ننوان گشتاور مقابله

.[10] ارائه شده استزیر در به صورت خالصهشناور بوده و

(1) /  gT C gT H 2 .

s

HT

C sT H

دو ی شناور، از غلتش ناخواسته برای کنتروکه تفاوتت با ای ؛غیر فعاو استاصوو نملکرد دینامیکی مشابه یک جایروی در مدو فعاو،

ی ا و سررنت زاویره متناسب با هر زاویه ،بر ایت اساسکه باشد میای هرخ طیار تغییر مدام در سرنت زاویه شود؛ یکی روش استفاده می

ترو سرنت در روش دیگر با کن شود. یار استفاده میناسب برای هرخ طای م ی شناور، از یک سرنت زاویه مشخص برای غلتش ناخواسته

( نشان داده شده است.10در شکل )جایروی ود غلتش فعاو ای از شود. نمونه میایت خواسته برآورده ای زاویهی سرنت ثابت در جایروهای غیر فعاو )به واسطهی بیت جایروهای فعاو و غیر فعاو اشاره به ایت نکته حایز اهمیت است که در مقایسه

ی آزادی( اثر حرکت نوسانی امواج و به دنباو آن حرکت نوسانی شناور همواره در قالب یرک مقردار هرخ طیار و نیز دارابودن یک درجه

ر ود غلتش، ژیروسکوپ را در جایروهای فعاو برای افزایش مقدار گشتاوشود. ایت در حالی است که ثابت گشتاور ود غلتش نمایان می

تروان سررنت (. برا اجبراری کرردن هررخش، مری 11کرد )شرکل ی آزادی( )دو درجه توان مجبور به نوسان حوو محورهای آزادش می

جرایرو، مقردار طیار با همان فرکانس تحریک داده شده به دست آورد. ایت یعنی؛ در حالرت غلرتش اجبراری هرخشی بیشتری از هرخ

بلکره بره هررخش نوسرانی حروو محرور ؛طیار نیست ایجاد شده تنها به سبب گشتاور ماند و سرنت هرخشی هرخ گشتاور ود غلتش

9

[.2] های ود غلتش فعاو است که ایت همان هدف اصلی استفاده از جایرو است آزادش نیز وابسته

[99] فعال ARGساختار: 1شکل

[2. ]فعال -b رفعالیغ -a ضدغلتش یروهایجا عملکرد اصول: 91شکل

استاتیکي و دینامیکيدر پایداری جایرو اتاثر بررسي -5

( بررای GZمنحنی یایداری هیدرواستاتیکی )منحنری ، Maxsurfافزار نرمبه کمک در افزایش یایداری نروی جایروبرای مشاهده اثر

مورد مشخرات شناور .گیرد میقرار بررسی مورد GZبر روی منحنی جایروسپس اثر استخراج شده،جایرو یک شناور در حالت بدون

:(5)جدوو به شرح زیر می باشد نظر

صلي شناورا: مشخصات 5جدول

تت 4/23 جابجایی

متر 9/2 نرض

متر 5/1 نمق

درجه 2 زاویه تریم اولیه

بارگراری شناور بره . یابد انتقاو میHydromax افزار نرمسپس مدو شناور به شده،مدو Maxsurf افزار نرمابتدا شناور مورد نظر در

شود. درجه صفر می 3/60یه در زاو GZمقدار نشان داده شده است و 12شکل درشناور GZمنحنی بوده، 6جدوو صورت

گیرد. غلتش بر روی یایداری استاتیکی و دینامیکی شناور مورد بررسی قرار می در ادامه، تثثیر افزودن جایروی ود

بارگذاری شناور مورد نظر :6جدول

Vert. Arm M

Trans. Arm M

Long. Arm M

Total mass Tonne Item name

0.795 0.0 5.414 23.4 Full load

10

شناور GZ: منحني 99شکل

شناور و دینامیکي تاثیر ژیراسکوپ بر روی پایداری استاتیکي 5-2

12017 ی مقابله کننده با گشتاور یک ژیروسکوپ .GT N m مقدار. شود نظر گرفته میدر 1 .T GZ d گشرتاور ، بر حسرب

GZ.: گشتاور بازگرداننده شناور بدون وجرود ژیروسرکوپ و T1، جرم شناور بر حسب نیوتت :∆آن؛ در است، که d : مسراحت زیرر

می باشد. در صورت وجود ژیروسکوپ مقدار گشتاور بازگرداننده برابر است با: GZمنحنی

(2) . GT GZ d T

سکوپ بره و، مساحت ناشی از اثر ژیردر یایداری نرویسکوپ واثر ژیر ی باشد. برای مشاهده گشتاور مقاوم ژیراسکوپ می TGکه در آن

:شود استفاده می 3 ی . برای به دست آوردن مقدار ایت مساحت از رابطهشود اولیه اوافه می GZمنحنی

(3) . . G

G

TT GZ d GZ d

GZ.که در آن d باشد. سکوپ میو، مساحت افزوده شده ناشی از اثر ژیر

12017. 0.05235 deg 52.35 deg

23400 9.81GZ d m or mm

52.35تا مساحتی به مقدار شود داده می انتقاو θاولیه به باالی محور GZمنحنی بنابرایت degmm به مساحت اولیه زیر نمودار

نهایی در ایت زاویه برابر صفر خواهد GZشود و مقدار درجه می 3/67اوافه شود. در ایت حالت حداکثر زاویه هیل برابر با GZمنحنی

شد.

با گشتاورهای مقابله کننده متفاوت و زاویه های مختلف( ای با ارتفاب )دارای دیسک دوار استوانه جایروای از سادههای نمونه 7در جدوو

نمودار ستونی زاویه هیل برحسب 12شکل در زاویه هیل نهایی مانند روش فوق محاسبه شده است. ها آورده شده است. هیل نهایی آن

نشان داده شده است. و درحالت بدون جایرو نوب جایرو

ارتبراط بریت شرعاب به منظور بررسی یایداری دینامیکی، تثثیر جایرو در شعاب دور زدن یک شناور تندرو مورد بررسی قرار گرفته است.

باشد: دور زدن و زاویه هیل به صورت زیر می

(4)

tan

Urarc

g

[.12: شتاب گرانش ]g، (rad/s): نرخ هرخش کشتیr، (m/s): سرنت کشتی U، (deg: زاویه هیل )∅که در آن:

آید:: شعاب دور زدن ( ارتباط بیت شعاب دور زدن و زاویه هیل به صورت به دست میR) Rr =U( با رابطه 4با تلفیق رابطه )

(5)

2

tan

UR

g

-12.5

-10

-7.5

-5

-2.5

0

2.5

5

7.5

0 40 80 120 160

Max GZ = 5.8 mm at 27.3 deg.

Heel to Starboard deg.

GZ

m

m

StabilityGZ

Max GZ = 5.8 mm at 27.3 deg.

11

باشد. بنابرایت شعاب دور زدن شرناور در ایرت حالرت و در جه می 3/60، در حالت بدون جایرو GZحداکثر زاویه هیل بر اساس منحنی

نات برابر است با: 60برای سرنت

2 2(60 0.5144)55.39

tan 9.81 tan(60.3)

UR R m

g

-نشران داده شرده 8آید که نتایج در جدوو نات بدست می 60شعاب دور زدن برای شناور مدو با سرنت 7( و جدوو 5با کمک رابطه )

سرتونی آن در نمرودار ، کهآیدحداقل شعاب دور زدن بدست میکنیم، بنابرایت ( از حداکثر زاویه هیل استفاده می5اند. هون در رابطه )

ر ایرت حالرت، وجرود شرود کره د ، مشاهده می8از جدوو 4با مقایسه حالت بدون جایرو و جایرو نمونه نشان داده شده است. 13شکل

شود.درصدی شعاب هرخش می 27جایرو بانث کاهش

هاآنهایي از جایروهای ضد غلتش و مشخصات : نمونه7جدول

مشخرات

جایرو

قطر

(m)

ارتفاب

(m)

جرم

(kg)

-سرنت زاویه

(rpmای )

گشتاور مقابله

(N.mکننده )

حداکثر زاویه

هیل )درجه(

1 0.5 0.25 386 4000 30041 75.2

2 0.5 0.2 306 4000 24021 72.9

3 0.5 0.15 230 4000 18025 69.6

4 0.5 0.1 153 4000 12017 67.3

: زاویه هیل بر حسب نوع جایرو و حالت بدون جایرو92شکل

زدن دور شعاع و لیه هیزاو حداکثر: 8جدول

نمونه جایرو حداکثرزاویه هیل

)درجه(

حداقل شعاب دور زدن

)متر(

1 75.2 25.65 2 72.9 29.87 3 69.6 36.11 4 67.3 40.61

ندم در صورت

وجود جایرو60.3 55.59

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 Without Gyro

ل هی

ه وی

زا(

جهدر

)

نوع جایرو و حالت بدون جایرو

12

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 Without

Gyro

ن زد

ور د

اعشع

(تر

م)

نوع جایرو و حالت بدون جایرو

شعاع دور زدن در حالت با جایرو و بدون جایرو: 93شکل

گیرینتیجه -6

مورد بررسی قرار گرفتره اسرت. های کاهش غلتش شناور اثرات نامطلوب امواج دریا روی شناورها، روش در نظر گرفتتدر ایت تحقیق با

ها، سیستم جابجایی وزنی و جایرو مرورد ها، مخازن ود غلتش، فیت استفاده از بالچه های گوناگون یایدارسازی شامل در ایت راستا روش

تریت روش بررای کراهش روو در ، جایروی ودغلتش به ننوان مناسبی ارائه شدهها روش ای مقایسه گرفته است. با بررسی ارزیابی قرار

درجره 20تواند زاویه یایداری شناور را تا یک شناور تندروی نظامی انتخاب شده است. همچنیت مشاهده شده است که وجود جایرو می

. در یایران بره طرور مجردد شرایان ذکرر اسرت کره کننده باشد تواند کمک ناور در زمان مانور میو در یایداری دینامیکی ش افزایش دهد

کنرد و جلروی روو ناخواسرته شرناور را جایروی ود غلتش با استفاده از حرکت ژیروسکویی، گشتاوری مخالف با گشتاور موج ایجاد می

کامالً صورته ب نرب اثر درمیزان نویزهای ناخواسته ) شدن حداقل و شناور ی ندم وجود برجستگی یا زایده در بدنهگیرد؛ در ومت می

.رود می شمار بهی ود غلتش جایروها مزایای از( درونی

مراجع -7

1388، یاییز "کتاب جامع مهندسی معماری دریایی" [ مونسان، محمد، 1] [2] Townsend, N.C., Murphy, A.J., Shenoi, R.A., “A new active gyrostabiliser system for ride

control of marine vehicles” , Ocean Engineering , 2006 [3] Tristan Perez , Mogens Blanke, “Ship roll damping control” , Annual Reviews in Control , 2011

راسکوپ ود غلرتش و مردو سرازی کراهش غلرتش بررسی معادالت حرکت ژی "[ مرادیور، جعفر، دادخواه، مهدی، مونسان، محمد، 4]

1387، دهمیت همایش صنایع دریایی، خرمشهر، آبان "کشتی [5] HAGHIGHI, HAMED, JAHED-MOTLAGH, MOHAMMAD REZA, “SHIP ROLL

STABILIZATION VIA SLIDING MODE CONTROL AND GYROSTABILIZER” , BULETINUL

INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IAŞI, 2012

[6] Rawson, K.J., & Tupper, E.C., “Basic ship theory”, Vol2 - 2001. PP 520-528

[7] http://en.wikipedia.org/

[8] TAKEUCHI, HIROSHI, UMEMURA, KATSUYA, MAEDA, SADAHIRO, “ Development of

the Anti Rolling Gyro 375T (Rolling Stabilizer for Yachts) Using Space Control, Technology”

Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol. 48 No. 4, 2011 [9] www.Ferrettigroup.com [10] www.antirollinggyro.com

[11] http://www.seakeeper.com [12] Jessica Calix St. Pierre, John. P. Hackett, Christopher Bigler, “Controllability of high-

speed craft”, 10th International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating

Structures, Houston, Texas, United States of America, 2007