舵减摇装置的发展
基于陀螺减摇装置的船舶横摇减摇研究
DOI:10.19423/ki.31-1561/u.2022.04.124基于陀螺减摇装置的船舶横摇减摇研究刘 义１，２ 夏召丹１，２ 汤雅敏１ 张杰杰１ 范佘明１，２（１． 上海市船舶工程重点实验室 中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 ２０００１１；２． 喷水推进技术重点实验室 上海２００２４０）［摘 要］ 船舶在航行过程中需要减摇系统来抵抗风浪，从而使其能够稳定作业，并提高安全性和船员的舒适度。
陀螺减摇装置作为一种非常有效的减摇装置，其优点是其完全在船体内发挥作用，不需要足够的可移动质量来产生控制力矩。
该文首先建立了船舶在随机海浪中的非线性波浪力扰动模型，并结合陀螺减摇装置工作原理，建立船舶与陀螺减摇装置联合动力学模型，分别为自然驱动和控制器驱动的2种陀螺稳定器模型，构造了相应的MATLAB Simulink船舶运动控制仿真框图。
仿真结果表明：自然驱动和控制器驱动的陀螺稳定器都能通过轮子高速旋转和进动角变化的陀螺效应来减小横摇。
与自然驱动的陀螺稳定器相比，控制器驱动的陀螺稳定器能更有效地减少船舶非线性横摇运动。
［关键词］船舶横摇；陀螺减摇装置；不规则波浪；控制；进动角［中图分类号］ U661.2+2 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2022）04-0124-08On Ship Roll Stabilization Based on GyrostabilizerLIU Yi1,2 XIA Zhaodan1,2 TANG Yamin1 ZHANG Jiejie1 FAN Sheming1,2(1. Shanghai Key Laboratory of Ship Engineering, Marine Design & Research Institute of China, Shanghai200011, China; 2.Science and T echnology on Water Jet Propulsion Laboratory, Shanghai 200240, China) Abstract: Stabilizing systems are necessary for the ship in wind and waves to ensure stable operations and improve the safety and comfort of the crew.As an effective stabilizer, gyrostabilizer acts entirely within the hull without requiring sufficient movable weight to generate a control moment. The nonlinear wave force disturbance model of the ship in random waves is firstly established. The combined dynamic model of the ship and the gyrostabilizer is then built together with the working principle of the gyrostabilizer. The corresponding MATLAB Simulink block diagramsof the ship motion control are constructed for two kinds of gyrostabilizer models, i.e., the natural-driven gyrostabilizer model and the controller-driven gyrostabilizer model. The results show that both the natural-driven and controller-driven gyrostabilizer are able to reduce the rolling motion through the gyroscopic effect of high-speed spinning and precession angel variation. The controller-driven gyrostabilizer can reduce the nonlinear rolling motion of the ship more effectively than the natural-driven gyrostabilizer.Keywords:roll; gyrostabilizer; irregular waves; control; precession angle收稿日期：2022-06-05 ；修回日期： 2022-06-18作者简介：刘 义（1988-），女，博士，高级工程师。
船舶减摇技术现状及发展趋势
SHIP ENGINEERING 船舶工程V ol.34 Supplement 2 2012 总第34卷，2012年增刊2船舶减摇技术现状及发展趋势洪超1,陈莹霞2（1．中国船舶重工集团公司第704研究所，上海 200031；2．上海船舶设计研究院，上海 201203）摘 要：传统的船舶减摇装置包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、减摇陀螺、减摇重块等，本文介绍了这些传统的减摇装置的发展现状及近年来出现的新型减摇装置，包括零航速减摇鳍、舵鳍联合减摇、舱鳍联合减摇、Magnus效应回转轴减摇、减纵摇、船舶姿态控制系统等，并对未来的新型减摇装置进行了预测。
关键词：减摇鳍；减摇水舱；舵减摇；陀螺；减摇发展中图分类号：U664.7 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) Z2-0236-09Current Situation and Tendency of Development ofShip Stabilizer TechniqueHONG Chao1, CHEN Ying-xia2(1. Shanghai Marine Equipment Research Institute, Shanghai 200031, China; 2. Shanghai Merchant Ship Design andResearch Institute, Shanghai 201203, China)Abstract: The traditional ship stabilizer includes fin stabilizer, anti-rolling tank, rudder roll stabilizer，moved mass stabilizer etc..this paper introduces the development status of these traditional stabilizers and some new stabilizers developed in recent years, such as fin stabilizer at zero speed, rudder-fin stabilizer, tank-fin stabilizer, Magnus Effect rotor stabilizer, pitch stabilizer and ship motion control system. And the prospective ship stabilizers are forecasted at the last part of this paper.Key words: fin stabilizer; anti-rolling tank; rudder roll stabilizer; gyro roll stabilizer; development1 概述人类从19世纪初的帆船年代的舭龙骨开始，就已经开始了船舶减摇的努力和斗争，前后共提出了350余种不同类型的减摇装置，其中用于了实践的达20几种[1]。
船舶考点1
1.反映船舶的操纵性能的有：包括航向稳定性、机动性。
（包括船舶的启动、加速、减速、停车、保持航向、航迹、位置、回转、规避）2.船舶运动稳定性中的船舶固定稳定性、控制稳定性:按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性,固前者取决于船体几何形状,后者取决于整个闭合回路的特性。
固定稳定性越好的船,控制稳定性也越好。
3.船舶回转特性的参数:反横距(L3)：船舶从初始直线航行至回转运动轨迹反向最大偏离处的距离。
满舵时约为0.01L。
正横距(L2):船舶从初始直线至船艏转向90º时，船舶重心所在位置之间的距离;S2越小，回转性越好。
纵距(L1)：从转舵时可船舶重心至船舶转向90度时沿原航线方向计算的距离。
一般为3~4L。
L1越小，说明操舵反映灵敏。
战术直径(DT)：从船舶原来航线至船舶转向180°时，船舶中剖面所在位置之间的距离。
DT越小，则回转性越好，一般DT约为3~6L。
定常回转直径Dc：定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹的直径，一般为0.9DT。
进程：纵距L1 –定常回转半径 R。
相对回转直径D/L：通常用D/L代表回转性优劣。
4.船舶运动的线性、非线性模型:1．Davidson-Schiff模型2．野本船舶操纵运动模型3.船舶操纵运动非线性模型 (1).野本非线性模型（在二阶野本模型基础上，则将非线性项）(2).Bech非线性模型(3). Norrbin 非线性模型(4).考虑船舶航速损失的操纵模型-Van Leeuwen 模型5. 舵叶的分类:1.按面积对转轴位置：普通舵，平衡舵，半平衡舵。
2按剖面结构：平板舵，流线型舵，特种舵。
3特种舵：NACA舵，襟翼舵，西林舵，扭曲舵。
6. 横摇运动参数的测试方法:横摇衰减试验：当船舶横摇角大于5度时，让船舶作自由横摇衰减，用记录仪记录自由横摇衰减曲线。
然后通过衰减曲线确定船舶的横摇阻尼、转动惯量和横摇固有周期。
7.影响船舶减摇效果的因素:8. 减摇水舱的分类:控制方式分类:被动式减摇水舱,可控被动式减摇水舱,主动式减摇水舱结构上分类:U型减摇水舱(Frahm水舱)槽型水舱（Flume水舱）9.水舱设计的约束条件:水舱的高度应不小于水深的 1.7倍。
船舶减摇方式介绍及发展趋势
船舶减摇方式介绍及发展趋势船舶减摇是指通过一系列的技术和装置来减轻或消除船舶在海洋中的摇晃或波动。
船舶的摇晃是由于海洋波浪、气流、液体运动等因素造成的，造成失衡情况，不仅引起人员、货物的不适，而且还会对船舶本身造成损坏。
因此，船舶减摇技术在海洋工程中显得尤为重要。
以下是船舶减摇方式介绍及发展趋势。
1. 常规减摇法常规方法是通过船体形状改变、水动力作用、船舶重心调整和加装水阻板、减震材料等来实现减摇的目的。
例如，增加吃水线长度和减小船头面积可以使船舶更加稳定，缩小重心高度并加大重心升降调整力矩可以增加船舶的稳定性。
主动减摇法是通过电子控制系统、水动力作用、变形机构等来实现减摇的目的，常见的主动减摇装置有主动均舱系统、主动悬挂系统等。
主动均舱系统通过调整舱室内的水位来改变船舶的重心位置，从而实现减摇的目的；主动悬挂系统通过改变水下机构的形状和运动状态，以改变水下水动力，从而减少船舶在海洋中的摇晃。
被动减摇法是通过船舶外壳、结构、内部装置等被动方式实现减摇的目的。
被动减摇装置包括振动吸收体、液压阻尼器、机械阻尼器等，这些装置可以在船体产生摇晃时产生反作用力来实现减摇的效果。
目前，船舶减摇技术已经取得了许多进展，随着科学技术的不断进步，船舶减摇技术也将继续发展。
未来的发展趋势可能涉及到船舶自适应控制系统、声学减摇技术、磁浮减摇技术等，这些新技术可以更有效地减轻船舶在海洋中的摇晃，提高航行的安全和效率。
综上所述，船舶减摇技术对于保障航行安全和提高运输效率至关重要，其发展趋势也正在持续向着更加智能、高效、安全的方向发展，必将对海洋工程领域的发展产生深远的影响。
舰船舵阻摇技术的研究现状及展望
介 绍 了 国外 定 型 的舵 阻 摇 产 品 ， 对 舵 阻 摇 今 后 研 究 的 重 点 进 行 了展 望 。 并
关 键 词 ： 舰 船 ；舵 ； 阻 摇 舵
中图分 类号 ： Ｕ ７ ． ６５ １
文献标 识 码 ： Ａ
Ｏ ｖ ｒ ｉ ｗ ｎ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｏ ｕｄ ｒ ｒ ｌ ｄ ｍ ｐｉ ｇ ｅ ｖ ｅ ｉ ｅ ｈ ｌ ｇ ｆｒ ｄｅ ｏ ｌ ａ ｎ
１ 舵 阻 摇
船 的横摇虽 然是 由风 、 等外部 作用 力对 船体 施 浪
Ｆ ｎ ｌｙ，ｔ ｒｎ ｉ ｌｐ ｏ ｌｍ ｓ ｉ ｉ ａｌ ｈｅ ｐ ｃｐａ ｒ ｂ ｅ ｎ ＲＲＤ ｒ ｏ ｐｅ ｔｄ． ｉ ａ ｅ ｐｒ ｓ ｃ ｅ
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ｗａ ｓ ｐ；ｒ ｄ ｅ ；ｒ ｄ ｅ ｏｌｄ ｍｐｉｇ ｙ ｗｏ ｄ ｒｈｉ ｕ ｄ ｒ ｕ ｄ ｒｒｌ ａ ｎ
维普资讯
第２ ９卷 第 ４期
２ ０ 年 ８月 ０７
文 章 编 号 ：６ ２—７ ４ （ ０ ７ ０ ０ ２ ０ １７ ６ ９ ２ ０ ） ４— ０ ２— ５
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ ． ９， Ｎｏ． １２ ４
ＳＨＩ ＣＩ Ｐ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
ｉｓ ｌ ． ｆｒｔｙ Ｔｈ ｎ ｍａ ｅ ｎｙ ＲＲＤ ｏ ｔｏ ｌ ｏ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌａｇ ｒ ｈｍｓａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｎ ｈ ｖ ｒｅ ｒ ｄｕ ｔｏ ｓｏ ｉ ｒ ｒ ｖｄ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｅ ａｐ ｏ ｃｉ ｎ ｆＲＲＤ ｒ ｎ ｒｄｕ ｅ ｓ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｃ ｄ．
船用减摇装置原理
船用减摇装置原理船舶在航行过程中会受到海浪的影响，从而产生摇晃的运动，这种摇晃会给船舶和船员带来很大的安全隐患。
为了解决这个问题，船舶上通常会安装减摇装置，以减小船体的摇晃幅度，提高船舶的稳定性和航行安全性。
船用减摇装置的原理主要包括水动力原理和控制原理两个方面。
水动力原理是指利用水的力量来抵消船舶的摇晃运动。
船用减摇装置通常由一个或多个减摇槽组成，这些减摇槽位于船舶的两侧，沿船体纵向分布。
当船舶受到侧向波浪的作用时，水会穿过减摇槽，形成与波浪相位相反的力，从而产生一个与船舶摇晃方向相反的力矩。
这样，船舶受到的摇摆力矩就会减小，从而减小了船体的摇晃幅度。
控制原理是指通过一系列的控制系统来实时监测船体的摇晃情况，并根据监测结果调整减摇装置的工作状态。
控制系统通常由传感器、计算机和执行机构组成。
传感器用于感知船体的摇晃情况，如倾斜角度、加速度等；计算机用于处理传感器采集到的数据，并根据一定的控制算法计算出减摇装置的工作状态；执行机构则根据计算机的指令，调整减摇装置的工作参数，如减摇槽的开启程度、开启时间等。
船用减摇装置的工作过程可以简单概括为以下几个步骤：1. 传感器感知船体的摇晃情况，将采集到的数据发送给计算机；2. 计算机根据传感器采集到的数据，通过控制算法计算出减摇装置的工作状态；3. 执行机构根据计算机的指令，调整减摇装置的工作参数；4. 减摇装置开始工作，水流通过减摇槽产生与船体摇晃方向相反的力，从而减小船体的摇晃幅度；5. 一段时间后，计算机重新采集船体的摇晃情况，并根据新的数据调整减摇装置的工作状态；6. 重复以上步骤，不断监测和调整减摇装置的工作状态，以保持船体的稳定性。
船用减摇装置通过水动力原理和控制原理的相互配合，能够有效减小船体的摇晃幅度，提高船舶的稳定性和航行安全性。
目前，船用减摇装置已广泛应用于各类大型船舶，如客船、油轮、货船等。
在未来，随着技术的不断发展，船用减摇装置的性能将进一步提升，为航行中的船舶提供更加稳定和安全的环境。
侧推与减摇装置共26页
=57.3M/W·GM
减摇水舱的减摇能力一般为2~3º，减摇鳍能力较大,客船通 常为5º，军舰为7º，集装箱船和货船在5º以下。
实际上，任何减摇装置都不可能完全克服横摇，总有一定 剩余横摇，并可用减摇率R表示：
R=（1 - s/us）x100%
三、侧推器的管理
1、操作时注意事项：
（1）要有足够的发电机台数投入工作后方可使用 侧推器。侧推器主电动机功率较大，使用前要确 认电站的供电量能否满足。一般设有发电机台数 联锁装置，达不到规定工作台数（有的规定为三 台）侧推器起动不了。
（2）船速在5Kn以下方可使用侧推器。在操纵台 上有标识牌。
（3）当转换操作位置前，要确认主控制器和副控 制器两者控制杆位置和负荷一致后方可切换。
3）使船在恶劣海况下保持航行，保证航期和提高船舶营 运率；
4）减少船舶偏航，还能避免因激烈摇摆引起的航速下降， 节约燃料；
5）可减少或避免货物和集装箱的移位，减少货损；
6）可改善船员工作环境，保证船员工作效率。
3、减摇装置的能力
为了平衡波倾角量为 的波浪所作用于船舶的横摇力矩， 减摇装置必须具有与该力矩相等的减摇力矩。实际上减 摇装置所具有的减摇力矩是有限，通常将其最大减摇力 矩所能克服的波浪波倾角 作为衡量减摇装置能力的标 志，并称为减摇装置的当量波倾角或减摇能力。
横摇、升沉（垂荡）、横荡、纵荡。
对于船舶设备、船员、旅客和货物有不良影响的是纵摇、 升沉和横摇，而横摇影响最大。在恶劣的海况下，船舶 横摇30~40º是常见的。
海况越恶劣，波倾角越大，船舶摇摆也越激烈。 设波高h，波长L，则：
=180h/L
当船舶遭遇到一个波长大大超过船宽、波倾角为的横浪 时，就会受到波浪给予的一个横摇力矩，力图使船舶中 线与波面垂直，此力矩称为横倾力矩M，在数值上与船 在静水中倾斜时复原力矩相等。
游艇陀螺仪减摇仪原理
游艇陀螺仪减摇仪原理答案：游艇陀螺仪减摇仪的原理主要是基于陀螺效应，通过利用陀螺的角动量进行减摇。
这种装置内部装有重型飞轮，依靠飞轮的角动量（动量矩）与进动效应进行减摇。
角动量是衡量陀螺减摇能力的关键指标，直接关系到减摇效果。
相比其他类型的减摇装置，减摇陀螺具有以下优点：减摇效果好，可达80%-95%；不受航速的影响，航行、停泊状态都可减摇；适装性好，船舱、甲板、居中、偏置都可装；没有伸出船体的附件，工作时不影响航速；允许安装多台，联合工作，适配更大船型。
因此，减摇陀螺成为中小型船艇的首选减摇方案，现已成为引航艇、海事巡逻艇等船的标配。
延伸：一、陀螺仪的工作原理陀螺仪是一种能够感知和保持方向的装置，其工作原理基于陀螺效应。
当陀螺被旋转时，它会在空间中保持方向不变，不受外部力的干扰。
因此，如果将陀螺仪装置安装到一个运动的物体上，它可以被用来感知该物体的运动状态。
二、减摇仪的构成和工作流程减摇仪就是利用陀螺仪来感知游艇在海上的状态，并通过控制机械装置来抵消不良的晃动和颠簸。
减摇仪由陀螺传感器、控制电路和驱动单元组成。
它通过感知游艇的晃动状态来控制陀螺仪旋转速度和角度，从而减少游艇的晃动和颠簸。
三、减摇仪减轻游艇晃动和颠簸的原理在海上航行时，游艇容易受到波浪、风浪等外部环境因素的影响，导致晃动和颠簸。
而减摇仪通过感知游艇晃动状态，将这些信号传输给控制电路，并控制驱动单元来调整陀螺仪的旋转速度和角度。
由于陀螺效应的作用，减摇仪所产生的反作用力可以抵消游艇的晃动和颠簸，使得游艇行驶更加平稳。
四、减摇仪的应用前景目前，减摇仪已经成为许多游艇和船只的标配装置。
它能够大大提高游艇的航行舒适性，减轻乘客的晕船感。
同时，减摇仪还为游艇的安全性和稳定性提供了重要保障，避免了极端天气条件下的风险。
船用减摇鳍液压原理分析及故障排查
0 引言船舶在海上航行时，会受到风浪的作用而产生各种摇摆运动。
一般将这些运动分成横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡、垂荡6个自由度（见图1）。
其中横摇对船体的影响最大。
因此为了减少横摇对船体及乘客的影响，特别是军舰及客船，大多配置了减摇装置。
1 减摇装置分类现代船舶的减摇装置主要有舭龙骨，减摇水舱（配置横倾泵），舵减摇，减摇陀螺等。
下面对各种减摇装置做以下简单介绍。
1.1 舭龙骨舭龙骨沿着船底两侧焊接在船体的肶部。
基本原理是：舭龙骨位于船体底部两侧，此处距离重心最远，有一定曲率，且此处水流较大，可以有效提高船体的阻尼力矩。
根据测算，减摇效果可以达到30%。
1.2 减摇鳍减摇鳍结构类似飞机机翼，分别布置在船体两侧中部位船用减摇鳍液压原理分析及故障排查周建言（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）摘 要 ：船舶在航行过程中受到各个方向的作用力，会产生6个方向的运动。
一般将横摇作为船只影响航行和舒适度的重要因素。
因此减摇装置成为客船和其他特种船舶上配置的主要设备。
对现代常用减摇装置作了分析和对比，并结合生产实际分析减摇鳍装置的液压工作原理和设备调试内容，及故障处理办法。
关键词：减摇装置；减摇鳍；液压电磁阀中图分类号：U672 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2021.03.029［引用格式］周建言.船用减摇鳍液压原理分析及故障排查[J].船舶物资与市场,2021,(3):61-63.收稿日期：2021-01-21作者简介：周建言（1984-），男，学士，工程师，研究方向为船舶制造与调试技术。
第29卷 第3期2021年3月V ol.29 No.3Mar.2021船 舶 物 资 与 市 场MARINE EQUIPMENT/MATERIALS & MARKETING图1 船只航行自由度示意图置，水线以下。
基本配置有鳍室，鳍板，液压驱动单元，电气控制和自动化系统，以及海水密封系统。
减摇装置介绍
减摇装置介绍近百余年来，人们一直致力于研究减缓船舶摇摆的措施。
世界各国先后研究了近百种不同形式的减摇装置。
但目前世界上广泛采用的仅是减摇水舱、舭龙骨和减摇鳍，其中居垄断地位的是减摇鳍，其减摇效果最佳。
下面分别对上述三种减摇装置进行介绍。
一．减摇水舱减摇水舱主要分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱两种。
A．被动式减摇水舱将靠近船舯部两舷的水舱在底部用管道连接起来，舱内注入适量的水。
利用船本身的横摇运动而引起水舱内水的物理运动来产生稳定力矩。
它不要任何动力，所以称为被动式减摇水舱。
它是各类减摇装置中比较简单、造价较便宜的一种。
被动减摇水舱（以下简称被动水舱）最常用的是U型水舱和槽型水舱（见右图）。
被动水舱的工作原理是使设计的水舱内振荡的固有频率等于船横摇的固有频率，这样在共振的情况下，水舱是随船一起运动，而水舱里的水的运动滞后横摇角90度。
同时，当船横摇的固有频率等于波浪的扰动力距频率时，也发生共振，这时船的横摇角滞后波浪力距90度。
这样水舱力的水的运动就滞后波浪扰动力矩180度。
也就是说水舱里的水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而使共振区横摇减小。
这就是所谓的“双共振减摇原理”。
被动减摇水舱仅在中等海况和在船舶初稳心高h限定范围以内，以很接近船舶固有频率附近提供有限的减摇效果，最好的减摇效果可达60~70%。
离开共振区效果显著下降，在较长的遭遇周期上使横摇角增加。
它的优点使设备简单、费用低及在任何航速下均有一定的减摇效果。
为了改善被动水舱的减摇性能，还有一种是可控被动减摇水舱。
主要是在水舱通道上安装节流阀，通过横摇传感装置调节阀门开启和关闭的程度，控制水的流量，使这种减摇水舱比被动水舱能在较宽的频率范围内有效工作。
B．主动式减摇水舱为了克服被动式减摇水舱的一些不足，有人提出了主动式减摇水舱。
主动式减摇水舱原理是依靠角速度陀螺感应船的横摇角速度信号，控制阀伺服机构，控制阀张开的大小由泵将水从一舷打到另一舷的水量建立稳定力矩。
减摇原理的三种形式及对应的减摇装置
减摇原理的三种形式及对应的减摇装置嘿，朋友们！今天咱们聊聊一个可能你没听过但又超有意思的话题——减摇原理！你可能会想，减摇这俩字跟我有什么关系？别急，听我慢慢道来。
无论你是在海上航行，还是坐在游轮上，摇晃的感觉总是让人恼火。
可这个减摇原理，就像个聪明的小帮手，能让我们在波涛汹涌的海面上保持一份平静。
现在，就让咱们深入探讨一下这三种减摇的形式，还有它们各自的神器装置吧！1. 主动减摇系统说到主动减摇系统，想象一下你在海上，船身随着浪潮上下摇摆，简直就像在坐过山车。
但是，这种主动减摇系统就像一位勇敢的骑士，随时准备出手相助。
它通过传感器实时监测船体的运动，利用机械装置，比如油压或电动装置，来调整船体的姿态，减少摇晃。
这种方式的好处是反应迅速，简直就是海上飞毛腿，瞬间就能让你感觉像在平坦的道路上行驶。
不过呢，话说回来，主动系统可不便宜，安装和维护成本都让人皱眉。
不过嘛，钱花得值，能让你舒舒服服的在海上玩乐，心情自然就好啦。
1.1 舵机系统在这个主动减摇的大家庭里，舵机系统可是个不可或缺的角色。
它通过控制舵叶的角度，来抵消船体的摇晃。
就像在骑自行车时用力转动把手，瞬间就能调整方向。
舵机的反应速度极快，简直就像那让人眼花缭乱的魔术表演，令你在波涛中安然无恙！1.2 自动控制装置自动控制装置呢，就像一位技术宅高手，时时刻刻盯着船的状态，确保一切正常。
它通过复杂的算法，分析船体的运动数据，然后自动调节减摇装置，让你觉得就像在进行一场无声的舞蹈，优雅而自如。
2. 被动减摇系统接下来咱们聊聊被动减摇系统。
这个系统就像老派的智慧，依靠船体的设计和重心的布局来减少摇晃。
想象一下，船的底部设计成特殊的形状，像个流线型的飞鱼，能有效抵御海浪的侵袭。
这种方式省心又省钱，不用太多的科技含量，大家都能接受。
2.1 阻尼器被动减摇里，阻尼器就像一位安静的守护者。
它能吸收船体运动时产生的能量，减少摇晃。
你可以想象成在舞会上，那个总是站在角落却默默支持你的人，虽不显眼，但却是你最可靠的后盾！2.2 减摇鳍减摇鳍就更有趣了，像个翅膀，伸出水面，帮助船只抵抗波浪。
船用减摇陀螺仪性能仿真分析
船用减摇陀螺仪性能仿真分析翟亚军，张怀宇（中远海运重工有限公司，上海 210120）摘 要：船舶航行中的摇摆会影响船员的正常工作和生活，以及设备的正常使用及寿命。
高速旋转陀螺运动能够产生减摇力矩，抑制船舶的横摇与纵摇，因此，为无人小艇设计了一种陀螺减摇装置，以减小船舶横摇。
通过建立陀螺减摇仪数字化模型，结合建立的船舶横摇非线性数学模型，利用Adams进行仿真分析，验证减摇陀螺仪对无人小艇的减摇能力，并探究陀螺仪减摇能力和船舶吨位的大小的关系。
仿真结果表明：陀螺减摇装置有很好的减横摇能力，并且与船舶排水量的大小成线性关系。
关键词：非线性横摇；陀螺减摇装置；建模仿真中图分类号：U664.7 文献标志码：A DOI：10.16443/ki.31-1420.2018.04.008Simulation Analysis of Performance of Marine Anti-rolling GyroscopeZHAI Yajun, ZHANG Huaiyu(COSCO Shipping Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 200120, China)Abstract: The ship's roll will affect the normal use and service life of the equipment as well as the normal work and life of the crew on board. The precession of high speed rotating gyroscope will produce anti-rolling moment, which can weaken ship’s rolling and pitching. A kind of anti-rolling gyroscope is thus designed to weaken the roll of the ship. By establishing the mathematical model of the gyroscope, combining the established nonlinear mathematical model of ship’s roll, and using the simulation analysis of Adams, the anti-rolling ability of the gyroscope is verified, and the relationship between gyroscope stabilization ability and the size of the ship tonnage is theoretically verified. The theoretical results show that the gyro anti-rolling device has a good impact on reducing the rolling, and it has a linear relationship with the ship displacement.Key words: non-linear rolling; anti-rolling gyroscope; modeling and simulation0 引言船舶减摇是提升船舶航行舒适性与安全性的重要途径[1]。
减摇陀螺原理
减摇陀螺原理减摇陀螺是一种常见的自动稳定装置，它广泛应用于飞机、船舶、导弹等领域。
它的原理是通过陀螺效应来实现自动稳定。
本文将从陀螺效应的定义、减摇陀螺的工作原理以及应用等方面进行探讨。
我们来了解一下陀螺效应的含义。
陀螺效应是指当一个陀螺体受到外力作用时，其自转轴会发生改变。
这是由于陀螺体的自转产生了一个力矩，使其自转轴发生偏离的结果。
根据陀螺效应的原理，我们可以设计出一种装置，利用陀螺效应实现自动稳定。
减摇陀螺就是利用陀螺效应来实现船舶减摇的装置。
在船舶行驶过程中，由于波浪的作用，船体会不断晃动，给乘客和货物带来不便。
减摇陀螺的出现就是为了解决这个问题。
它通过利用陀螺效应来产生一个反作用力，使船体保持平稳。
减摇陀螺的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤。
首先，陀螺体开始自转，产生一个自转轴。
当船体晃动时，减摇陀螺会感应到这种晃动，并产生一个相反方向的力矩。
这个力矩会使陀螺体自转轴发生偏离，并产生一个反作用力，使船体产生一个与晃动相反的力。
通过不断的调整反作用力的大小和方向，减摇陀螺可以使船体保持平稳，减少晃动。
减摇陀螺的应用非常广泛。
在船舶上，减摇陀螺可以使船体保持平稳，提高航行的舒适性和安全性。
在飞机上，减摇陀螺可以帮助飞行员稳定飞行，减少飞行过程中的晃动。
在导弹上，减摇陀螺可以使导弹保持稳定的飞行轨迹，提高打击精度。
除了船舶、飞机和导弹，减摇陀螺还有其他一些应用。
在摄影和摄像领域，减摇陀螺可以帮助摄影师和摄像师拍摄更加稳定的画面。
在激光加工和精密加工领域，减摇陀螺可以提高加工的精度和稳定性。
在医疗设备中，减摇陀螺可以帮助医生进行更加精确的手术操作。
减摇陀螺是一种利用陀螺效应来实现自动稳定的装置。
它通过感应船体或飞机的晃动，并产生相反方向的力矩，使船体或飞机保持平稳。
减摇陀螺的应用非常广泛，可以提高航行和飞行的舒适性和安全性，同时也可以应用于其他领域，提高工作的精度和稳定性。
希望通过本文的介绍，读者对减摇陀螺的原理有更加深入的了解。
中船重工第七○四研究所工程师邵昱——减摇系统让船舶“行稳致远”
中船重工第七○四研究所工程师邵昱——减摇系统让船舶“行稳致远”佚名【期刊名称】《船舶物资与市场》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】1页(P9)【正文语种】中文船舶在海上航行工作时，由于受到海浪海风以及海流等海洋环境扰动的作用，不可避免地产生摇荡运动，剧烈的摇晃不但影响船舶的航行，还极大地降低了人们在航行过程中的舒适性，并对船舶上的装备带来不良的影响，对船上的货物和人员带来不安全因素。
船舶在水面上的运动一般有六个自由度，分别为横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡、对于大多数船舶而言，横摇造成的不良影响最大，对一些特定船型，如小水线面双体船、高速船等，则存在垂荡、纵向运动等多个自由度的不良影响。
为了船舶的航行安全、提高航行中的舒适性，迫切需要减少船舶的摇荡。
目前，共有350余种不同类型的减摇装置，其中真正装船的有几十种，目前应用较为广泛的船舶减摇装置主要有减摇鳍、减摇陀螺、减摇水舱、舵减摇等少数几种。
减摇鳍。
依靠装在船两舷水下的可动鳍翼上产生的流体动力效应，实施减摇的装置即减摇鳍。
在正常航速下，全航速减摇鳍工作原理同常规减摇鳍；在零航速下，由于没有来流速度，是靠自身的转动产生相应的升力。
与普通鳍有所不同，增加弦长使其能扫过尽可能大的面积。
减摇陀螺。
减摇陀螺装置是基于控制力陀螺理论实现减摇功能的，其具有尺寸紧凑、安装方便、无附加阻力且在任意航速下都具有很好的减摇效果。
近年来，由于材料科学、制造技术及控制技术的进步，减摇陀螺装置正朝着高速化、集成化的方向不断发展，逐渐被各类船舶使用。
在国外，对于诸如海岸防卫舰、游艇等减摇需求强烈的小型舰艇，减摇陀螺装置已经成为重要的辅助设备，特别对于豪华游艇等高技术附加值船舶，减摇装置已经成为必备的设备。
减摇水舱。
尽管减摇鳍有很好的减摇效果且重量轻，适用范围广，但是常规减摇鳍在低航速和系泊状态下不能有效地减摇，这是常规减摇鳍的一个本质缺陷。
而全航速减摇鳍要取得较好效果，则需要更大的鳍面积。
intering减摇装置原理
intering减摇装置原理在大海上航行的船只，有时候会像个调皮的孩子一样晃来晃去。
这可不好玩，会让人晕头转向，还可能影响货物的安全。
所以呢，聪明的人类就发明了减摇装置，来让船只乖乖听话，稳定前行。
那这减摇装置到底是咋工作的呢？其实啊，就像是给船只找了个平衡大师！咱们先来说说被动式减摇装置。
这就好比给船只穿上了一件能自动调整平衡的“神奇外套”。
比如说常见的舭龙骨，它就像船只的小翅膀一样，长在船的两侧。
当船开始摇晃的时候，水流经过这小翅膀，就会产生一种阻力，就像有人轻轻地拉住了船，不让它晃得太厉害。
还有一种被动式的，叫做减摇水舱。
这就有点像船肚子里的小游泳池。
当船往一边倾斜的时候，水就会从一边跑到另一边，利用水的流动产生的力量来抵消摇晃的力量。
你看，是不是很巧妙？接下来，咱们再聊聊主动式减摇装置。
这可就更厉害了，就像是给船只请了个超级智能的保镖！比如说主动式减摇鳍，它能根据船的摇晃情况，自动调整角度和位置。
就好像它能感知到船的心思，然后迅速做出反应，把船给稳住。
还有一种主动式的是减摇陀螺，它就像一个高速旋转的大轮子，利用自身的旋转产生的力量来对抗船只的摇晃。
你想想看，船只在大海上航行，有了这些减摇装置的帮忙，是不是就像有了一双稳定的大手在扶着它，让它能够更加平稳地前进，不再那么摇摇晃晃啦？其实啊，减摇装置的原理说起来好像挺简单，但要真正实现让船只稳稳当当的，背后可是有无数科学家和工程师们的努力和智慧呢！他们不断地研究、改进，就是为了让我们在海上航行的时候能够更加安全、舒适。
所以说，当我们享受着平稳的海上之旅时，可别忘了感谢这些神奇的减摇装置，还有那些为了它们付出心血的人们哟！怎么样，朋友，这下你对减摇装置的原理是不是有了更清楚的认识啦？。
浅析减摇水舱的工作原理及其在“育鲲”轮上的改造应用
浅析减摇水舱的工作原理及其在“育鲲”轮上的改造应用内容摘要摘要：减摇水舱是世界上成功应用的减摇装置之一，它具有结构简单，价格低廉，易于维修等特点，在零航速下能正常工作。
本文首先对现有的减摇装置进行了分析比较，简单的介绍了“育鲲”轮所用的减摇，进而详细描述了该减摇水舱工作原理，主要介绍可控被动式减摇水舱。
在文章的最后对可控被动式减摇水舱控制系统进行设计,提出船舶综合平衡系统船舶减摇鳍和减摇水舱综合减摇的优越性。
关键词：减摇水舱工作原理综合平衡控制系统ABSTRACT: The anti-rolling tank is one of the widely used stabilizers in the world, and it fits for ships working at zero speed or low speed, whose characters are simple structure, low cost and easy to maintain. Firstly，the passage compared and analyzed the stabilizers, simply talked about the ship fin stabilizer which used in “yukun”ship，and then particularly described working principle of anti-rolling tank ，the controlled passively anti-rolling tank is primary described. At last，the control system of controlled passively anti-rolling tank is designed, brought up the superiority of the integrated anti-rolling method, combined with fin stabilizer and anti-rolling tank.Keywords：anti-rolling tank working principle integrated balance control system目录前言 (1)1减摇装置的分析比较 (1)1.1船舶横摇概述1.1.1船舶横摇危害1.1.2船舶横摇标准1.1.3船舶减小横摇途径1.2常见的减摇装置1.3减摇装置的性能比较1.4减摇装置的选择1.5“育鲲”轮现有减摇装置简介1.5.1“育鲲”轮减摇鳍的参数1.5.2“育鲲”轮减摇鳍的特点2减摇水舱的工作原理2.1减摇水舱概述2.1.1被动式减摇水舱2.1.2主动式减摇水舱2.1.3可控被动式减摇水舱2.2减摇水舱的控制2.2.1减摇水舱的气阀控制2.2.2减摇水舱的控制输入2.3减摇水舱内流体运动分析3减摇水舱在“育鲲”轮上的改造应用3.1“育鲲”轮压载水系统简介3.2针对三号压载水舱的改造4减摇水舱控制系统的设计4.1减摇水舱的控制系统4.2电磁阀的选择4.3气源处理设备4.4传感器4.5工控机5综合平衡的优势6总结附图：图1减摇装置分类示意图图2 被动式水舱减摇原理图图3被动式水舱减摇原理相位图图4可控被动式减摇水舱工作原理图图5减摇水舱可控系统原理图6气阀关闭时刻舱内水的流动气阀关闭后舱内水的流动图7“育鲲”轮压载水系统图8“育鲲”轮三号压载舱在船体分布俯视图图9改造后的三号压载舱概念图图10减摇水舱控制系统流程图图11气动系统基本线路表一减摇装置分类表表二各种减摇装置特性的比较表三“育鲲”轮各压载水舱的基本数据浅析减摇水舱的工作原理及其在“育鲲”轮上的改造应用前言在海上航行的船舶由于受到海浪、海风及海流因素的影响，船舶不可避免的会产生各种摇荡，其中横摇在船舶的摇荡中最为严重，剧烈的摇荡对船舶的适航性、安全性、以及设备的正常工作、货物的固定和乘员的舒适性都会有很大的影响，特备是对于“育鲲”轮这种专用远洋实习船，一定要尽可能的减小其在海浪中的摇摆。
大型船舶减摇系统的研究
质量与附 连质量对于横摇轴惯性矩， ：１ ， 一ｆ ｏ
表示舱内
７ ０
水柱的相当长度，６ ：ｆｃｓ 表示具面积的因次，是水 ，ｏ 删
边 舱 高 ，即 Ｈ＝ ．ｍ ；边 舱 液 位 高 ，即 ｈ ２ ８ ；连 通 道 高 ， ５５ ＝ ．ｍ 即 Ｈ ＝ ．５ ；沿 船 长 的 方 向 长 ，即 Ｌ＝１ ｍ ；边 舱 的 自由 ｄ Ｏ８ ｍ ６
液面积 Ｓ ＝ ２ 。设计情 况安装 Ｎ Ａ减摇 鳍一对 。 。 ３ ｍ ＡＣ
对于减摇 鳍研究的主要方 向集 中在控制器与水动力 方面 。
其 减摇 效 果 的好 坏 主 要 取 决 于 ：鳍 产 生 水 动 力 的大 小 ； 控 制 系 统 采 取 控 制 的策 略 与 随 动 系 统 质 量 。 如 果 鳍 水 动 力 的 特 性 与 随 动 系 统 经 过 确 定 后 ，控 制 系 统 的 规 律 便 决 定 了 其减
处于 理 想 情 况 下 ，将 减 摇 鳍升 力换 算 成 为 相 当波 倾 角 形 式 ，可得 公 式 为 ：
（ｌ ｔｂ １＋Ｊ） ￣
２ ｐ，
Ｄ 一
一 ２
Ｒ ＝Ｄ ‘ ｚ
’。 。
（ ５）
’
＋２ Ⅳ 三＋２ ， Ｓ ｚ—ｐ Ｓ ｂ ＋ ２ ， 一２ ｇ ｏ ａ＝ ０ ｐｇ ｏ ，ｏ Ｎ ｐ，Ｓ Ｒ（
（ ＋Ａ ） ， ／Ｏ＋２ ＋Ｄ ＝Ｋ 一Ｋ Ｎ。 （） １
１ 减 摇 鳍 ．
从 ６ 年代开始 ，我 国对主动减摇鳍开始进行 研究，各 ０ 高校与船舶设备 的研究所等单位都进 行了大量研究与设 计工
减摇陀螺原理
减摇陀螺原理减摇陀螺是一种常见的稳定控制装置，广泛应用于航空航天、导航、导弹制导、船舶控制等领域。
它通过利用陀螺仪的原理，实现对物体的稳定控制。
下面将详细介绍减摇陀螺的原理和工作方式。
一、陀螺仪的原理陀螺仪是一种利用陀螺效应来测量和控制角速度的设备。
陀螺效应是指陀螺在转动过程中产生的稳定性。
当陀螺体转动时，其转动轴会保持一个固定的方向，不受外界力的影响。
这是因为陀螺体的转动轴具有稳定性，使得陀螺体能够保持一个固定的姿态。
二、减摇陀螺的原理减摇陀螺是利用陀螺仪的原理来实现对物体的稳定控制。
它通过在物体上安装陀螺仪，并将陀螺仪的输出信号与控制系统相连，实现对物体的姿态稳定控制。
具体来说，减摇陀螺通过测量陀螺仪的输出信号，得到物体的姿态角速度，然后通过控制系统对物体进行调整，使其保持稳定。
三、减摇陀螺的工作方式减摇陀螺的工作方式可以分为两个主要步骤：测量和控制。
1. 测量：减摇陀螺通过陀螺仪来测量物体的姿态角速度。
陀螺仪通过感知物体的转动轴的变化，测量出物体的角速度。
具体来说，陀螺仪会产生一个与物体转动轴一致的输出信号，该信号可以表示物体的角速度。
2. 控制：减摇陀螺通过控制系统来调整物体的姿态，使其保持稳定。
控制系统会根据陀螺仪的输出信号，计算出物体需要进行的调整动作。
然后，控制系统会将调整动作传递给物体，使其按照要求进行姿态调整。
减摇陀螺的工作过程可以简单描述为：陀螺仪测量物体的姿态角速度，控制系统根据姿态角速度计算出调整动作，然后将调整动作传递给物体，使其保持稳定。
四、减摇陀螺的应用减摇陀螺广泛应用于航空航天、导航、导弹制导、船舶控制等领域。
在航空航天领域，减摇陀螺被用于飞行器的姿态稳定控制，使飞行器能够保持平稳飞行。
在导航领域，减摇陀螺被用于导航设备的稳定控制，提高导航的精度和可靠性。
在导弹制导领域，减摇陀螺被用于导弹的姿态控制，使导弹能够准确击中目标。
在船舶控制领域，减摇陀螺被用于船舶的稳定控制，降低船舶的晃动和颠簸。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
舵减摇装置的发展
舵减摇是基于正确利用下述两条规律发展起来的：
在操舵时，舵除产生一个使舰船转向的艏摇力矩以外，还产生一个横摇力矩；
一般舰船的艏摇响应周期大约是横摇固有周期的一倍左右。
舵减摇装置可以在控制操舵系统完成保持航向功能的同时，还能进行更高频率（舰船横摇固有频率附近）的操舵，使舵产生横摇力矩而不影响舰船的正常航行。
与鳍减摇装置相比，舵减摇装置具有造价低、所占船内空间小、使用和维修方便，以及便于对原来没有配备减摇控制装置的现役舰船进行加装改造等优点。
早在1972年，就有人探讨了用舵作为稳定装置的可能性，并在一艘商船上试验成功。
早期美国舰船一般都不采用减摇鳍。
后来为了提高舰船在风浪中的特殊作业功能（例如直升机的起降作业，保持拖曳线列阵有尽可能多的时间正常工作，以及补给作业等），设法寻找提高舰船耐波性的途径才考虑安装减摇装置。
利用原有的舵机作为执行机构，加上相应的控制器达到减小横摇的目的，无疑是一个极好的可行的方案。
1974年美国泰勒舰船研究发展中心（DTNSRDC）开始研究在军舰上安装减摇装置的可能性，并研制了两台样机。
主要设计思想是：
供舰船作业期间短期使用（半小时左右）。
将舵减摇系统和自动驾驶仪分成两个独立的系统，简化舵减摇装置的设计与制造。
在使用舵减摇时，用人工操舵保持航向，一旦舵减摇装置发生故障，便可转换到自动舵。
控制原理是采用了有自适应性的角速度模拟控制。
这两台样机分别安装在两艘115米长、30 00吨的哈密尔顿级巡逻舰上，于1976年和1979年进行了海上试验。
在横浪中，当有义波高为2.14~2.44米，航速为14节时，横摇角有义值从4.83度减小到2.45度，减摇效果达49.3%，此外横荡加速度也有所减小。
早期的舵减摇装置都是采用控制规律简单的模拟系统，鉴于当时技术水平，不可能实现更为复杂的控制规律，加之舰船原有舵机性能的限制，因此减摇效果不总是那么理想。
1986年至1987年美国泰勒舰船研究发展中心和海军科技部又相继推出第一代和第二代数控舵减摇装置，第一代是利用原有舵机加上数字控制器使减摇性能又有提高。
第二代不仅采用了数字控制器而且配上了为舵减摇而专门研制的新舵机，使减摇效果大幅度提高，甚至达到70%的减摇水平。
由于原来的舵机操舵角速度只能在4度/秒以下，为了增大减摇力矩，如果舵机允许操舵角速度大于8度/秒，则舵减摇装置的性能将会有明显提高。
另外，新研制的舵机将满足功率、结构载荷以及对磨损等新的要求。
美国已经在斯普鲁恩斯级上进行了成功的试验，并研制了在航母上采用的舵减摇装置。
在美国获得试验成功的鼓舞下，80年代荷兰、瑞典等国也开展了舵减摇装置的研究。
1984年瑞典哥德堡船模试验水池（SSPA）着首研制型号为ROLL-NIX的舵减摇装置。
1987年在瑞典皇家海军两艘舰艇上进行了试验。
一艘为巡逻艇（艇长35米，排水量170吨，航速27节），一艘为布雷舰（舰长105米，排水量3300吨，航速16节）。
舵机速度都是8度/秒，在蒲氏风级4~6级的横浪和尾斜浪中减摇效果达40~60%。
ROLL-NIX采用了基于现代控制理论的自适应滤波器和调节器，可适应海况和航速的变化。
它的硬件有摩托罗拉MC 68000微机、角速度陀螺、自动舵控制、ROLL-NIX控制和电源控制器。
共组成两个部件：主设备和控制单元。
主设备约重12千克，体积约为0.5×0.2×0.3立方米。
控制单元重约13千克，体积约为0.2×0.1×0.1立方米。
可将它用于对现役舰船的原操舵装置进行改装，也可用于新船建造，只要1到2天就可以完成安装和调试。
该装置利用微机对信号进行数字滤波，提高了控制质量。
它也兼有航向自适应操舵仪的功能，在启用舵减摇时可任意选择用手舵和自动舵保持航向。
当要求改变航向时，减摇控制会自动脱开。
待进入指定方位后马上又
重新开始工作，ROLL-NIX型舵减摇装置至1990年已生产了60余套，安装在吨位从160~ 11000吨级的各种客船、舰艇以及工作船和救生船上。
荷兰在舵减摇方面获得了十分丰富的研究成果。
1981年荷兰皇家海军向DELFT大学咨询能否用舵减摇替代减摇鳍。
1982年荷兰皇家海军、DELFT大学和Van Rietschoten & Ho uwens公司签订了共同设计舵减摇自动驾驶仪的协议书，为期4年。
他们用一年时间与MA RIN研究所合作，通过数学模拟计算、物理模拟试验、8米长的遥控模型海上试验和实船试验，证实了用舵来替代减摇鳍的功能是可行的，明确了舵机和船型方面影响减摇效果的关键因素。
当时的试验是采用简单的固定增益控制仪，所以对不同的海况，要有人工加以仔细调解。
为此，用了3年时间进一步解决舵减摇自动驾驶仪对海况、操纵系统（舵角、舵角速度）限制的自适应，得到了许多有价值的成果，研制成ASSA型舵减摇自动驾驶仪，并按计划于1990年6月底安装在M级护卫舰的首制舰上。