GYROSKOP I SKIP

Studenter har utviklet ny gyro-stabilisering av skip

Tror på bedre stabilisering med mer avanserte gyroer.

Gyroskop

  • Svinghjul som har stort treghetsmoment om symmetriaksen og som kan rotere om denne aksen med stor hastighet.
  • En vanlig modell av et gyroskop består av et svinghjul med rotasjonsakse satt symmetrisk inn i flere ringer utenpå hverandre, en såkalt kardansk opphengning.
  • Opphengt på denne måten kan rotasjonsaksen fritt innta en hvilken som helst retning.

Kilde: Store Norske Leksikon

I en bacheloroppgave beskriver de tre studentene Are Nøst, Mathias S. Olsen og Jørgen Apeland hvordan de kan bruke gyroskop til å stabilisere skipsbevegelser i flere akser.

Holder i ro

Ifølge Store norske leksikon er en gyro et svinghjul som har stort treghetsmoment om symmetriaksen og som kan rotere om denne aksen med stor hastighet.

Ved å henge den opp i flere ringer med ulik akse, vil svinghjulet virke stabiliserende, og med lite tilført energi.

– Det er spesielt aktuelt for mindre fartøy, blant annet serviceskip for offshore vindkraftverk eller skip som ligger på DP, dynamisk posisjonering. Ved å bruke avansert gyrostabilisator, kompenserer den for bølgebevegelser både fra ulike sidevinkler og forfra når skipene skal ligge i ro. Dermed kan de operere under røffere værforhold, sier Jørgen Apeland til Teknisk Ukeblad.

Les også: Har ventet på påbud siden 1994 - nå skal salget av disse endelig ta av

Illustrerer to relevante rotasjoner – ved å «nutere» gyroskopet, vil skalamodellen «rulle».
Bra utgangspunktIllustrerer to relevante rotasjoner – ved å «nutere» gyroskopet, vil skalamodellen «rulle». HiB-studenter

Bra utgangspunkt

Avdelingsleder Olav Rognebakke for Maritime, Resistance & Propulsion i DNV GL sier at teknologien er kjent og kommersielt tilgjengelig for mindre fartøy.

– Videre utvikling er nødvendig for praktisk anvendbarhet om bord på større fartøy. Studentene har gjort et interessant arbeid som fokuserer på design, bygging og analyser av en skalamodell av et gyroskop for stabilisering, sier Rognebakke til TU.

Han mener dette kan være en god basis for videre studier.

– Neste skritt er ifølge studentene å utvikle en rullesimulator for skip. I kombinasjon med beregninger kan modellforsøk brukes til å forstå hvilke fartøy og typer operasjon som kan ha nytte av gyroskopisk stabilisering, sier Rognebakke.

Støtter tanken

Studentene får et stykke på vei støtte fra Fjellstrand, som leverer tre-skrogs vindservicefartøy.

– Dette er nok best egnet for enskrogsfartøy, sier salgs- og utviklingssjef Edmund Tolo i Fjellstrand til Teknisk Ukeblad.

Han sier at det finnes noen kommersielle aktører på markedet, deriblant Seakeeper og Mitsubishi Heavy Industries, som også studentene har sett på.

Disse selskapene fokuserer hovedsakelig på fritidsbåt- og yacht-markedet. Studentene mener teknologien har et stort potensiale utover det markedet.

Les også: Cruiseskipet er 347 meter langt. Det kan navigere med 4 centimeters margin

Skalamodell av en gyroskopisk stabilisator. Kontrollboks i forgrunnen.
Tester formler med modellSkalamodell av en gyroskopisk stabilisator. Kontrollboks i forgrunnen. HiB-studenter

Tester formler med modell

– Vi ser et potensial for bedre stabilisering med mer avanserte gyroer. Vi bygget skalamodellen for å teste formlene og ligningene som sier noe om faktorene som bestemmer hvor mye vi klarer å stabilisere, sier Apeland.

I ligningen skal fire faktorer inn:

  1. Hvor fort svinghjulet spinner i gyroskopet
  2. Hvor fort den endrer nuteringsvinkel (endring av vinkel på rotasjonsaksen til rotoren)
  3. Cosinusfaktor avhengig av nutasjonsvinkelen
  4. Massetreghetsmomentet til svinghjulet

Les også: Mangemilliardær skulle kopiere Titanic - nå legges prosjektet på is

Ingen forretningsplan

Studentene har ikke analysert forretningspotensialet for ideen.

– Vi har fokusert på tekniske løsninger og sammenlignet teoretisk og faktisk målt moment. Vi har fått signaler om at det er behov i markedet, sier Apeland.

Fjellstrand-direktør Tolo sier at de vurderer gyro fra prosjekt til prosjekt.

– Vi har ved flere anledninger hentet inn tilbud på slikt utstyr for å vurdere det til våre vindmøllefartøy. Disse produktene vil vi kunne benytte når anledningen er der for et prosjekt hvor kunden ønsker slike løsninger og det ellers kan forsvares ut fra kostnader og arrangement i fartøyet, sier Tolo.

Studentene vedgår at det er langt fram til et kommersielt produkt.

Les også: ABB lanserte sin første i 1987 - nå kommer en ny generasjon azipoder

Illustrerer hvordan et gyroskop kan plasseres i et fartøy.
Illustrerer hvordan et gyroskop kan plasseres i et fartøy. HiB-studenter

Professor-bok

De unge guttene begynte arbeidet med modellen da de høsten 2014 var på utveksling ved UC San Diego med professor H. Murakami som veileder.

Eksperimenter ble utført med modellen for å sammenligne teoretisk rullemoment til målt rullemoment på modellen.

De teoretiske verdiene ble hentet fra en relativt ny 3D-dynamisk metode, "The method of moving frames", som professor Murakami og veilederen ved HiB, professor T. Impelluso har jobbet med.

De vil i løpet av neste år utgi en lærebok i emnet.

Les også: Dette skipet kan løfte 420 tonn i ni meter høye bølger

Studentteamet som har jobbet med oppgaven. Fra venstre: Are Nøst, Mathias S. Olsen, Jørgen Apeland
Studentteamet som har jobbet med oppgaven. Fra venstre: Are Nøst, Mathias S. Olsen, Jørgen Apeland HiB

Utgangspunkt

– Dette er fortsatt på eksperimentstadiet. Veilederne våre har intensjon om å følge opp videre og bringe inn andre momenter for å kunne teste i bølgetank og plassere på et fartøy. Vi mener grunnlaget er der, men at det må jobbes videre med, sier Apeland.

Selv har han søkt om å komme inn på NTNU og utvide bacheloren til sivilingeniør.

– Det hadde vært fint å kunne jobbe videre med dette på NTNU, sier Apeland.

Se YouTube-video som forklarer hvordan gyroskop fungerer: