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TECHNOLOGIE

Simulation eines Zweikreiselkompasses



Die Aufgabe:

Ein Kreiselkompaß ist eine komplexe technische Struktur, die als System starrer Körper beschrieben werden kann, wobei einzelne Komponenten Kontinuumseigenschaften besitzen. Zur Vermeidung kostenintensiver experimenteller Designstudien soll ein Simulationsmodell auf einem Rechner entwickelt werden.

Die Lösung:
Für den Kompaß wurde eine Systemanalyse und anschließend eine mathematische Modellierung der Teilsysteme durchgeführt:
  • Schiffsbewegung im Inertialraum zur Beschreibung der vorgegebene Kompaßbewegung als externe Größe
  • Starrkörpersystem Kreiselkompaß als System nichtlinerarer Differentialgleichungen für die Bewegung der Einzelkomponenten
  • Hydrodynamisches Traglager als nichtlineare Feder, beschrieben durch eine Potentialgleichung für den Druck
  • Ringdämpfer als komplexe fluidmechanische Dämpfungselemente, basierend auf der Theorie schleichender Strömungen
Die mathematischen Modelle wurden als Programmprozeduren implementiert und mit Hilfe von Standardprogrammen numerisch gelöst. Das Modell simuliert die Bewegung jeder Kompaßkomponente für vorgegebene Schiffsbewegungen (Standort, Kurs, Fahrt, Wellen etc.) und vorgegebene Konfigurationen im zeitlichen Verlauf. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine neue singularitätsfreie Beschreibung finiter Rotationen entwickelt und implementiert (H.G.Matthies, J.H.Pöpplau, Applications of a Singularity-Free Three Parameter Description of Finite Rotations in Mechanics ZAMM 66, Berlin 1986).

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