A semi-submersible drilling rig is regarded as one of the typical offshore structures operated in the field with moderate environments such as the Gulf of Mexico, Brazil, and West Africa. Its typical roll and pitch natural periods are around 30 seconds, which avoids prevailing regions of the wave energy spectrum, and their responses in waves are quite acceptable for common operation conditions. But large roll and pitch motions can be induced by wave difference frequency energy spectrum if the metacentric heights of a semi-submersible decrease to small values in some loading conditions, and it is because the roll and pitch natural periods increase and approach to the region where the spectral density of the low frequency wave drift moment has significant value. This paper describes the low frequency roll motion of a semi-submersible that are excited by the wave 2nd order difference frequency energy by a series of model experiments. From the model tests with several different initial metacentric heights (GM), it was observed that a semi-submersible can experience large roll motion due to the wave group spectrum.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.21
no.1
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pp.3-12
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1984
Up to now, it has been common to treat the maneuvering motion of a ship as a 3-degree-freedom motion i.e. surge, sway and yaw on the sea surface, for the simplicity and mathematical calculation, and it is quite acceptable in the practical point of view. Meanwhile, considering the maneuverability of a ship under the special conditions such as in irregular waves, in wind or at high speed with small GM value, it is required that roll effect must be considered in the equation of ship motion. In this paper the author tried to build up the 4-degree-freedom motion equation by adding roll. And then, applying the M.M.G.'s mathematical model and with captive model test results the roll-coupled hydrodynamic derivatives were found. With these the author could make some simulating program for turning and zig-zag steering. Through the computer simulations, the effect of roll to the ship maneuver became clear. The effect of the wind force to the maneuverability was also found. Followings are such items that was found. 1) When roll is coupled in the maneuvering motion, the directional stability becomes worse and the turning diameter becomes smaller as roll becomes smaller as roll becomes larger. 2) When maneuver a ship in the wind, the roll becomes severe and the directional stability becomes worse. 3) When a ship turns to the starboard side, the wind blowing from 90 degree direction to starboard causes the largest roll and the largest turning diameter, and the wind from other direction doesn't change the turning diameter. 4) When a ship is travelling with a constant speed with rudder amidship, if steady wind blows from one direction, the ship turns toward that wind. This phenomenon is observed in the actual seaways.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.28
no.1
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pp.39-46
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2010
Sounding data is the essential source for the safety of ships navigation system, and fundamental to the reasonable usage and maintenance of the ocean as well. As IT tech, positioning equipment such as GPS and INS, echo sounder are developed, recently, the precise submarine topography database bas been built by Multi-Beam Echo Sounder. However, MBES data includes some inevitable error caused by several factor, and some data have errors where the terrain is wobble. The error, which causes the $moir\acute{e}$ pattern error is the main factor hindering the accuracy of MBES data results, and therefore it is necessary to figure out the main cause of the error for the improvement of the accuracy by removing error data. On this research, the main cause of the error data is studied by analyzing motion sensor value of data including the $moir\acute{e}$ pattern error. Thus, as the result of examination, it turns out that the $moir\acute{e}$ pattern error is related to the standard deviation of Roll, and error data values are results of the non-correspondence between Swath data and Roll values caused by the drastic change of Roll values. Accordingly, the error data is removed by comparing between the gradient of Swath data and Roll values. Finally, as the result of removing error data, it is expected to be able to estimate the quality of MBES using the standard deviation of Motion sensor's Roll value, and calculate the additive error factor, which minimize non-corresponding data, and also this research must be contributed to improve the accuracy of sounding for small vessels with lots of motion in the bad circumstance for navigation.
Kim, Chi-Hyo;Park, Woo-Kun;Kim, Tae-Sung;Lee, Min-Ki
Journal of Navigation and Port Research
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v.33
no.5
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pp.323-330
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2009
We have been developing an underwater robot for harbour construction using a parallel mechanism The robot is attached to the rope of a crane, which curries a large stone into the undersea The robot's yaw and pitch are controlled by hydraulic cylinders but its roll is uncontrollable. We mount propellers in both side of the robot to generate the roll motion This paper studies on the control for the roll motion of a underwater robot. A gyro-sensor is used to measure the angle in a roll motion We develop the dynamic model to describe the robot's roll motion by a second order non-linear system and identify the model parameters by recursive least square and adaptive identifier. PD control, recursive model based control and adaptive model based control are applied with the dynamic model which computes the control input to compensate disturbances. This paper introduces the underwater robot system and presents the simulated and experimental results of the proposed controller.
This paper describes dynamics analysis of a small training boat and a new type of ship's autopilot not only to keep her course but also to reduce her roll motion. Firstly, statistical analysis through multi-variate auto regressive model is carried out using the real data collected from the sea trial on an actual small training boat Sazanami after the navigational system of the boat was upgraded. It is shown that the roll motion is strongly influenced by the rudder motion and it is suggested that there is a possibility of reducing the roll motion by controlling the rudder order properly. Based on this observation, a new type of ship's autopilot that takes the roll motion into account is designed using the muti-variate modern control theory. Lastly, digital simulations by white noise are carried out in order to evaluate the proposed system and a typical result is demonstrated. As results of simulations, the proposed autopilot had good performance compared with the original data.
Vehicle rollover is an important issue for the traffic safety. Rollover can occur from the driver's action, the vehicle characteristics, or the road condition. This study is about the rollover propensity analysis of a jeep vehicle using the steering and braking maneuver, which is the combined result by the driver and the vehicle. Simple equations of roll motion is used to analyze the roll motion and a special purpose vehicle dynamics program is used to simulate the rollover of the jeep vehicle. From the simulation, an incipient rollover motion of the vehicle was found. However, the more complete rollover propensity analysis would require further investigation using roll dynamic sensitivity study.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.4
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pp.131-137
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2014
The SUV has a risk of rollover because of the highness of center of mass. In this paper the roll-behavior of a SUV in turning motion is analyzed. Dynamic model of the vehicle on the slope is developed and simulation is carried out using the software ADAMS/Car. The results show that the relational expression between the ground force acting on the tire and the roll motion is well established. It is also identified that the driving state of the vehicle becomes unstable at the lower or upper position of the slope.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.329-339
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2002
In ship operation the consequency of roll motions can seriously degrade the performance of mechanical and personnel effectiveness. So many studies for the roll stabilization control system design have been performed and very good results have been achieved. In many studies, the stabilizing fins are used. Recently rudders, which have been extensively modified, have been used to exclusively to stabilize the roll. This paper examines the two-degree-of-freedom servosystem design technique to synthesize the yaw control system which achieves the course keeping object of the ship and the H$_{\infty}$ control approach to suppress the roll motion, respectively.
This paper presents a robust controller design approach for improving vehicle dynamic roll motion performance and guaranteeing the closed-loop system stability in spite of vehicle parameter variations resulting from aging elements, loading patterns, and driving conditions, etc. The designed controller is linear parameter-varying (LPV) in terms of the time-varying parameters; its control objective is to minimise the $H_{\infty}$ performance from the steering input to the roll angle while satisfying the closed-loop pole placement constraint such that the optimal dynamic roll motion performance is achieved and robust stability is guaranteed. The sufficient conditions for designing such a controller are given as a finite number of linear matrix inequalities (LMIs). Numerical simulation using the three-degree-of-freedom (3-DOF) yaw-roll vehicle model is presented. It shows that the designed controller can effectively improve the vehicle dynamic roll angle response during J-turn or fishhook maneuver when the vehicle's forward velocity and the roll stiffness are varied significantly.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.1
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pp.74-80
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2021
When a berth is built close to a fairway, a moored vessel will be affected by the ship waves generated by navigating vessels. In this study, a portable measurement system was developed to measure the roll motion of an actual vessel, and the results were compared with simulation results. The simulation results showed that the roll motion satisfies the loading safety criteria. However, the actual results of the vessel, did not satisfy the criteria in some cases. In this study, 18 cases that did not satisfy the loading safety criteria were analyzed. Among these cases, three cases were affected by a different time zone of the remaining 15 cases, 11 cases (73.3%) were observed to be consistent with arrival times of passenger ships of more than 10,000GT sailing between in Mokpo and Jeju. The results of this study can be used to reflect marine traffic characteristics in the assessment of loading safety, which can increase the reliability of results of the loading safety assessment of ships.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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