JP2013043622A - 波浪推進船 - Google Patents

Abstract

【課題】翼に発生する揚力を従来よりも大きくし、推進力を大きくすることができる波浪推進船を提供する。
【解決手段】波浪による水流により、翼３０３、３０４と前記翼の後端に第一接続部を介して配置されるフラップ３０５，３０６とにより発生する揚力により推進力を得る波浪推進船であり、前記翼のピッチ角が正であれば前記フラップのピッチ角は負になり、前記翼の角が負であれば前記フラップのピッチ角は正になることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、波浪の水流によって翼に発生する揚力により推進力を得る波浪推進船に関する。

波浪の水流によって翼に発生する揚力により、波浪に向かう推進力を得る技術が知られている（例えば特許文献１参照。）。また、この技術を用いて推進を行なう波浪推進船が知られている（例えば非特許文献１参照。）。

図１は、波浪推進船の模式図を示す。船体１０１に翼１０３が支持機構１０２を用いて接続されている。支持機構１０２としては、例えばストラットを用いることができる。翼１０３の少なくとも一部または全体は水中に位置する。図１においては、船体１０１の進行方向とは逆向きに進行する波浪１０４が存在し、船体１０１の斜め下方から斜め上方へ向かう水流１０５が発生している。また、翼１０３は、水流１０５を翼１０３の下面で受けるようにピッチ角（迎角）が設定されている。このような場合には、翼１０３には、水流１０５による揚力が発生し、この揚力が船体１０１の進行方向の成分を有するため、船体１０１を前方に推進させる推進力を得ることができる。

図２は、翼に発生する揚力によって推進力が得られる原理を説明する図である。翼２０１は、基準線２０３に対してピッチ角αを有しているとする。基準線２０３は、例えば船体１０１における座標系での水平線として定義できる。ここで、ピッチ角は、翼２０１の前端と後端とを結ぶ直線と基準線２０３とがなす角として定義できる。この場合、直線２０２と基準線２０３とが一致すればピッチ角αは０となる。翼２０１の前端が後端より上方に位置する場合にピッチ角αは正の値となる。

このとき、直線２０２に対して斜め下方から斜め上方へ向かう水流１０５が発生しているとする。水流１０５と基準線２０３とのなす角をβとすると、０＜α＋βであり、α＋βはストールが発生する角度より小さいとする。このとき、翼２０１には揚力２０５が発生する。揚力２０５の向きは、水流１０５と垂直となる。α＋β＜９０°であれば、揚力２０５が翼２０１の前方方向の成分２０６を有することとなる。この成分２０６が翼２０１に発生する推進力となり、この推進力により船体１０１が前方に推進する。

特開２００５−３４３３７号公報 "堀江健一オフィシャルサイト"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２３年７月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ１．ｓｕｎｔｏｒｙ−ｍｅｒｍａｉｄ２．ｃｏｍ／ｓｍ２＿ｉｍａｇｅ．ｈｔｍｌ＞

非特許文献１に開示されている波浪推進船は、７８００キロメートルの航海を行なうことができることを実証し、波浪推進船は実用段階にあると言ってよい。また、従来知られているこのような波浪推進船は、波浪による力により翼が揺動するようにも構成されており揚力による推進力に加えて、翼のドルフィンキックのような動きにより、推進力を増大させている。しかしながら、さらなる改良が望まれている。

本発明の一実施形態として、波浪による水流により、翼と前記翼の後端に第一接続部を介して配置されるフラップとにより発生する揚力により推進力を得る波浪推進船であり、前記翼のピッチ角が正であれば前記フラップのピッチ角は負になり、前記翼の角が負であれば前記フラップのピッチ角は正になることを特徴とする波浪推進船を提供する。

本発明により、波浪推進船の翼に発生する揚力を、従来よりも大きくすることが可能となり、従来の波浪推進船よりも推進力を大きくすることができる。これにより、波浪を推進力に変換する効率を向上させることができる。

従来の波浪推進船の模式図 従来の波浪推進船が推進力を得る原理を説明する図 本発明の一実施形態に係る波浪推進船を斜め前方から見た場合の斜視図 本発明の一実施形態に係る波浪推進船のストラットの側面図 本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼の上面図 本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼のピッチ角の制御の一例図 本発明の一実施形態に係る波浪推進船のストラットの側面図 本発明の一実施形態に係る波浪推進船のストラットの側面図

以下、本発明を実施するための形態を実施形態として説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されることはない。本発明は、以下に説明する実施形態を変形して実施することも可能である。

（実施形態１）
図３は、本発明の一実施形態に係る波浪推進船を左斜め前方から見た斜視図である。図３において、波浪推進船は、船体３０１を有し、その前方の略中央に、略鉛直方向に延びている支持機構としてのストラット３０２が配置されている。ストラット３０２の下部の両端には、フラップ３０５を後端に有する翼３０３およびフラップ３０６を後端に有する翼３０４が装着されている。翼３０３および３０４ならびにフラップ３０５および３０６は、ストラット３０２に対して略垂直となっている。翼３０３および３０４のそれぞれは、翼の前方に配置された接続部を介してストラット３０２に装着されている。接続部には、例えば回転軸を用いることができる。また、フラップ３０５および３０６のそれぞれは、翼３０３および３０４それぞれに、屈曲が可能となるように、接続されている。屈曲が可能となるように接続されていることにより、フラップ３０５および３０６のそれぞれの後端が、翼３０３および３０４それぞれの後端の上下運動にさらに相対して上下に運動可能となる。

また、図３においては、翼３０３の後端とフラップ３０５の前端とは蝶番状に接続されている。いいかえると、翼３０３の後端の形状に凹部と凸部とを有し、この凹部と凸部とに対応して、フラップ３０５の前端の形状が凸部と凹部とを有している。「対応して」とは、翼３０３の後端の凹部とフラップ３０５の前端の凸部とが嵌合し、翼３０３の後端の凸部とフラップ３０５の前端の凹部とが嵌合するようになっていることをいう。凹部と凸部とを横断するように回転軸を通すことにより、翼３０３とフラップ３０５とが屈曲可能に接続されている。翼３０４とフラップ３０６とについても同様となっている。なお、翼とフラップとの接続は、蝶番状のものに限定されることはなく、フラップの後端が翼の後端の上下運動にさらに相対して上下に運動可能となるものであればよい。

なお、ストラット３０２の下部に翼３０３および３０４ならびにフラップ３０５および３０６が装着されることにより、翼３０３および３０４ならびにフラップ３０５および３０６の一部または全てが船体３０１の喫水線よりも下に位置することとなる。そして、波浪が波浪推進船の前部に向かって進行すると、３０３および３０４ならびにフラップ３０５および３０６により、波浪推進船が前進する推進力が発生する。

翼３０３と翼３０４とのそれぞれの両端のうち、ストラット３０２に接続部を介して接続されている端とは異なる端は、船体３０１の側方に設けられたストラットにより、さらに別の接続部を介して接続されていてもよい。これにより、ストラット３０２に翼３０３および３０４により加わる力を分散させることができる。ただし、ストラット３０２の強度、接続部、翼３０３および３０４ならびにフラップ３０５および３０６の強度を十分な大きさにすることができれば、船体３０１の側方に設けられたストラットは不要とすることができる。

また、ストラット３０２は、船体３０１の前方の略中央に位置させる必要はなく、左右に偏った位置に設けられていてもよい。また、船体３０１の前方に設けられるストラットは一つである必要はなく、複数あってもよい。

なお、以上においては、翼３０３および３０４がストラット３０２に接続されているとして説明を行なった。ただし、ストラット３０２は必須ではなく、翼３０３および３０４は、船体３０１の左右に取り付けることも可能である。この場合、翼３０３および３０４は、船体３０１に接続部を介して取り付けられることとなる。

図４は、後端にフラップが配置された翼が取り付けられた状態のストラットの側面図である。また、図５は、その上面図である。

図４を参照すると、ストラット４０１に接続部４０４を介して翼４０２が取り付けられている。図４において、接続部４０４は、翼４０２の前方に配置されている。接続部４０４を中心にして翼４０２が回転可能となり、翼４０２のピッチ角が変えられるようになっている。また、翼４０２の後端にはフラップ４０３が接続部４０５を介して接続されている。接続部４０５を中心にしてフラップ４０３が回転可能となり、フラップ４０３のピッチ角が変えられるようになっている。

図５を参照すると、翼４０２が接続部４０４を介してストラット４０１に接続されている。図５においては、接続部４０４は、ストラット４０１に接続される回転軸となっている。また、翼４０２の後端は凹凸の形状を有している。そして、フラップ４０３の前端は、翼４０２の後端の凹凸に対応した形状を有し、翼４０２の後端の凹凸の構造と嵌合するようになっている。また、嵌合部分には別の回転軸が配置され、翼４０２とフラップ４０３とを接続している。

接続部４０４は、復元力を持つように翼４０２とストラット４０１とを接続する。「復元力を持つ」とは翼４０２のピッチ角が大きくなると、ピッチ角が小さくなるような力が翼４０２に加わることをいう。このため、接続部４０２には、図示していない弦巻バネなどの弾性体などを有し、弾性体の伸縮により復元力が発生する。ここに、翼４０２のピッチ角とは、翼４０２の前端から後端の方向と水平線とのなす角であり、図４においてはαである。本明細書においては、角度は反時計回りの回転により大きくなるとする。したがって、図４において、αは正となる。

接続部４０５は、復元力を持つように、かつ、翼４０２のピッチ角とは逆符号のピッチ角となるように、フラップ４０３と翼４０２とを接続する。ここに「復元力をもつ」とは、接続部４０４と同様に、フラップ４０３のピッチ角が大きくなると、ピッチ角が小さくなるような力がフラップ４０３に加わることをいう。ここにフラップのピッチ角とは、フラップの前端から後端の方向と水平線とのなす角であり、図４においてはβにより示される。上述したように、角度は反時計回りの回転により大きくなるとしたので、図４において、βは負となっている。

図４においては、αが正であり、βが負となるのは、波浪による水流が、翼４０２とフラップ４０３との下面に当たる方向に発生しているときに揚力を発生させるためである。すなわち、接続部４０５が翼４０２の前端とフラップ４０３の後端とを結ぶ直線よりも上に位置する。このため、翼４０２の前端からフラップ４０３の後端までに移動する距離が、翼４０２とフラップ４０３との上面を移動する場合の方が、翼４０２とフラップ４０３との下面を移動する場合よりも大きくなり、翼４０２とフラップ４０３との上面の水流の速さが、翼４０２とフラップ４０３との下面の水流も速さよりも大きくなる。これにより、翼４０２の斜め上方前方に向かう揚力が発生する。

逆に、波浪による水流が、翼４０２とフラップ４０３との上面に当たるときには、αを負とし、βを正とすることにより、接続部４０５が翼４０２の前端とフラップ４０３の後端とを結ぶ直線よりも下に位置し、斜め下方前方に向かう揚力を発生させることができる。

図６は、αとβとの関係をグラフとして表す一例を示す。図６においては、αとβとは原点を通り、αの絶対値が大きくなればβの絶対値も大きくなる直線として示されている。ただし、αとβとの関係は直線の関係に限定されるものではなく、すくなくとも０以外ではαとβとの符号が異なればよい。なお、以下では、０以外ではαとβとの符号が異なることを、単にαとβとの符号が異なるという。

このように翼４０２とフラップ４０３とのピッチ角を制御することにより、フラップ４０３がない場合よりも、翼４０２とフラップ４０３とに発生する揚力が大きくなり、波浪推進船の推進力が大きくなる。

図７は、αとβとの符号を異ならせるための機構の一例を示すための、フラップが後端に接続された翼が取り付けられた状態のストラットの側面図である。図７において、ロッド７０１の一端が接続部７０３を介して、接続部４０４と４０５との間の翼４０２の箇所に接続されている。またロッドの他端は関節部７０４を介して別のロッド７０２の一端に接続されている。別のロッド７０２の他端は接続部７０５を介してストラットに接続されている。

翼４０２のピッチ角が変化すると、ピッチ角の変化が、接続部７０３を介してロッド７０１の上下運動に変換される。ロッド７０１の上下運動は、関節部７０４を介して、接続部７０５を中心とするロッド７０２の回転運動に変換される。そこで、接続部７０５に弦巻バネなどを設け、ロッド７０２の回転運動に復元力を持たせることにより、復元力を持つように翼４０２とストラット４０１とが接続されることになる。

また、接続部４０５の後のフラップ４０３の箇所の接続部７１３を介してロッド７１１の一端が接続されている。ロッド７１１の他端は関節部７１４を介してロッド７１２の一端に接続されている。ロッド７１２の他端は接続部７１５を介してストラットに接続されている。

フラップ４０３のピッチ角が変化すると、ピッチ角の変化が、接続部７１３を介してロッド７１１の上下運動に変換される。ロッド７１１の上下運動は、関節部７１４を介して、接続部７１５を中心とするロッド７１２の回転運動に変換される。そこで、接続部７１５に弦巻バネなどを設け、ロッド７１２の回転運動に復元力を持たせることにより、復元力を持つようにフラップ４０３が翼４０２に接続されることになる。

また、接続部７０５と接続部７１５とを歯車などの機構を用いて一方の回転を他方に伝達することにより、αとβとの符号を異ならせることができる。

図８は、αとβとの符号を異ならせるための機構の一例を示すための、フラップが後端に接続された翼が取り付けられた状態のストラットの別の側面図である。図８においては、翼４０２とフラップ４０３とのピッチ角をアクティブに制御することが可能となる。

すなわち、図８において、ロッド８０１の一端が接続部８０３を介して、接続部４０４と４０５との間の翼４０２の箇所に接続されている。またロッドの他端は、ストラット４０１に固定されたアクチュエータ８０２により上下に駆動される。これにより、アクチュエータ８０２により翼４０２のピッチ角の制御が可能となる。

また、接続部４０５の後のフラップ４０３の箇所の接続部８１３を介してロッド８１１の一端が接続されている。ロッド８１１の他端は関節部８１４を介してロッド８１２の一端に接続されている。ロッド８１２の他端は、ストラット４０１に固定された回転駆動部８１５に接続される。回転駆動部８１５は、サーボモータなどで実現し、回転が制御される。回転駆動部８１５の回転が制御されることにより、ロッド８１２の回転が制御され、関節部８１４を介してロッド８１１の上下運動が制御され、結果として、接続部８１３を介してフラップ４０３のピッチ角が制御されることになる。

アクチュエータ８０２と回転駆動部８１５との制御は、例えば、翼４０２の前方や近傍に配置された流向計により、水平線に対する水流の向きを測定し、測定された水流の向きに応じて行なう。このような制御を行なう部を制御部ということにする。このとき、制御部は、翼４０２とフラップ４０３とのピッチ角を制御し、揚力を最大化することができる。

また、流向計に加えて流速計を備え、制御部は、翼とフラップとに対する波浪による水流の流速の大きさを測定して、翼４０２とフラップ４０３とのピッチ角を制御してもよい。この場合、ピッチ角の制御パターンを、高速走行時と低速走行時との少なくとも２つ用意し、異なる制御を行なってもよい。すなわち、船体の前進速度が大きくなれば、翼への流水の流入角は小さくなり、ストールを心配する必要がなくなり、最大の揚力を発生するようにピッチ角を制御することができる。一方、前進速度が小さければ、翼への流水の流入角が大きくなる傾向が生じるので、ストールの発生を考慮してピッチ角を制御することができる。

３０１ 船体、３０２ ストラット、３０３ 翼、３０４ 翼、３０５ フラップ、３０６ フラップ

Claims (7)

1. 波浪による水流により、翼と前記翼の後端に第一接続部を介して配置されるフラップにより発生する揚力により推進力を得る波浪推進船であり、
   前記翼のピッチ角が正であれば前記フラップのピッチ角は負になり、前記翼の角が負であれば前記フラップのピッチ角は正になることを特徴とする波浪推進船。
2. 前記水流が前記翼と前記フラップとの下面に当たるときには、前記翼の前端と前記フラップの後端とを結ぶ直線よりも前記第一接続部は上に位置し、前記水流が前記翼と前記フラップとの上面に当たるときには、前記翼の前端と前記フラップの後端とを結ぶ直線よりも前記第一接続部は下に位置することを特徴とする請求項１に記載の波浪推進船。
3. 前記翼と前記フラップのピッチ角の絶対値が大きくなると前記ピッチ角を小さくする復元力が前記翼と前記フラップとに加わることを特徴とする請求項１または２に記載の波浪推進船。
4. 前記翼は前記波浪推進船の前部に設けられたストラットに第二接続部を介して取り付けられ、
   前記ストラットは、第三接続部を介して前記翼に接続されるロッドを上下させる翼駆動部と第四接続部を介して前記フラップに接続されるロッドを上下させるフラップ駆動部とを有する請求項２に記載の波浪推進船。
5. 前記翼駆動部と前記フラップ駆動部とは弾性体を有し、前記復元力は前記弾性体により生ずることを特徴とする請求項４に記載の波浪推進船。
6. 前記水流の流向を測定する流向計と、
   前記翼駆動部と前記フラップ駆動部とを制御する制御部とを有する請求項４に記載の波浪推進船。
7. 前記水流の流速を測定する流速計を有し、
   前記流速計により測定された流速が大きいときには、前記流速計により測定された流速が小さい場合に比べて、前記翼および前記フラップのピッチ角の絶対値を小さく制御することを特徴とする請求項６に記載の波浪推進船。

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