JP2017197182A - 高速水上艇および潜水航行体 - Google Patents

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Abstract

【課題】高速で水中を移動することができる新規性のある潜水航行体(例えば、潜水艦、魚雷、無人機など)提供する。【解決手段】潜水艇を実現し、この潜水艇は細長いハルと、前記ハルの前端部上に装着され、前記ハルを水中移動させるように適合された少なくとも1つのプロペラとを備え、前記少なくとも1つのプロペラは適切な速度で回転したときに前記少なくとも1つのプロペラから、したがって前記ハルの外面にそって流れるスーパーキャビテーション水を生成し前記ハルの外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくするようなサイズおよび構成をとる。【選択図】図38A

Description

係属中の先行特許出願への参照
本特許出願は、
(i)Gregory E. Sancoffらによって2009年6月16日に出願された係属中の先行米国特許出願第12/485,848号、名称「FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT」(整理番号JULIET−0102)の一部継続出願であるが、この先行米国特許出願は(a)Gregory Sancoffによって2008年6月16日に出願された先行米国仮特許出願第61/132,184号、名称「FORCE PROTECTION ATTACK CRAFT」(整理番号JULIET−1 PROV)、および(b)Gregory E. Sancoffらによって2008年11月26日に出願された先行米国仮特許出願第61/200,284号、名称「FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT (F−PAC)」(整理番号JULIET−2 PROV)の利益を主張するものであり、
(ii)Gregory E. Sancoffによって2011年8月18日に出願された係属中の先行米国特許出願第13/212,767号、名称「FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT AND UNDERWATER VEHICLES」(整理番号JULIET−0709)の一部継続出願であるが、この先行米国特許出願は(a)Gregory E. Sancoffによって2010年8月18日に出願された先行米国仮特許出願第61/374,923号、名称「SUPERCAVITATION AIR CHANNELS FOR BUOYANT TUBULAR FOIL」(整理番号JULIET−7 PROV)、および(b)Gregory E. Sancoffによって2010年8月18日に出願された先行米国仮特許出願第61/374,940号、名称「TORPEDO EMPLOYING FRONT−MOUNTED COUNTER−ROTATING PROPELLERS AND STEERING SPOILERS」(整理番号JULIET− 9 PROV)の利益を主張するものであり、
(iii)Juliet Marine Systems, Inc.らによって2011年9月21日に出願された係属中の先行国際(PCT)特許出願第PCT/US11/52642号、名称「FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT AND SUBMERSIBLE VEHICLE」(整理番号JULIET−01020709 PCT)の一部継続出願であり、
(iv)Gregory E. Sancoffによって2011年3月30日に出願された係属中の先行米国仮特許出願第61/469,127号、名称「SEA−X1: SHALLOW SUBMERGED SUPER−CAVITATIONS SUBMARINE」(整理番号JULIET−3A PROV)の利益を主張し、
(v)Gregory E. Sancoffによって2011年3月30日に出願された係属中の先行米国仮特許出願第61/469,143号、名称「SEA−SPRINT: UNMANNED, HIGH SPEED SUPER−CAVITATIONS SUBMERSIBLE CRAFT」(整理番号JULIET−4A PROV)の利益を主張するものである。
上記9件の特許出願は、参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は、一般に、船舶に関するものであり、より具体的には、高速攻撃偵察艇(high-speed attack and reconnaissance craft)に関するものである。
2000年にアデン港で発生した、誘導ミサイル駆逐艦「コール」に対するテロリストの攻撃は、小グループのテロリストが最小限度の資源を用いて最新式の軍艦に対して行うことができる破壊の一例となったもので、駆逐艦「コール」の場合、数百ポンドの爆弾を積んだ小さなボートに乗った2名のテロリストにより10億ドルの軍艦が危うく沈められるところであった。
「コール」への攻撃が成功したことで、別の、なおいっそう気がかりな問題が生じた−つまり、それぞれのボートに爆弾を詰め込み自爆テロリストが乗り込んだ多数の高速ボートが、「小型ボートの群れ」を作り、軍艦の防御を、特に反撃時間と機動性が制限される可能性のある航行制限水域内で圧倒するおそれがあるということである。実際、近年の戦闘作戦シミュレーションは、そのような群れ戦術がペルシャ湾の狭い水域で軍事行動をとる海戦グループに対して大変な効果を有することが実証される可能性のあることを示唆している。
現時点では、そのような「小型ボートの群れ」戦術には、海戦グループから安全な距離のところに防衛境界線を確立することができる高速な類似のサイズの操縦性の高い重武装攻撃艇を配備することで最もよく対抗できると考えられている。そのために、適切な装備のゾディアック型艇(Zodiac-type craft)がすでにこの目的用に配備されている。しかし、経験から、ゾディアック型艇は、港の比較的静かな水域内でのみ実用的である。これは、外海の波のうねりで高速運転するゾディアック型艇では乗組員に対して短時間しか耐えられない過剰な肉体的ストレスがかかるからである。さらに、小型ボートの群れがゾディアック型艇によって確立されている防衛境界線に侵入した場合に戦闘グループに十分な反撃時間を与えられるように、防衛境界線は、理想的には、戦闘グループから実質的な距離のところ(少なくとも16.09km(10マイル)外)で確立されるべきである。しかし、軽量構造で、高速での運転時間が限られ、燃料積載量に限りがあるため、ゾディアック型艇は信頼できる防衛境界線を戦闘グループからそれほど遠く隔てて維持することはできない。実際、ゾディアック型艇では、防衛境界線は、一般的に、戦闘グループにかなり接近して維持されなければならず、その結果反撃時間が失われる。
航海中または投錨中の海戦グループを保護するために攻撃用ヘリコプターを利用する可能性も示唆されている。しかし、攻撃用ヘリコプターは、一般的に、航続距離が比較的限られており、またより重要であると考えられるが、出撃時間も比較的限られるため、信頼できる防衛境界線を戦闘グループから実質的距離だけ離して維持することが事実上妨げられる。さらに、攻撃用ヘリコプターは、一般的に、実質的なレーダーの、赤外線の、および視覚的な「痕跡」を有し、これにより、比較的探知されやすく、かつターゲットにされやすい。
そこで、防衛境界線を海戦グループから安全な距離だけ外に維持するために使用することができる新しい、改善された艦隊防御攻撃艇が必要である。この点で、このような艇は小型で、高速で、操縦性が高く、重装備しているべきであることは理解されるであろう。さらに、この艇は、実質的な外洋うねりの中を高速航行しているときであっても安定したプラットフォームを備えるべきであり、これにより乗組員への肉体的ストレスを最小限度に抑え、安定した武器プラットフォームを実現する。さらに、艇は、信頼できる防衛境界線を戦闘グループから安全な距離に維持するために、実質的期間において、位置に留まっていられるべきである。
また、偵察に、ならびに/または敵陣の背後に特殊部隊の小チームを送り出すために、および/もしくは特殊部隊の小チームを回収するために使用されうる新しい、改善された艇も必要である。そこで、艇は、「ステルスモード」作戦も実行できるべきである、すなわち、レーダーの、赤外線の、視覚的な、および騒音の痕跡が小さく、それにより探知しにくく、かつターゲットにされにくくすべきである。
前記に加えて、高速で水中を移動することができる新しい、改善された潜水航行体(例えば、潜水艦、魚雷、無人機など)も必要である。
本発明のこれらの目的および他の目的は、とりわけ、新規性のある艦隊防御攻撃艇の実現と使用とによって達成される。新規性のある攻撃艇は小型、高速で、操縦性が高い、重装備をした艇である。新規性のある艇は、実質的な外洋うねりの中を高速航行しているときであっても安定したプラットフォームを備え、これにより乗組員への肉体的ストレスを最小限度に抑え、安定した武器プラットフォームを実現する。また、新規性のある攻撃艇は、信頼できる防衛境界線を戦闘グループから安全な距離に維持するために、実質的期間において、位置に留まっていられる。そのため、新規性のある攻撃艇は、防衛境界線を戦闘グループから安全な距離のところに確立し、それにより、戦闘グループに接近するかなり前から敵ボートの迎撃、識別、警告、および、最終的に必要であれば、破壊を許すことによって、「小型ボートの群れ」に対して防御するための効果的手段をなす。
それに加えて、新規性のある攻撃艇は、「ステルスモード」作戦も実行できる、すなわち、レーダーの、赤外線の、視覚的な、および騒音の痕跡が小さく、それにより探知しにくく、かつターゲットにされにくくする。そこで、新規性のある攻撃艇は、偵察を実施するための、ならびに/または敵陣の背後に特殊部隊の小チームを送り出すための、および/もしくは特殊部隊の小チームを回収するための効果的手段ともなる。
前記に加えて、本発明の目的は、高速で水中を移動することができる新規性のある潜水航行体(例えば、潜水艦、魚雷、無人機など)の実現と使用とによって達成される。
本発明の一形態において、実現される船舶は、
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイル(foil;換言すれば、翼)と、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
第1および第2のストラットは、それぞれ、指揮管制モジュールに枢動可能に連結され、第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルに固定して連結され、
第1および第2のストラットは、実質的に剛体である平面構造を備える。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
船舶は、それぞれ第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイル内に封じ込められた第1および第2のエンジンと、船舶を水中移動させるために、それぞれ、第1および第2のエンジンに連結された第1および第2の推進装置をさらに備える。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
船舶は、船舶を水中移動させるために、それぞれ、第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルの先端部に装着された第1および第2のプロペラ機構をさらに備える。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
船舶は、水中移動するときに船舶の操舵を行なうために第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーをさらに備える。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
浮力のあるチューブ状フォイルと、
船舶を水中移動させるため浮力のあるチューブ状フォイルの先端部に装着されたプロペラ機構とを備える。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
浮力のあるチューブ状フォイルと、
水中移動するときに船舶の操舵を行なうため浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーとを備える。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
浮力のあるチューブ状フォイルと、
船舶を水中移動させるため浮力のあるチューブ状フォイルの先端部に装着されたプロペラ機構と、
水中を通る船舶の操舵を行なうため浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーとを備え、
スポイラーのそれぞれはプレートを備え、このプレートは(i)プレートがスポイラーが装着された浮力のあるチューブ状フォイルの外皮と実質的に位置合わせされた船内位置と、(ii)プレートがスポイラーが装着された浮力のあるチューブ状フォイルの近傍を流れる水流中に突き出て、水流を偏向させる船外位置との間で移動可能である。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
第1および第2のストラットは、それぞれ、指揮管制モジュールに枢動可能に連結され、第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルに固定して連結され、
第1および第2のストラットは、実質的に剛体である平面構造を備えることと、
船舶を水中移動させることと、指揮管制モジュールに関して第1および第2のストラットの位置を調整することとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
船舶は、それぞれ第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイル内に封じ込められた第1および第2のエンジンと、船舶を水中移動させるために、それぞれ、第1および第2のエンジンに連結された第1および第2の推進装置をさらに備えることと、
船舶を水中移動させることとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
船舶は、船舶を水中移動させるために、それぞれ、第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルの先端部に装着された第1および第2のプロペラ機構をさらに備えることと、
船舶を水中移動させることとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な浮力の実質的にすべてをもたらし、
船舶は、水中移動するときに船舶の操舵を行なうために第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーをさらに備えることと、
船舶を水中移動させることと、スポイラーの位置を調整することとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
浮力のあるチューブ状フォイルと、
船舶を水中移動させるため浮力のあるチューブ状フォイルの先端部に装着されたプロペラ機構とを備えることと、
船舶を水中移動させることとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
浮力のあるチューブ状フォイルと、
水中移動するときに船舶の操舵を行なうため浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーとを備えることと、
船舶を水中移動させることと、スポイラーの位置を調整することとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
浮力のあるチューブ状フォイルと、
船舶を水中移動させるため浮力のあるチューブ状フォイルの先端部に装着されたプロペラ機構と、
水中を通る船舶の操舵を行なうため浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーとを備え、
スポイラーのそれぞれはプレートを備え、このプレートは(i)プレートがスポイラーが装着された浮力のあるチューブ状フォイルの外皮と実質的に位置合わせされた船内位置と、(ii)プレートがスポイラーが装着された浮力のあるチューブ状フォイルの近傍を流れる水流中に突き出て、水流を偏向させる船外位置との間で移動可能であることと、
船舶を水中移動させることと、スポイラーの位置を調整することとを含む。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
細長い閉じられた水中航行体と、
前記水中航行体の前端部に装着され、運転中に前記水中航行体を水中移動させるように適合された第1および第2のプロペラとを備え、
前記第1および第2のプロペラは前部プロペラと後部プロペラとを備え、
前記前部プロペラおよび後部プロペラは、互いに反対方向に同時に回転するように適合され、
これにより、プロペラから、したがって、前記水中航行体の外面に沿って流れるプロペラ発生スーパーキャビテーション水を供給し、
これにより、前記水中航行体の外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくする。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
細長い閉じられた水中航行体と、
前記水中航行体の前端部に装着されたプロペラ手段とを備え、
前記プロペラ手段は前記水中航行体を水中移動させ、前記プロペラ手段の後部の、前記水中航行体の外壁に隣接する流れに対してスーパーキャビテーション水を発生させるように動作可能であり、
これにより、前記プロペラ手段の前方の水圧より低い水圧を航行体外壁に及ぼす。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
前記第1および第2のフォイルを前記指揮管制モジュールに連結する第1および第2のストラットとを備え、
前記第1および第2のフォイルは、船舶に必要なすべての浮力をもたらし、
前記ストラットはそれぞれ前記指揮管制モジュールおよび前記フォイルのうちの1つに枢動可能に連結され、
前記第1および第2のストラットは一般的に剛体である平面構造を備え、
第1および第2のプロペラは船舶を水中移動させるため前記フォイルの前端部に装着され、
前記第1および第2のプロペラは前部プロペラと後部プロペラとを備え、
前記前部プロペラと後部プロペラとは反対方向に回転して、フォイルの周りにエアースカートを発生し、フォイルの長さ方向にそって延在してフォイルの表面摩擦を減少させる。
本発明の別の形態において、実現される船舶は、
細長い閉じられた水中航行体と、
前記水中航行体の前端部に装着され、運転中に前記水中航行体を水中移動させるように適合されたプロペラとを備え、
前記プロペラは前記プロペラから、したがって前記水中航行体の外面にそって流れるプロペラ発生スーパーキャビテーション水を供給する寸法および形態をとり、
これにより、前記水中航行体の外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくする。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
指揮管制モジュールと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルと、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルをそれぞれ指揮管制モジュールに連結するための第1および第2のストラットとを備え、
第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルは、船舶に必要な実質的にすべての浮力をもたらし、
船舶は、船舶を水中移動させるために、それぞれ、第1および第2の浮力のあるチューブ状フォイルの前端部に装着された第1および第2のプロペラ機構をさらに備えることと、
船舶を水中移動させることとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
浮力のあるチューブ状フォイルと、
船舶を水中移動させるため浮力のあるチューブ状フォイルの前端部に装着されたプロペラ機構とを備えることと、
船舶を水中移動させることとを含む。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
船舶を提供することであって、船舶は
浮力のあるチューブ状フォイルと、
船舶を水中移動させるため浮力のあるチューブ状フォイルの前端部に装着されたプロペラ機構と、
水中を通る船舶の操舵を行なうため浮力のあるチューブ状フォイルに装着された複数のスポイラーとを備え、
スポイラーのそれぞれはプレートを備え、このプレートは(i)プレートがスポイラーが装着された浮力のあるチューブ状フォイルの外皮と実質的に位置合わせされた船内位置と、(ii)プレートがスポイラーが装着された浮力のあるチューブ状フォイルの近傍を流れる水流中に突き出て、水流を偏向させる船外位置との間で移動可能であることと、
船舶を水中移動させることと、スポイラーの位置を調整することとを含む。
本発明の別の形態において、水中を航行するための細長いチューブ状フォイルが実現され、フォイルは推進手段を備え、
前記推進手段は、部分的に、フォイルの前端部に回転可能に装着され、フォイルを水中移動させるように適合されたプロペラ手段を含み、
前記プロペラ手段はフォイルを水中移動させるように動作する一方で水のスーパーキャビテーションを引き起こすように適合され、
それによりフォイルの外皮の少なくとも一部に隣接する位置にスーパーキャビテーション水のスカートを生成し、
その結果フォイルはスーパーキャビテーション水のスカート内を進む。
本発明の別形態において、提供される水中でボディ(body;換言すれば、胴体)を推進するための方法は、
ボディの前端部に回転可能に装着され、ボディを水中移動するように適合された推進手段を有する細長いチューブ状形態のボディを形成するステップと、
ボディの水中移動を引き起こし、ボディの外皮の少なくとも一部に隣接してスーパーキャビテーション水のスカートを生じさせるように推進手段を作動させるステップとを含み、
その結果ボディはそれに隣接するスーパーキャビテーション水中を移動する。
本発明の別の形態において、水中を航行するための細長いチューブ状ボディが実現され、細長いチューブ状ボディは推進手段を備え、
前記推進手段は、部分的に、細長いチューブ状ボディの前端部に回転可能に装着され、細長いチューブ状ボディを水中移動させるように適合されたプロペラ手段を含み、
前記プロペラ手段は細長いチューブ状ボディを水中移動させそれにより細長いチューブ状ボディの外皮の少なくとも一部に隣接してスーパーキャビテーション水のスカートを生じさせるように動作しながら水のスーパーキャビテーションを引き起こすように適合され、
その結果細長いチューブ状ボディは実質的にハル摩擦を低減しつつスーパーキャビテーション水のスカート内を進む。
本発明の別形態において、提供される水中でボディを推進するための方法は、
ボディの前端部に回転可能に装着され、ボディを水中移動するように適合された推進手段を有する細長いチューブ状形態のボディを形成するステップと、
ボディの水中移動を引き起こし、ボディの外皮の少なくとも一部に隣接してスーパーキャビテーション水のスカートを生じさせるように推進手段を作動させるステップとを含み、
その結果ボディは実質的にハル摩擦を低減しつつそれに隣接するスーパーキャビテーション水中を移動する。
本発明の別の形態において、実現される潜水艇は、
細長いハルと、
前記ハルの前端部に装着され、前記ハルを水中移動させるように適合された少なくとも1つのプロペラとを備え、
前記少なくとも1つのプロペラは適切な速度で回転したときに前記少なくとも1つのプロペラから、したがって前記ハルの外面にそって流れるスーパーキャビテーション水を生成し前記ハルの外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくするような寸法および形態をとる。
本発明の別形態において、提供される水中移動するための方法は、
潜水艇を提供することであって、潜水艇は
細長いハルと、
前記ハルの前端部に装着され、前記ハルを水中移動させるように適合された少なくとも1つのプロペラとを備え、
前記少なくとも1つのプロペラは適切な速度で回転したときに前記少なくとも1つのプロペラから、したがって前記ハルの外面にそって流れるスーパーキャビテーション水を生成し前記ハルの外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくするような寸法および形態をとることと、
細長いハルの少なくとも一部を潜水させることと、
少なくとも1つのプロペラを回転して潜水艇を水中移動することとを含む。
本発明のこれらおよび他の目的ならびにこれらおよび他の特徴は、類似の番号は類似の部分を指す添付図面と併せて考察すべき、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明によってより完全に開示されるか、または明らかにされる。
本発明により形成される新規性のある艦隊防御攻撃艇を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュール、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、およびストラットのさらなる詳細を含む、図1に示されている新規性のある攻撃艇のさらなる構造詳細を示す概略図である。 BTFおよびストラット、ならびにその内部構成要素のさらなる詳細を示す概略図である。 BTFおよびストラット、ならびにその内部構成要素のさらなる詳細を示す概略図である。 BTFおよびストラット、ならびにその内部構成要素のさらなる詳細を示す概略図である。 BTFおよびストラット、ならびにその内部構成要素のさらなる詳細を示す概略図である。 BTFおよびストラット、ならびにその内部構成要素のさらなる詳細を示す概略図である。 BTFおよびストラット、ならびにその内部構成要素のさらなる詳細を示す概略図である。 BTFの周りにガスエンベロープを設けて船舶が水中移動するときの抗力を低減する方法を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 新規性のある攻撃艇を操縦し、その姿勢を調整するために使用されるスポイラーのさらなる詳細を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 指揮管制モジュールに関してストラットおよびBTFの位置を調整する方法を示す概略図である。 周囲の一部または全部に配設されたエアートラップフィンを有する浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)の断面図であり、エアートラップフィンに対する好ましい構成をさらに示し、それに加えて、浮力のあるチューブ状フォイルのハル内に形成された複数の空気出口穴を示す図である。 図37と類似しているが、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)の外側ハル上に装着されたエアートラップフィンの実質的に完全なアレイを示す図である。 浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)および浮力のあるチューブ状フォイルを支持するストラットの側面図であり、浮力のあるチューブ状フォイルはその周上にエアートラップフィンを備え、さらに、浮力のあるチューブ状フォイルおよび支持ストラットは中に形成された複数の空気出口穴を有する図である。 浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)および浮力のあるチューブ状フォイルを支持するストラットの側面図であり、浮力のあるチューブ状フォイルはその周上にエアートラップフィンを備え、さらに、浮力のあるチューブ状フォイルおよび支持ストラットは中に形成された複数の空気出口穴を有する図である。 中に形成された空気出口穴を有する浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)の断面図である。 浮力のあるチューブ状フォイルのハルを包含するスーパーキャビテーションエアーカーテンを生成するための単一の前面プロペラ機構を有する浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)の概略図である。 潜水艦のハルを包含するスーパーキャビテーションエアーカーテンを生成するための前牽引プロペラ機構を備える浮力のあるチューブ状フォイル(すなわち、チューブ状ハル)を具備する潜水艦の概略図である。 本発明により形成された新規性のある潜水艦の概略図である。 本発明により形成された新規性のある潜水艦の概略図である。 本発明により形成された新規性のある潜水艦の概略図である。 本発明により形成された新規性のある潜水艦の概略図である。 魚雷のハルを包含するスーパーキャビテーションエアーカーテンを生成するための前牽引プロペラ機構を備える浮力のあるチューブ状フォイル(すなわち、チューブ状ハル)を具備する魚雷の概略図である。 本発明により形成される新規性のある無人潜水艇の概略図である。 図40に示されている新規性のある無人潜水艇を使用する一方法を示す概略図である。
概要
まず最初に図1〜6を参照すると、新規性のある艦隊防御攻撃艇5が示されている。攻撃艇5は、一般的に、乗組員、武器、およびペイロード(乗客を含む)を載せる指揮管制モジュール100、浮力、推進力をもたらし、操縦を行うための一対の浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200、ならびにBTF200上の指揮管制モジュール100を支持するための一対のストラット300を備える。
図4、7、および8に示されているように、また以下でさらに詳しく説明するように、ストラット300は、指揮管制モジュール100に対してさまざまな異なる位置に配設することができ、したがって、攻撃艇5は、所望の動作モードに応じて、多くの異なる構成をとることができ、それにより、高速運転しながら極端に高い安定性およびステルス能力を達成することができる。
そのため、例えば、標準的な海洋では、攻撃艇5は、指揮管制モジュール100が安全に水から出て、船舶は控えめなレーダーの、赤外線の、および視覚的な痕跡を有するように図4に示されている構成をとることができる(すなわち、ストラット300が水平線からほぼ45度に、及び互いにほぼ直角をなして配設される)。
しかし、外洋では、高速運転している間、攻撃艇5は、指揮管制モジュール100が十分に水から出て、うねりの影響を受けないように図7に示されている構成をとることができる(すなわち、ストラット300が水平線に対して実質的に垂直に、及び互いに実質的に平行に配設される)。
さらに、海面状態に応じて、攻撃艇5は、図4および7に示されているものの間の構成をとりうる。
攻撃艇5は、その物理的プロファイルを下げることによって、ステルスモードで運転するようにも設計される。この場合、攻撃艇5は、指揮管制モジュール100が海面のすぐ上、または実際には海中に配設され、そのレーダーの、赤外線の、および視覚的な痕跡を減らすように図8に示されている構成をとることができる(すなわち、ストラット300が水平線に対してほとんど平行に、及び互いにほとんど同一直線上にあるように配設される)。このモードは、攻撃艇5が偵察目的に、ならびに/または敵陣の背後に特殊部隊の小チームを送り出すために、および/もしくは特殊部隊の小チームを回収するために使用されているときに非常に有用でありうる。
そこで、本発明の好ましい一形態では、攻撃艇5は、図4に示されている構成で通常は運転され、指揮管制モジュール100は完全に水から出ているが、指揮管制モジュールはプロファイルが低くなるようにできる限り低い位置をとる。しかし、外洋では、高速時に、攻撃艇5は図7に示されている構成で運転されるものとしてよく、したがって、指揮管制モジュール100は、うねりから十分に離れる。そして、望ましければ、攻撃艇5は、ステルスモードをとるように図8に示されている構成で運転されうる。
または、攻撃艇5は、図4、7、および8に示されているものの間の選択された構成で運転されうる。
高速および/または極端に高い安定性を達成するための従来技術による設計
現時点では、水上艇の高速および/または高い安定性を達成するための2つの競合するアプローチがある。これらは(i)一般的に高速を出せる、ハイドロフォイルアプローチと、(ii)一般的に高い安定性をもたらす、小水線面積双胴船(SWATH)アプローチとがある。
ハイドロフォイルアプローチ
ハイドロフォイルは長年にわたって実験的に使用され、今日では、さまざまな用途のために世界中で就航している。ハイドロフォイルは、一般的に、船舶のハル(hull;換言すれば、船体)に揚力を与える小型航空機様の翼(「持ち上げフォイル」)を使用する。これらの持ち上げフォイルは、典型的には、船舶が航行している間、水中に下げられている。速度が上がると、持ち上げフォイルが船舶のハルを持ち上げて水中から完全に出すことができ、それにより、持ち上げフォイル(およびその支持ストラット)のみが水中にあって船舶が航行することができ、したがって抗力が最小になり、船速が上がる。しかし、持ち上げフォイルそれ自体は、浮力を与えず、したがって、速度が遅いときには船舶を支持することができない。そのため、船舶は、実質的速度で移動しているときにしかハイドロフォイルモードで航行することができない。それに加えて、ハイドロフォイルの持ち上げフォイルはその性質上薄いので、船舶のエンジンを持ち上げフォイルそれ自体の中に収納することは可能でなく、代わりにエンジンを船舶のハル内に収納し、トランスミッション技術(例えば、機械的手段、油圧手段、および/または電気的手段)を使用して、プロペラを載せた持ち上げフォイルに船舶のエンジンから動力を伝達する必要がある。しかし、これらのパワートランスミッション技術はすべて、動力の実質的損失を伴い(そのため、より大型のエンジンの使用を必要とし、および/またはその結果速度が落ちる)、船舶の推進システムを著しく複雑なものにする。
SWATHアプローチ
SWATH船では、水中に配設され、固定された垂直ストラットにより船舶の本体部に取り付けられる2つまたはそれ以上の魚雷形構造を使用する。魚雷形構造は、船舶の本体部に浮力を与え、水中から完全に出た状態を保つ。この方法では、SWATH船は双胴船に似ているが、ただし、双胴船の2つのポンツーンハルが、垂直ストラットの端部のところでハルの直下にある水中魚雷形構造で置き換えられる点が異なる。SWATH設計は、一般的に、水中魚雷形構造が従来の波乗りハルに比べて波の作用の影響を受けにくいため優れた安定性をもたらす。しかし、大型の水中魚雷形構造の実質的な外皮摩擦、および不効率なハイドロマンティック形状(hydromantic shape)のせいで、一般的に、より高いエネルギー消費が生じる。したがって、このようにエネルギー消費が高いため、より大型のエンジンを使用する必要が生じ、かつ/またはその結果船速が低下する。しかし、エンジンをハル内に収納しなければならないか、またはエンジンを水中魚雷形構造内に収納する場合には、水中魚雷形構造を拡大しなければならないため、より大型のエンジンを使用することはそれ自体問題となる。エンジンをハル内に収納すると、プロペラが水中魚雷形構造に装着されるので、ハイドロフォイルに関して上で説明されているパワートランスミッション問題のすべてが持ち込まれる。逆に、水中魚雷形構造を拡大すると、外皮摩擦問題と、上で説明されている不効率なハイドロマンティック形状問題が大きくなり、ひいてはなおいっそう大型のエンジンを使用することが必要になる。このような理由から、すでに、小型で高速のSWATH船を建造することは不可能になっている。前記に加えて、SWATH設計では、典型的に、特に外洋で船舶のハルが水中から完全に出た状態を保つことを確実にするために高プロファイルを必要とする。このため、SWATH船はより大きなレーダーの、赤外線の、および視覚的な痕跡を有することになり、これにより探知されやすく、かつターゲットにされやすくなる。
高速および極端に高い安定性を達成するための新規性のあるアプローチ
本発明は、新規性のある艦隊防御攻撃艇5の実現および使用を通じて従来技術に関連する問題を解決する。攻撃艇5は、移動可能なストラット300を介して一対の浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200上で指揮管制モジュール100を支持する。BTF200は、通常、艇に必要な浮力のすべてを与え、指揮管制モジュール100は水中から完全に出た状態を保つ。より具体的には、BTF200およびストラット300は、多くの場合、艇の、水と接触する唯一の部分であり、これらは、水の抵抗が最小になるように低摩擦ハイドロマンティック断面を形成する。重要なのは、BTF200が艇の推進部、燃料、および操縦システムの実質的にすべてを収納するので、艇は非常に低い重心を有することになり、指揮管制モジュール100の容積を乗組員、武器、およびペイロード専用に割り当てることができる。さらに、ストラット300は、指揮管制モジュール100に関して移動可能であり、それにより、艇は多数の異なる構成をとることができる。この独自のアプローチをとる結果、艇は海面状態に関係なく比類ない速度と安定性とを得、かつレーダーの、赤外線の、および視覚的な痕跡を小さくすることができるため、探知されにくく、かつターゲットにされにくくなる。次に、艇のさまざまな態様についてさらに詳しく説明する。
指揮管制モジュール100
次に、図1〜9を参照すると、指揮管制モジュール100は、一般的に、ハル状の底面110(図4、5、7、および8)を有する防水エンクロージャ105(図3)を備えることがわかる。指揮管制モジュール100は、パイロットおよび武器担当将校を収容するためのコックピット115(図2、3、6、および8)、ならびに武器およびペイロード(乗客を含む)を収納するためのベイ120(図9)を備える。指揮管制モジュール100は、乗組員、武器、およびペイロード(乗客を含む)の出入りを可能にするための後部ハッチ125(図5、6、および9)、ならびにさまざまな武器システムをベイ120から上昇させて、発砲し、次いで下げてベイ120内に戻すことを可能にするための上部ハッチ130(図2、6、および9)をさらに備える。
指揮管制モジュール100は、すべての乗員、兵器、およびペイロードを保護するため武装されている。ウィンドスクリーン135(図7および9)は、防弾材料から形成される。
指揮管制モジュール100は、ハル状の底面110と組み合わせて、攻撃艇5がステルスモード(以下参照)で運転中に波が指揮管制モジュールに打ち寄せても影響を及ぼさないようにする防水バルクヘッドエンクロージャを備える。自動換気用ドアが、攻撃艇5がこのステルスモードに入っているときに水が漏れないよう開放システムを封止する。
指揮管制モジュール100の外側構造物は、好ましくは、艇のレーダーの痕跡を最小にするようにいわゆる「ステルス」原理に基づく。より具体的には、指揮管制モジュール100の外面は、レーダーエネルギーを偏向して、最小量のレーダーエネルギーのみをレーダー送信機に返すように設計される。このために、指揮管制モジュール100の外面は、好ましくは非常に角ばっており、これらの角度はレーダーエネルギーを水に向かって下方に、または空に向かって上方に反射するように選択される。いずれの場合も、指揮管制モジュール100の外面は、反射して直接送信機に戻るレーダーエネルギーの量を最小にする。さらに、指揮管制モジュール100は、好ましくは、入射レーダーエネルギーを吸収するか、またはさらに低減することができるレーザー吸収塗装を組み込む。
指揮管制モジュール100は、攻撃艇を操縦するための制御システムのすべて、攻撃艇に載せた武器を操作するための武器制御システムのすべて、必要な補助電源(例えば、航行用の)のための補助発電機、電池充電器、空気濾過システム、ヘッド、シンク、空気圧縮機などを収納するようにも構成される。
攻撃艇5に載せられる武器システムは、好ましくは、(i)光学暗視装置を備える、20mmバルカンガトリング砲1門と、(ii)光学暗視装置を備える、30口径ミニガン2挺と、(iii)6.5cm(2.5インチ)レーザー誘導ロケット弾1発もしくは数発と、(iv)「ミニ」魚雷8本を備える。好ましくは、ガトリング砲、ミニガン、およびロケット弾は、上部ハッチ130を通して高い位置に配備できるようにベイ120内に収納され、「ミニ」魚雷は、例えば、図に140で示されているように指揮管制モジュール100の外側に搭載される。
浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200
次に図10〜15を参照すると、一対の浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200は、攻撃艇5に浮力、推進力、および操縦性をもたらすことがわかる。BTF200のそれぞれは、一般的に、プロペラシステム215に動力を供給するためのエンジン210、燃料をエンジン210に供給するための燃料タンク220、および攻撃艇5を操縦するための操縦要素(またはスポイラー)225を収納する中空チューブ状構造205を備える。
中空チューブ状構造205
中空チューブ状構造205は、一般的に、攻撃艇5に浮力を与える中空ハルを備える。中空チューブ状構造205は、低速運転のときに安定性をもたらすように構成され、その一方で、水との摩擦を低くし、ハイドロマンティックプロファイルを改善して、148km/h(80ノット)を超える速度を可能にする。高速時には、中空チューブ状構造205の構成は、細長いチューブ状構造の上に水が流れるため、船舶に対して並外れた安定性をもたらす。
より具体的には、中空チューブ状構造205の低摩擦のハイドロマンティック断面が可能な最低の外皮摩擦力で水を横断し、取得可能な最良のハイドロマンティック形状はそれでもエンジン210および燃料タンク220を収納し、プロペラシステム215および操縦要素225を支持する。最良の性能は、中空チューブ状構造205が中空チューブ状構造205の長さの約1/10から約1/30までの範囲内にあり、好ましくは中空チューブ状構造の長さの約1/20である断面を有する場合に達成されることが判明している。例として、限定はしないが、優れた性能は、中空チューブ状構造205が91.44cm(3フィート)の外径および18.29m(60フィート)の長さを有する場合に達成されうる。
図12〜15に示されているように、中空チューブ状構造205は、例えば、電源およびセンサーモジュールの保守および迅速な交換のため、中空チューブ状構造205の内部に配設された構成要素に容易にアクセスできるようにする複数の切断可能なセクションを備える。例えば、限定はしないが、中空チューブ状構造205は、ストラット300上に装着された中心セクション230、中心セクション230から脱着可能な前方セクション235、および中心セクション230から脱着可能な後部セクション240を備えることができる。好ましくは、内部構成要素は、中空チューブ状構造205内に容易に入り、また取り外せるようにするためのスライドを備える。例えば、限定はしないが、図14は、中空チューブ状セクション205内にエンジン210を支持し、中空チューブ状構造205内に挿入し、または取り外すことを容易にするためのスライド245をどのように備えられるかを示している。
前方セクション235および後部セクション240は、さまざまな仕方で中心セクション230に装着することができる。例えば、限定はしないが、これらのセクションは、機械的にまとめて保持されるか(例えば、油圧装置、パワースクリュー作用などにより)、またはこれらはひねって係止することができる(例えば、バイオネット型マウントを使って)。ハルの完全性を確実にするために防水シールがこれらのセクションの間に設けられる。シールは、中空チューブ状構造205の断面とマッチする連続的円形形状、例えば、丸い、または平坦な断面を有する弾力的なOリングとすることができる。あるいは、Oリングは、適切な量の流体(例えば、気体もしくは液体)を注入することによって調整可能な封止力を生じさせることができる膨張性シール(例えば、自転車のタイヤのインナーチューブのような)とすることができる。好ましくは、それぞれのOリングシールは、2つの封止面、すなわち、隣接するセクションの間の表面と中空チューブ状構造205の外皮に当接する表面を有する。
中空チューブ状構造205のさまざまなセクションの係止を素早く外せることで、中空チューブ状構造内に収納されているさまざまな構成要素、例えば、エンジン210、燃料タンク220などの素早い整備保守および/または交換が可能になる。
ガスタービン(ジェット)エンジン推進
エンジン210は、従来のディーゼルエンジン、内燃機関、ロータリーエンジン、電気モーターなどとすることができる。しかし、好ましくは、エンジン210は、例えば、航空機で使用されているような種類の、特にヘリコプターで使用されている種類のガスタービン(ジェット)エンジンを含む。高出力、小型のサイズ、および軽量であるという点から、ガスタービンエンジンが好ましい。より具体的には、ガスタービンエンジンは、典型的には、約5.6馬力(HP)/kg(約2.5馬力(HP)/lb)の馬力対重量比を有する。比較すると、現代的な船舶用ディーゼルエンジンでは、典型的には、約1.1HP/kg(約0.5HP/lb)の馬力対重量比を有する。一般的に船舶の加速と重量との間に直接的相関があるので、一般的に、高速艇では高出力軽量エンジンを使用することが望ましい。そのため、ガスタービンエンジンが、攻撃艇5用の好ましい推進装置である。
重要なのは、サイズおよび構成が中空チューブ状構造205内への配設に完全に適しているのでガスタービンエンジンが攻撃艇5で使用するのに理想的でもある点である。より具体的には、ガスタービンエンジンは、典型的には、中空チューブ状構造内に容易に嵌合できる細長い、幾分円柱状である構成形状を有する。重要なのは、ガスタービンエンジンは、一般的に、相対的に適度の断面を有し、そのため、ガスタービンエンジンが比較的小径のチューブ内に嵌合できる点である。例えば、限定はしないが、ペンシルバニア州ウィリアムズポート所在のLycoming Engines社(Textron, Inc.の完全所有子会社であるAvco Corporationの一部門)によって製造されているT53L13ガスタービン(ジェット)エンジンは、攻撃艇5の中空チューブ状構造205内に配設するのに理想的な形で適している直径を有する。
BTF200においてガスタービンエンジンを使用することも、著しい利点を加える。
第1に、それぞれのBTF200でガスタービンエンジンを使用すると、動力をプロペラシステム215に伝達するセンターラインドライブシャフトを容易に使用できる。これは、大きな動力をプロペラシステム215に効率よく伝えることに関して言えば、非常に大きな利点なのである。
第2に、ガスタービンエンジンは、2つの機能、すなわち、(i)タービンエンジンを始動する機能と、(ii)DC電力を発電する機能とを実行する始動発電機を提供することである。より具体的には、大半のガスタービンエンジンは、300アンペアで24ボルトの直流を供給する。これにより、攻撃艇5は、ガスタービンエンジンから電気系統のすべてに電力を供給することができ、電池を充電するために小型補助発電機のみあればよい。
それに加えて、ガスタービンエンジンを、常に海中にある、中空チューブ状構造205の内側に入れることで、エンジンの放射熱が中空チューブ状構造205の外皮を通して周囲の水に伝達されるので、ガスタービンエンジン用の優れた冷却機能も実現する。
さらに、ガスタービンエンジンは、一般的に、航空機機体から素早く、容易に取り外せる(例えば、摺動させることによって)ように設計されている。同様に、ガスタービンエンジンは、中空チューブ状構造205から素早く、容易に取り外せる(例えば、摺動させることによって)。
ガスタービンエンジンは、通常、内部歯車減速を伴う高い内部rpm(19,000rpmを超える)を有する。好ましくは、遊星歯車を使用するギアボックス250が、エンジン210をプロペラシステム215に連結する。このアプローチでは、ギアボックスはガスタービンエンジンの外径より小さい。
ガスタービン(ジェット)エンジンの吸気および排気
ガスタービンエンジンの「アキレス踵」は、大量の新鮮な空気を素早く取り込み、大量の排空気を素早く吐出することが必要である点である。このように大量の空気をガスタービンエンジン内に移動し、ガスタービンエンジンから取り出す必要性がある結果、ガスタービンエンジンは、ジェットエンジンの適切な吸気を行わせることができないため、これまで、水中構造物(例えば、潜水艦およびSWATH船の水没部分)内で使用するための候補となっていなかった。
攻撃艇5の重要な態様は、水中でのガスタービンエンジンの使用をサポートする吸気および排気システムである。この点で、吸気および排気システムの設計は、攻撃艇5が構成を変更するように設計されているという事実(例えば、図4、7、および8に示されているように)によって複雑なものとなり、また吸気および排気システムは、これらの構成変更に対応することができなければならないということが理解される。より具体的には、攻撃艇5において、ガスタービンエンジンは、水中でBTF200内に収納されており、BTF200は、ストラット300の端部に配設され、ストラット300は、指揮管制モジュール100に相対的に移動可能である(図4、7、および8を参照)。そのため、攻撃艇5の吸気および排気システムは、大量の空気を高速にガスタービンエンジンに、ストラット300を通して、出し入れすることができなければならず、それと同時に指揮管制モジュール100に対するストラット300の移動に対応できる必要がある。
このために、攻撃艇5は、大量の新鮮な空気をガスタービンエンジン210に高速に送り、大量の排気をガスタービンエンジン210から高速に吐出するための吸気および排気システムを備える。吸気および排気システムは、一般的に、エンジン吸気ダクト255およびエンジン排気ダクト260を備える。エンジン吸気ダクト255の取り入れ側は、冷えた空気を使用できるように指揮管制モジュール100内に配設され、ガスタービンエンジン210の効率を高める。好ましくは、エンジン吸気ダクト255の取り入れ側は、攻撃艇5がスピードを出して移動している間にラムエアーの力を発生するように漏斗状になっており、ガスタービンエンジン210の効率をさらに高める。エンジン排気ダクト260の出口側は、熱痕跡最小に抑えつつ効率よく排気を行えるように指揮管制モジュール100内に配設される。エンジン吸気ダクト255およびエンジン排気ダクト260は、好ましくは、ストラットと指揮管制モジュールの接合部に配置されている可撓性継手を通り、指揮管制モジュールに対するストラットの移動に対応できる。この可撓性継手は、ストラット300を介して、指揮管制モジュール100からBTF200に至る他のライン、例えば、燃料補給ライン、電力線、電気的制御線なども受け入れる。
可撓性継手は、ガスタービンエンジンに関連する大きな気体体積をそのまま受け入れつつエンジン吸気およびエンジン排気をベクトル化し、曲げられるように構成されることは理解されるであろう。さらに、可撓性継手は、ガスタービンエンジンによって引き起こされる高い排気温度に対応できるように設計される。継手に耐熱可撓性材料を使用することは、指揮管制モジュールに対するストラットの移動を可能にするうえで不可欠である。
また、大量の空気を狭いストラット(BTF200より細い)に通すことは、吸気ダクトおよびエンジン排気ダクトとしてストラットの内部構造の実質的全体を使用することを伴うことも理解されるであろう。本発明の好ましい一形態において、エンジン排気ダクト260は、排気を吸気で冷却できるように吸気ダクト255内に引き回され、これにより、攻撃艇5の熱痕跡が低くなる。本発明の別の好ましい形態において、エンジン排気ダクト260は、吸気ダクト255内に引き回されず、むしろ、本発明のこの形態では、エンジン排気ダクト260は、吸気ダクト255から分離され、エンジン排気ダクト260内の排気は、例えば、水冷ジャケットにより、別に冷却される。さらに、本発明のこの形態では、吸気ダクト255内の冷えた空気がエンジン排気ダクト260内の高温の排気によって熱せられないようにしてガスタービンエンジン210の効率を高めるために断熱材が使用されうる。
好ましくは、エンジン排気ダクト260は、ガスタービンエンジン210の熱がストラット300の外皮を過熱するのを防ぐために断熱材を備える。
本発明の一形態では、エンジン排気ダクト260は二重壁になっており、これにより流体は内側の高温のダクトの周りを循環することができ、それにより、エンジン排気がさらに冷却され、熱痕跡が低くなる。
電池電力を使用する攻撃艇推進装置
好ましくは、攻撃艇5は、プロペラシステム215を選択的に駆動するための電気モーター(図示せず)および電池(図示せず)も備える。より具体的には、いくつかの状況(例えば、偵察作戦行動および特殊部隊の送り出しおよび/または回収)において音を小さくして軍事活動を行うことが望ましい場合がある。これらの状況では、電気モーターおよび電池を上述のガスタービン(ジェット)エンジンの代わりに使用することができる。
プロペラシステム215
今日使用されている大半の船舶は、船舶の船尾に配設されたプロペラを利用し、水中で船舶を押し進める。このアプローチは、大半の船舶に対して一般的には満足の行くものである。しかし、船尾に装着した、押す形のプロペラは、超高速、例えば、148km/h(80ノット)を超える速度を達成しようとしている船舶には満足なものではない。これは、船舶の船尾に配置されているプロペラが前の方で船舶が水を通過することで攪拌された水とかみ合うからである。プロペラの効率は、プロペラが通る水の状態の影響を強く受けるので、船尾に装着した押す形のプロペラは、一般的に、高速艇には実用的でない。
今日使用されているいくつかの高速ボート(例えば、ハイドロプレーンおよび海洋競技用ボート)は、空気が混合されている攪拌された水の中に部分的に沈められた、船尾に装着した表面貫通する前方を向いたプロペラを使用する。これらの貫通するプロペラは、重い後縁部およびキャビテーション防止カッピングを備える設計となっている。これらの貫通するプロペラは、水と完全には決してかみ合わないため、大きな馬力および高いrpmの極端な力に耐える。
しかし、このタイプのプロペラだと、攻撃艇5には効果的でないが、それは、BTF200を使用すると、プロペラシステム215は完全に水没していなければならないからである。
重要なのは、本発明では、それぞれのBTF200の首端部に配置された一対の前方を向いた引っ張る反対方向に回転するプロペラ265、270を備えるプロペラシステム215を使用する。
より具体的には、プロペラシステム215は、前を向いた引っ張るプロペラが、最初の水の中に「かじりつく」ようにそれぞれのBTF200の首部に配置され、これにより、効率が最大になる。さらに、それぞれのプロペラシステム215は、前方プロペラに対してキャビテーションを減らすように、タイミング調整された(timed)反対方向回転モードで動作する、2つのプロペラ、つまり、前部プロペラ265と後部プロペラ270とを備える。前部プロペラ265は、主推進要素であり、船舶の引っ張る仕事の大部分を行う。後部プロペラ270は、前部プロペラから反対方向に回転し、前部プロペラの背後から水を抜き、それにより、前部プロペラが最大効率で作動するようにできる。そこで、後部プロペラ270は、前部プロペラがより多くの水を引き込めるように前部プロペラ265の背後から水を抜き出す。これにより、プロペラの効率が高まり、高速と燃料消費量の低減につながる。
直列に装着された反対方向に回転するプロペラ265、270は、より小さなプロペラ直径の使用も可能にする。これは、2つのプロペラの表面積が組み合わさり、単一のより大きな直径のプロペラの表面積に等しい全体的な有効表面積をもたらすからである。しかし、大きな直径のプロペラを高速回転させることは、力が関わってくるため困難である。そこで、直列に装着された反対方向に回転するプロペラを使用することで、プロペラをより高いrpmで回転させることができ、それにより、さらなる高速を達成することができる。
前記に加えて、2つの反対方向に回転するプロペラを使用することによって、側方トルクはない。より具体的には、プロペラの側方トルクは、プロペラの回転によって生じる遠心力の結果である。この側方トルクは、船舶が羽根の回転方向に回る傾向を引き起こす。側方トルクは、エネルギーの損失を伴い、船舶に対する操縦問題を引き起こしうるので、攻撃艇5には望ましくない。
ギアボックス250は、ガスタービンエンジン210をプロペラシステム215に連結する。より具体的には、ギアボックス250は、ガスタービンエンジン250の出力シャフトの単一の回転運動を反対方向に回転するプロペラ265、270を駆動するために必要な二重同軸反対方向回転運動に変換するように構成される。
スーパーキャビテーション
反対方向に回転するプロペラ265、270をBTF200の前方端部に置くことによって、プロペラは、きれいな、邪魔されない、最初の水をかき分けつつ船舶を引っ張ることができ、これにより、最適なプロペラ性能を確実に得ることができる。それに加えて、2つの直列に装着された、反対方向に回転するプロペラをBTF200の前端に置くことによって、攻撃艇5は、BTF200を封入し、船舶の抗力を著しく低減する、高密度の崩壊気泡のジェット流を含む、気体性の高い環境を生み出すことができる。より具体的には、プロペラ265、270の作用は、これらが一緒に作動して、水を前部プロペラ265に引き通し、後部プロペラ270が高速移動する水に対して重いキャビテーションを引き起こし、BTF200の外面を囲む気泡の重い流れを生成することができる。BTFは本質的に「気泡中を飛んで行く」ので、このガスエンベロープはハルの抗力を低減し、船舶の速度を大幅に増す。図15ABを参照されたい。この点で、空気との動摩擦係数は、水の動摩擦係数の約1/800であることは理解されるであろう。さらに、船舶が進む速度が速ければ速いほど、ハルの摩擦は多く減少するが、それは(i)直列に装着された反対方向に回転するプロペラによってより多くの気泡が発生し、(ii)BTF200が気泡を完全に通り抜けるまでに気泡が崩壊する時間はないからである。
攻撃艇5は、包含するガスエンベロープを形成するための追加の手段も備えることができる。より具体的には、複数の小さな穴275(図15AB)が、好ましくは、後部プロペラ270のすぐ後に配置され、BTF構造の外周周りに円を描くように配設される。これらの穴275は、外気に至る配管と連通し、これにより後部プロペラはサイフォン効果を引き起こし、空気を引き下げて後部プロペラの直後で解放し、それにより、なおいっそう高密度のガスエンベロープを形成して、BTFの摩擦を低減する。あるいは、小さな穴275に連結された加圧ガス源も、後部プロペラの直後でガスを放出するために使用することができ、それにより、所望のガスエンベロープを形成して、BTFの摩擦を低減する。本発明のさらに別の形態では、摩擦を小さくする流体(例えば、洗剤)の供給部を前述の小さな穴275に連結することができ、これにより、BTF200の周りに所望の摩擦を小さくするエンベロープを形成する。
舵のないシステム
従来の舵は、水の中に継続的に配備され、したがって、船舶の方向を変えるために操作するときだけでなく通常の運転状態にあっても摩擦と抗力を発生する。この摩擦および抗力は、船舶の速度に実質的な有害な影響を及ぼす。
対照的に、そこで図16〜26を参照すると、攻撃艇5は、中空チューブ状構造205の外皮から突き出すことが可能であり、また中空チューブ状構造205の外皮内に引き込み可能である前方および後方操舵要素(またはスポイラー)225を備えることがわかる。この点で、スポイラー225のそれぞれを、中空チューブ状構造205から船外に調整可能な量だけ突き出すことができることは理解されるであろう。さらに、指揮管制モジュール100は、スポイラー225のそれぞれを協働的に、または望ましい場合には、互いに独立して、動作させることを可能にするさまざまな制御システムを備えることができる。
本発明の好ましい一形態では、16個のスポイラー225が設けられ、そのうち4つのスポイラー225がそれぞれのBTF200の前部にあり、そのうち4つのスポイラー225がそれぞれのBTF200の後部にあり、スポイラー225は「12時」、「3時」、「6時」、および「9時」の位置に配設されている。この配置構成をとることで、スポイラー225は、左、右、上、および/または下に向ける力(またはこれらの任意の組み合わせ)を、攻撃艇5が航行している間に、BTF200のそれぞれの前部および/または後部に加えることができる。
スポイラー225は、従来の舵に勝る多くの著しい利点を備える。
一例として、スポイラー225は、船舶が航行していて、方向変更が必要ないときに抗力を実質的にいっさい引き起こさない−これは、その時スポイラーが中空チューブ状構造205の外皮と同一平面に置かれるからである。スポイラー225は、中空チューブ状構造205の外皮から外向きに延びるときのみ船舶に抗力を生じさせ、それにより、船舶を操作するために必要な力を与え、これらは、その後、操作が完了するとすぐに船内(すなわち、同一平面にあり、抗力を生じていない)位置に戻され、船舶は標準の前進運動に戻る。
それに加えて、また重要なことに、中空チューブ状構造205の前部および後部にスポイラー225を設けることで、より劇的な回転力を加えることができる。より具体的には、前方スポイラーを一方向に回転するように設定し、対応する後方スポイラーをその反対の方向に回転するように設定することによって、比較的控えめなサイズのスポイラーを用いて著しく大きい回転力を素早く、容易に船舶に加えることができる。したがって、針路修正を素早く実行できるため、船舶はきわめて敏捷に動き、その一方で、スポイラーの回転摩擦が短時間のみ与えられるようにすることができる。
スポイラー225を使用して、左または右(図16〜19を参照)に曲がり、船舶(図20〜23を参照)のトリム(すなわち、上/下姿勢)を調整し、および/または船舶(図24〜26を参照)の減速を高めることができる。
スポイラー225は、中空チューブ状構造205の外皮から突き出て、方向を変える必要が生じたときに摩擦を引き起こす平板とすることができる。あるいは、スポイラー225は、空気、流体などで膨らませることができ、中空チューブ状構造205の外皮から突き出る弾性材料から作ることができる。
燃料タンク220
燃料タンク220は、BTF200の内側に、好ましくは中心セクション230内に収納される。燃料タンク220は、好ましくは、可撓性浮き袋材料から作られた二重壁タンク(例えば、別の可撓性浮き袋の内側に配設された可撓性浮き袋)を含む。この配置構成により、流体(例えば、海水)をポンプで外側浮き袋内に送り込み、浮き袋内から燃料の消費分を補い、それにより、攻撃艇の浮力を一定に保つ。
重心
攻撃艇5の重心は、船舶の安定性が最大になるように、できる限り低くすることを意図されている。これは、BTF内のエンジン210および燃料タンク220などの重い構成要素の位置決めを行い、それにより、船舶の重心をBTFの中線にできる限り近くなるように下げることによって達成される。この点で、タービンエンジン210および燃料タンク220は、船舶の総重量の約2/3を占め、攻撃艇5の構造上、この重量は、水線の完全な下に配設されることは理解されるであろう。これにより、船舶の安定性が増す。
連結ストラット300
上で指摘されているように、連結ストラット300は、BTF200を指揮管制モジュール100に取り付けるものである。これもまた上で指摘されているように、ストラット300は、BTF200に固定され、指揮管制モジュール100上で枢動して、攻撃艇5が異なる構成(図4、7、および8)をとるようにすることができ、それにより、指揮管制モジュール100は水から異なる距離のところに留まることができる。図27〜36に示されているように、ストラット300は、ストラット300内に配置されているロードアームに連結された油圧もしくは電気的ジャッキネジ305を備え、それにより、ストラット300を指揮管制モジュール100に対して移動する。この点で、図27〜29は、図4に示されている攻撃艇の構成に対応する位置にあるストラット300を示し、図30〜32は、図7に示されている攻撃艇の構成に対応する位置にあるストラット300を示し、図33〜36は、図8に示されている攻撃艇の構成に対応する位置にあるストラット300を示すことがわかる。
ストラット300は、水中に延在するので、抗力が最小になるようにストラットをできる限り細く保つことが重要になる。
また、ストラット300の構造的完全性は、もっぱら、最小の内部フレームを使用しながら、ストラットの外皮とともに作用するストラット内に配置されたロードアームの長さに依存することも理解されるであろう。これは、エンジン吸気がストラットの内部を中断することなく通過するようにストラット300が中断のない容積の大きな領域を有する必要があるため重要である。
フライバイワイヤー制御装置
本発明の好ましい一形態において、センサーが指揮管制モジュール100のハル状の底面110に配置され、水面から指揮管制モジュールまでの距離を連続的に測定する。コンピュータは、指揮管制モジュールを水面より上に望ましい距離だけ維持するためストラット300の配置を自動的に調整する。この点で、特に攻撃艇5が開放水域内で高速(例えば、148km/h(80ノット))運転しているときに、指揮管制モジュール100が水面に接触しないようにすることが重要である(また、指揮管制モジュール100が開放水域内でよく見られる不規則な波のうねりと接触しないようにすることが特に重要である)ことが理解される。
そのため、例えば、標準的な海洋では、攻撃艇5は、指揮管制モジュール100が安全に水から出て、船舶は控えめなレーダーの、赤外線の、および視覚的な痕跡を有するように図4に示されている構成をとるとよい。
しかし、外洋では、高速運転中に、攻撃艇5は、指揮管制モジュール100が水から十分出て、うねりの影響を受けないように図7に示されている構成にされうる。
さらに、海面状態に応じて、攻撃艇5は、図4および7に示されているものの間で選択された構成をとりうる。
攻撃艇5は、その物理的プロファイルを下げることによって、ステルスモードで運転するようにも設計される。この場合、攻撃艇5は、指揮管制モジュール100が水のすぐ上に出ているか、または実際には水の中にあり、レーダーの、赤外線の、および視覚的な痕跡を減らすように図8に示されている構成をとることができる。このモードは、攻撃艇5が偵察目的に、ならびに/または敵陣の背後に特殊部隊の小チームを送り出すために、および/もしくは特殊部隊の小チームを回収するために使用されているときに非常に有用でありうる。
そこで、本発明の好ましい一形態では、攻撃艇5は、図4に示されている構成で通常は運転され、指揮管制モジュール100は完全に水から出ているが、指揮管制モジュールはプロファイルが低くなるようにできる限り低い位置をとる。しかし、外洋では、高速時に、攻撃艇5は図7に示されている構成で運転されるものとしてよく、したがって、指揮管制モジュール100は、うねりから十分に離れる。そして、望ましければ、攻撃艇5は、ステルスモードをとるように図8に示されている構成で運転されうる。
または、攻撃艇5は、図4、7、および8に示されているものの間の選択された構成で運転されうる。
好ましくは、速度センサーがメインコンピュータに速度データを供給し、メインコンピュータが、低速航行中には制御装置の反応性が高く、高速航行時には制御装置の反応性が低くなるように操舵制御装置の感度を調整する。言い換えると、メインコンピュータは、好ましくは、操舵制御装置の感度を、(i)高速時にはスポイラー225の配置の変化が控えめとなるように操舵制御装置(例えば、ジョイスティック)の大きな移動が必要になり、(ii)低速時にはスポイラー225の配置の変化が著しくなるように操舵制御装置の小さな移動が必要になるように調整する。この構造により、高速時の制御装置の控えめな移動の結果、艇の方向もしくは姿勢の破滅的変化が生じる可能性が排除される。
伸長可能なBTFブーム
望ましい場合に、BTF200は、伸長可能なブームを備えることができる。このブームは、BTFの後端部から配備可能であり、好ましくは可撓性を有する。伸長可能なブームは2つの目的に使用されうる。
第1に、伸長可能なブームは、ブームに抗力を加えることができるように拡大もしくは縮小できる長さにそって制御可能な表面突起部を有することができ、これにより、BTFを凧のしっぽと同様の方法でBTFをさらに安定させる。突起部は、水平面と垂直面の両方において船舶を安定させる抗力を引き起こす。突起部は、必要に応じて膨らんでサイズ(したがって抗力)を大きくする弾性浮き袋、または機械的抗力抵抗をもたらすブームの端部に配置された機械的デバイスによって制御することができ、これにより、安定性が増す。
第2に、伸長可能なブームは、水没している物体の識別に使用されうるソナー、聴取デバイス、磁気探知機、重力遮断センサーなども収納することができる。これらのデバイスを伸長可能なブームの端部に装着することによって、これらのデバイスは、デバイス機能への干渉が最小になるように、攻撃艇5の残り部分から隔離されうる。
BTFのハルに関してスーパーキャビテーションを生じたエアースカートの移動を制約するためのBTFのハル内に形成された空気出口穴および/またはBTFのハルにそって形成された空気トラップフィンのスーパーキャビテーション
上で説明されているように、本発明は、水中のハルの摩擦を低減した高速SWATHボートを含む。浮力のあるチューブ状フォイルのハルの周りにエアースカートを形成する(すなわち、プロペラ発生スーパーキャビテーションによって、および適宜、ハルに空気を通し、ハルの周りの水の流れの中に押し出すことによって)と、水はハルの周りから追い出され、水は高密度の気泡流で置き換えられ、それにより、ハルは高密度の泡だった気泡のクッションを乗り切ることができる。水とハルとの間で発生する摩擦は空気とハルとの摩擦に比べて800倍から1000倍にもなるので、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)のハルの周りにエアースカートを備えることで、ハルが移動するときの摩擦が劇的に低減される。
しかし、空気は水より軽いので、気泡(プロペラスーパーキャビテーションによって、および適宜、ハルから空気を押し出すことによって形成される)は、形成されるとすぐに上昇してゆく傾向を有することは理解されるであろう。このエアースカートの上方移動は、エアースカートによるハルの被覆を低減しうる。
そこで、ハルにそって水平方向に進む気泡をできる限り長くすることが望ましく、それにより、エアーカーテンによるハルの被覆を維持し、それにより、ハルが移動するときのハルの摩擦を減じることができる。理想的には、ハルの摩擦を最小にするために空気の完全なスカートをハルの全周に維持すべきである。しかし、不完全なエアースカートであっても、ハルの摩擦を低減する働きをする。93km/h(50ノット)では、長さ18.29m(60フィート)の構造物は1秒で気泡領域内を通過し、したがって、エアカーテンがハルと接触したままとなる時間を延ばすものは何でも、重要なメリットをもたらす。そのため、気泡がハルとの接触に費やす時間が1/10秒延びても、結果として、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)に対して実質的な摩擦の低減が生じる。
以下では、エアーカーテンをハルに対してより長い時間にわたって維持できるさまざまな方法を示す。
1.上で指摘されているように、エアースカートは、プロペラ発生スーパーキャビテーションによって、また適宜、空気をハルに通し、ハルの周りの水流内に押し出すことによって浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)のハルの周りに形成される。そこで、本発明の一形態において、ハルは、ハルから空気を押し出し、プロペラ発生スーパーキャビテーション気泡流を補うための多数の空気出口穴405を備える。好ましくは、これらの空気出口穴405は、浮力のあるチューブ状フォイル200の長さ方向にそって水平に延在し、これにより、エアーカーテンがBTF200のハルの実質的全長を覆うことが確実になる。図37および37A〜37Cを参照のこと。空気排出穴405は、ストラット300上に、例えば、ストラットの前縁部に設けることもできる(図37、37B、および37Cを参照)。
2.それに加えて、BTF200のハルは、複数の水平方向に延在する空気トラップフィン410も備える。空気トラップフィン410は、気泡をハルの長さにそって導き、ハルから離れる気泡の移動を遅らせる。図37および37A〜37Cを参照のこと。
3.望ましければ、空気トラップフィン410は、上昇する気泡を強制的に曲がりくねった経路を辿らせてBTFのハルから逃がすような輪郭を付けることができる(図37)。
4.望ましければ、空気トラップフィン410は、BTFのハルにそって気泡流路を画成するようにBTF(図37)のハルの周りに螺旋構成で配設することができ、これにより、気泡が流路にそって拡散するときに気泡をトラップし、BTFのハルに対して制約することができる。
5.空気トラップフィン410は、ホタテ貝形設計とすることができ、これにより、BTFのハルにそって陥凹流路を形成し、それにより、BTFのハルに対して空気を保持することができる。
6.空気トラップフィン410を設けることで、水中のハルの周囲に水流境界を生じさせやすくなることは理解されるであろう(図37および37A〜37D)。この水流境界は、高密度の海水(BTFから間をあけた)と空気水混合物(BTFに隣接する)との間に延在する水密度勾配を含む。空気トラップフィン410の高さは、水流境界層の厚さを決定するのに役立つ。空気トラップフィン410の高さは、ハルの長さに従って調整(例えば、比例的に、または他の形で)することができ、例えば、短いハルに対しては、空気トラップフィンを短くし、長いハルに対しては、空気トラップフィンを高くしてよいことは理解されるであろう。
7.空気トラップフィン410は、ハルの長さの一部のみ、またはハルの長さの全体に対して延在してよく、すべての表面上に放射状に分配することができる(図37Aおよび37C)。
8.望ましければ、空気トラップフィン410は、BTFのハルの下側の底部1/4から1/2を除き、放射状に分配することができる(図37および37D)。この場合、BTFのハルの下に設けられるエアーカーテンは、より速く散逸し、それによって、ハルの底部が高密度の水上に乗り、空気/水気泡流内にハルの残り部分を収めることができる。この構成をとることで、艇の下にある(支持する)水には空気が比較的含まれず、したがってこの水は艇の重量の下で実質的に圧縮性を有しないので、艇に対する支持力が高まるものとできる。
単一プロペラキャビテーション
本発明の代替的実施形態において、次に図37Eを参照すると、船舶のプロペラシステムは、浮力のあるチューブ状フォイル200の首部に配置された単一のプロペラ415を備えることがわかる。プロペラ415は、動作時に、プロペラが、すでに説明されているように好ましくは空気トラップフィンも備える浮力のあるチューブ状フォイルのハルを包み込むスーパーキャビテーション水の激しい流れを発生し、後方に送り出すようなサイズおよび構成をとり、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200からスーパーキャビテーション水の即時の逃れを防ぐ動作をする。ここでもまた、本明細書ですでに開示されているようにスポイラーによって、あるいは、図37Eに示されているような従来の舵420(および適宜プレーン425)によって操舵を行うことができる。
潜水艦、魚雷、および無人潜水艇の実施形態
前記の開示において、一般的に、乗組員、武器、およびペイロード(乗客を含む)を載せる指揮管制モジュール100、浮力、推進力をもたらし、操縦を行うための一対の浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)、ならびにBTF200上の指揮管制モジュール100を支持するための一対のストラット300を備える新規性のある艦隊防御攻撃艇5が開示される。
潜水艇(例えば、潜水艦、魚雷、無人機など)のハルとして、一般的に浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200と関連して上で開示されている種類の単一の(浮力のある)チューブ状ハルを利用する、潜水艦および/または魚雷および/または無人機などの、新規性のある潜水艇(ときにはこれ以降航行体または船舶とも称することができ、艇、航行体、および/または船舶という用語は交換可能であることを意図する)を実現することは、さらに本発明の範囲内にある。本発明の目的のために、そのようなチューブ状ハルは、浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)であると考えることができ、ときには、本明細書ではそのように称することがある。
本発明の一形態において、次に図38を参照すると、チューブ状ハル(すなわち、BTF)435、および推進力を発生し、すでに説明されている方法で潜水艦のハルを包み込むためのエアースカート(スーパーキャビテーション)を形成するための1つまたは複数の前牽引プロペラ440を備える潜水艦430が提示されていることがわかる。ここでもまた、本明細書ですでに説明されているようにスポイラーによって、あるいは、図38に示されているような舵420(および適宜プレーン425)によって潜水艦の操舵が行われうる。
例えば、限定はしないが、次に図38A、38B、38C、および38Dを参照すると、本発明によって形成される新規性のある潜水艦500が図示されている。新規性のある潜水艦500は、人員の小チームを世界の海岸線に素早く、密かに配備するのに比類なく適している。
より具体的には、潜水艦500は、一般的に、上方に延在する司令塔510を有し、パイロットコックピット515、乗組員の居住空間520、エンジン室525、および燃料(例えば、燃料タンクおよび/または燃料ブラダーなどの中に、図示せず)および/または他の積み荷(例えば、武器)を保管するためのエリア530を備える、チューブ状ハル(すなわち、BTF)505を具備する。
潜水艦500は、推進力を発生し、前に説明されている方法で潜水艦のハルを包み込むためのエアースカート(スーパーキャビテーション)を形成するための1つまたは複数の前牽引プロペラ535、および前に説明されている方法で操縦を行うためのスポイラー540も備える。好ましくは、一対の反対方向に回転するプロペラ535が使用され、その一対の反対方向に回転するプロペラは潜水艦の長さ方向軸での回転を誘発するおそれのある回転力を相殺するように配置構成される。それに加えて、潜水艦500は、好ましくは、プロペラ(複数可)535の直後に配設され、また司令塔510の前縁部上に配設されたノズル545を備え、潜水艦から流体(例えば、ガスおよび/または低摩擦の液体)を排出して、潜水艦の周りの水流中に送り込み、それによって、潜水艦が水中を移動するときの摩擦をさらに低減する。潜水艦500は、好ましくは、例えば、潜水艦が低速運転しているときに、潜水艦に対する付加的姿勢制御を行うための一対の水平安定板550も備える。水平安定板550は、好ましくは、潜水艦が高速航行しているときに摩擦を減らすためハル505内に引き込み可能である。
本発明のこの形態において、伸縮するシュノーケル560を通して吸気する、ガスタービンエンジン555は、潜水艦が水面上、またはシュノーケル560が機能する十分に浅い深さで航行しているときに高速推進するために備えられている。電池570によって駆動される電気モーター565は、潜水艦がシュノーケルの深さより下に潜水したとき、および/または潜水艦が「無音」潜行(例えば、秘密作戦活動のため)を必要とするときの推進用に備えられている。
当技術分野でよく知られている種類のバラストタンク(図示せず)は、水中の潜水艦の浮力を調節するために備えられている。
エアーロック575は、好ましくは、潜水艦が潜水している間にダイバーがハルを出入りできるようにするためにハル505内に備えられている。あるいは、エアーロック(図示せず)は、上部ハッチ580を介して出入りできるように司令塔510内に備えることができる。
望ましい場合には、潜水艦を水陸両用にするため格納式車輪585を備えることもできる。
好ましい一使用法において、潜水艦500は、大洋を高速航行し、その際に伸縮するシュノーケル560を通じて吸気するガスタービンエンジン555から動力を得る。これは、好ましくは、潜水艦がシュノーケルの深さに完全に潜水して運転している状態で行われるが、ハル505が水面下に水没している間に司令塔510を水面より上に突き出しても行われうる。推進力をもたらすと同時に潜水艦のハルを包み込むためのエアースカート(スーパーキャビテーション)を形成する前牽引プロペラ(複数可)535、および操縦を行うためのスポイラー540により、高速運転が実用的で効率的なものとなる。それに加えて、ノズル545(プロペラ(複数可)535の直後に配設され、また司令塔510の前縁部上に配設されている)は、潜水艦から流体(例えば、ガスおよび/または低摩擦の液体)を排出して、潜水艦の周りの水流中に送り込み、それによって、潜水艦が水中を移動するときの摩擦をさらに低減する。そのような高速運転時に、水平安定板550は、摩擦低減のため、好ましくはハル505内に引っ込められる。
探知を逃れる必要がある場合、潜水艦は、シュノーケルの深さより下に潜水し、電池動力に切り替えることができる。この結果、典型的には、運転時間が制限され、かつ/または艦載電池容量に制限があるため航行速度が遅くなるが、潜水艦は実質的に無音で運転することができる。運転速度を下げて航行する場合、水平安定板550を使用して、姿勢制御を高めることができる。
潜水艦が海岸線に接近しようとしている場合(例えば、人員の秘密チームを配備するため)、潜水艦は、音を最小限度に抑え、探知を回避するために電池動力で運転することができる。
人員は、潜水艦が潜水している間にエアーロック575および/または上部ハッチ580を介して潜水艦を出入りすることができる。
必要ならば、電池570は、当技術分野で知られている種類の燃料電池で置き換え、および/またはそのような電池を補助に使用することができる。
本発明の別の形態において、次に図39を参照すると、魚雷450の本体部445などの、単一のチューブ状構造(BTF)は、弾頭(例えば、雷管および高性能爆薬)を備えることができ、当技術分野で知られているように、浮力(必要な場合には負の浮力)、推進力をもたらし、操縦を行う。より具体的には、本発明のこの形態では、浮力は、好ましくは、魚雷450の本体部445内に収容されているバラストタンクによってもたらされる。推進力は、上で開示されている種類の少なくとも1つの前牽引プロペラ455、および魚雷450の本体部445内に収容された電気モーターによってもたらされ、1つまたは複数の前牽引プロペラ455は前に開示されている方法で、魚雷が水中を移動するときに魚雷450の本体部445の周りにエアースカート(スーパーキャビテーション)を形成する。ここでもまた、本明細書ですでに開示されているようにスポイラーによって、あるいは、図39に示されているような舵420(および適宜プレーン425)によって操縦を行うことができる。
本発明の別の形態において、次に図40を参照すると、本発明によって形成される新規性のある無人潜水艇600が図示されている。新規性のある無人潜水艇600は、状況を評価するために視覚的、電子的(レーダーおよびソナーを含む)および/または化学的データを収集する必要があるエリアに素早く、密かに入るのに比類なく適している。
より具体的には、無人潜水艇600は、一般的に、機器エリア620、エンジン室625、および燃料(例えば、図示しない燃料タンクおよび/または燃料ブラダーなどの中に)および/または他の積み荷(例えば、武器)を保管するためのエリア630を有するチューブ状ハル(すなわち、BTF)605を備える。
無人潜水艇600は、推進力を発生し、前に説明されている方法で無人潜水艇のハルを包み込むためのエアースカート(スーパーキャビテーション)を形成するための1つまたは複数の前牽引プロペラ635、および前に説明されている方法で操縦を行うためのスポイラー640も備える。好ましくは、一対の反対方向に回転するプロペラ635が使用され、その一対の反対方向に回転するプロペラは潜水艦の長さ方向軸での回転を誘発するおそれのある回転力を相殺するように配置構成される。それに加えて、無人潜水艇600は、好ましくは、プロペラ(複数可)635の直後に配設されたノズル645を備え、これにより無人潜水艇から流体(例えば、ガスおよび/または低摩擦の液体)を排出して、無人潜水艇の周りの水流中に送り込み、それによって、無人潜水艇が水中を移動するときの摩擦をさらに低減する。無人潜水艇600は、好ましくは、例えば、無人潜水艇が低速運転しているときに、無人潜水艇に対する付加的姿勢制御を行うための一対の水平安定板650(そのうちの1つのみが図40に示されている)も備える。水平安定板650は、好ましくは、無人潜水艇が高速航行しているときに摩擦を減らすためハル605内に引き込み可能である。
本発明のこの形態において、枢動可能に引き込み可能な、または伸縮するシュノーケル660を通して吸気する、ガスタービンエンジン655は、無人潜水艦艇が水面上、またはシュノーケル660が機能する十分に浅い深さで航行しているときに高速推進するために備えられている。電池670によって駆動される電気モーター665は、無人潜水艇がシュノーケルの深さより下に潜水したとき、および/または無人潜水艇が「無音」潜行(例えば、秘密作戦活動のため)を必要とするときの推進用に備えられている。
当技術分野でよく知られている種類のバラストタンク(図示せず)は、水中の無人潜水艇の浮力を調節するために備えられている。
無人潜水艇600は、艇の周りのエリア内で視覚的、電子的(レーダーおよびソナーを含む)および/または化学的データを収集することができることが意図されている。これは、典型的には、水面より上から視覚的、電子的、および/または化学的データを収集することを意味するが、いくつかの状況では、水面下から視覚的、電子的、および/または化学的データを収集することを伴うこともある。本発明の好ましい一形態において、視覚的、電子的、および/または化学的データは、探知の可能性を極力減らすために無人潜水艇が潜水状態にある間に水面の上から収集される。このために、視覚、電子、および/または化学センサーは、好ましくは、無人潜水艇が水面下にある間に無人潜水艇から水面上の位置に前進されるように適合される。これは、シュノーケル660が配備状態にある間に視覚、電子、および/または化学センサーが水面上に突き出るように視覚、電子、および/または化学センサーをシュノーケル660に装着することによって実現されうる。それに加えて、視覚、電子、および/または化学センサーは、無人潜水艇が水面下にある間に視覚、電子、および/または化学センサーを水面まで上昇させるため、配備室675内に収納されている伸縮するマスト(図示せず)または浮遊ブイ(図示せず)に装着されうる。前記に加えて、視覚、電子、および/または化学センサーを、ノーズコーン680、および/またはテールコーン685内に装着して、無人潜水艇により視覚的、電子的、および/または化学的データを収集することができる。
好ましい一使用法において、無人潜水艇600は、大洋を高速航行し、その際に伸縮するシュノーケル660を通じて吸気するガスタービンエンジン655から動力を得る。これは、無人潜水艇がシュノーケルの深さに完全に潜水して動作している場合に行われる。推進力をもたらすと同時に無人潜水艇のハルを包み込むためのエアースカート(スーパーキャビテーション)を形成する前牽引プロペラ(複数可)635、および操縦を行うためのスポイラー640により、高速運転が実用的で効率的なものとなる。それに加えて、ノズル645(プロペラ(複数可)635の直後に配設されている)は、無人潜水艇から流体(例えば、ガスおよび/または低摩擦の液体)を排出し、無人潜水艇の周りの水流中に送り込み、それによって、無人潜水艇が水中を移動するときの摩擦をさらに低減する。そのような高速運転時に、水平安定板650は、摩擦低減のため、好ましくはハル605内に後退させられる。
探知を逃れる必要がある場合、無人潜水艇600は、シュノーケルの深さより下に潜水し、電池動力に切り替えることができる。この結果、典型的には、艦載電池容量に制限があるため運転時間が制限され、および/または航行速度が遅くなるが、無人潜水艇は実質的に無音で運転することができる。運転速度を下げて航行する場合、水平安定板650を使用して、姿勢制御を高めることができる。
代替的に、および/またはそれに加えて、無人潜水艇を、飛行機で最終目的地の近くのエリアまで運び、飛行機から落として、無人潜水艇が移動する距離を短縮し、そのままステルスアプローチを維持することができる。
無人潜水艇は、視覚的、電子的、および/または化学的データを収集するエリアに到達したときに、好ましくは、潜水したまま、シュノーケルの深さまで上昇し、電池を充電するためガスタービンエンジン655の下で潜行できる短い期間を除き、電池動力の下で航行する。無人潜水艇が潜水したままの状態で、視覚的、電子的、および/または化学的データは、艇が搭載するセンサーによって、例えば、伸縮するマスト(図示せず)または配備室675から突き出ている浮遊ブイ(図示せず)によってセンサーを表面まで上昇させることによって水面の上から、および/またはノーズコーン680および/またはテールコーン685に搭載されたセンサーを介して水面下から、収集される。
代替的に、および/またはそれに加えて、無人潜水艇はテールコーン685が水面より上に突き出るように自位置を垂直の向きに変更し(例えば、図41に示されている方法で)、これにより、テールコーン685内のセンサーを使用して水面の上から視覚的、電子的、および/または化学的データを取得することができる。
次いで、無人潜水艇によって取得されるデータは、当技術分野でよく知られている種類の従来の無線伝送によって基地局に送り返されうる。
必要ならば、電池670は、当技術分野で知られている種類の燃料電池で置き換え、および/またはそのような電池を補助に使用することができる。
また望ましい場合には、ノーズコーン680、および/またはテールコーン685、および/またはハル605は、燃料源(例えば、水上艦、潜水艦、遠隔燃料補給モジュールなど)から無人潜水艇に燃料補給するためのフィッティングを搭載することができる。
前牽引プロペラ機構
本発明の好ましい形態により、前牽引プロペラ機構は、(i)水をかき分けるようにして浮力のあるチューブ状フォイル(BTF)200(または他のチューブ状構造)を引っ張るとともに、(ii)後部BTF200(または他のチューブ状構造)を包み込む摩擦を減らすエアーカーテンを発生させるために使用されることは理解されるであろう。そこで、同じ要素(すなわち、前牽引プロペラ機構)を使用して、推進力を与えるとともに、スーパーキャビテーションを生じる摩擦を減らすエアーカーテンを形成する。上で指摘されているように、これらの態様はそれぞれ、推進効率の著しい改善をもたらし、(i)前牽引プロペラ機構は最初の水に食い込み、それにより、プロペラ機構の推進作用を高め、(ii)前牽引プロペラ機構はBTF200(または他のチューブ状構造)が水の中を移動するときのハルの摩擦を低減するスーパーキャビテーションを生じる摩擦を減らすエアーカーテンを形成する。比類ないのは、前牽引プロペラ機構が、これらの機能の両方を同時に果たすために使用される点である。
重要なのは、これと同じアプローチが、BTF200(または他のチューブ状構造)がSWATH水上艦の一部であるか、潜水艦もしくは他の潜水艇のハルであるか、または魚雷もしくは無人機などの別の形態の潜水航行体の船体であるかに関係なく使用される点である。言い換えると、本発明の好ましい形態により、前牽引プロペラ機構は前牽引プロペラ機構の後に続く細長いハル構造(すなわち、BTF200または他のチューブ状構造)に対して二重の機能(すなわち、推進とスーパーキャビテーションを生じる摩擦を減らすエアーカーテン)を同時にもたらすということである。この方法で、細長いハル構造は効率よく水中を移動し、それゆえ速度が著しく増す。
前牽引プロペラ機構は、効率的推進および効率的エアーカーテン形成の両方を実現するように構成され(例えば、羽根の形状、羽根のサイズ、使用される羽根の数、複数の羽根が備えられている場合には羽根の反対方向の回転など)、運転される(例えば、羽根の回転速度など)ことが重要であることは理解されるであろう。この後者の点について、プロペラ機構は、十分なサイズおよび体積のエアーカーテンを発生して後部ハル構造(例えば、BTF200)の周のすべて(または実質的にすべて)を包み込むようにすべきであることは理解されるであろう。この点で、すべての前牽引プロペラ機構が本発明で望まれているスーパーキャビテーションを生じる摩擦を減らすエアーカーテンを形成するわけではないことは理解されるであろう。例えば、限定はしないが、比較的低速で回転するプロペラは、最小のスーパーキャビテーション機能を発生する(これは、音を小さくすることが優先されるものとしてよい弾道ミサイル潜水艦などにおいて望ましい設計特徴でありうる)。さらに例えば、限定はしないが、比較的小さなプロペラでは、気泡流を放出できるが、気泡流は、後部ハル構造の周を包み込み、それにより後部ハル構造の外面の周りに所望のエアーカーテンを形成するほど十分に大きくはなくてよい。したがって、後部ハル構造に望ましいスーパーキャビテーションを生じる摩擦を減らすエアーカーテンを形成するうえで、前牽引プロペラ機構の構成(例えば、羽根の形状、羽根のサイズ、使用される羽根の数、複数の羽根が備えられている場合には羽根の反対方向の回転など)および前牽引プロペラ機構の運転(例えば、羽根の回転速度など)に注意しなければならないことは理解されるであろう。適切な設計および動作パラメータは、本開示を考慮したうえで当業者に明らかになるであろう。
本発明の好ましい一形態において、前牽引プロペラ機構は、効率よく推進力を与えるとともにスーパーキャビテーションを生じる摩擦を減らすエアーカーテンを形成するために一対の反対方向に回転するプロペラを備え、これらのプロペラは後部BTFの直径の約33パーセントから約90パーセントである、最も好ましくは後部BTF200(または他のチューブ状構造)の直径の約66%である直径と、約2000から約3500毎分回転数(rpm)である、最も好ましくは約3000毎分回転数(rpm)である回転速度を有する。
非軍用および民生用用途
前記の説明において、攻撃艇5は、軍事用途に使用するという文脈において説明されている。しかし、攻撃艇5は、保安用途(例えば、警察、移民および麻薬取締まり目的)など、公衆安全用途(例えば、海難救助)、高速な整備補給用途(例えば、石油掘削プラットフォームの整備のため)、高速水上タクシー用途、プライベートプレジャー船用途、などの他の非軍用用途にも使用することができる。
好ましい実施形態の修正
本発明の特質を説明するために本明細書に記述され、例示されている細部、材料、ステップ、および部品の配置構成の多くの追加の変更は、本発明の原理および範囲内に収まっている限り当業者によってなされうることは理解されるであろう。

Claims (21)

  1. 細長いハルと、
    前記ハルの前端部に装着され、前記ハルを水中移動させるように適合された少なくとも1つのプロペラとを備える潜水艇であって、
    前記少なくとも1つのプロペラは、適切な速度で回転したときに前記少なくとも1つのプロペラから前記ハルの外面に沿って流れるスーパーキャビテーション水を生成し前記ハルの外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくする寸法および形態を有する潜水艇。
  2. 前記少なくとも1つのプロペラは、前記ハルの周りにスーパーキャビテーション水のエアースカートを形成する請求項1に記載の潜水艇。
  3. 前部プロペラと後部プロペラとを備え、さらに、前記前部プロペラおよび前記後部プロペラは、互いに反対方向に回転する請求項1に記載の潜水艇。
  4. 前記少なくとも1つのプロペラを駆動するための一対の電源をさらに備え、前記一対の電源は、大気消費エンジンおよび非大気消費エンジンを含む請求項1に記載の潜水艇。
  5. 前記大気消費エンジンは、シュノーケルを介して吸気する請求項4に記載の潜水艇。
  6. 前記大気消費エンジンは、ガスタービンエンジンを含む請求項4に記載の潜水艇。
  7. 前記非大気消費エンジンは、電気モーターを含み、さらに、前記潜水艇は、前記電気モーターを駆動するための少なくとも1つの電池を備える請求項4に記載の潜水艇。
  8. 前記非大気消費エンジンは、電気モーターを含み、さらに、前記潜水艇は、前記電気モーターを駆動するための燃料電池を備える請求項4に記載の潜水艇。
  9. 前記水中移動するときに前記潜水艇の操舵を行なうため前記ハルに装着された複数のスポイラーをさらに備える請求項1に記載の潜水艇。
  10. 前記複数のスポイラーのそれぞれはプレートを備え、(i)前記プレートが前記ハルの表面と実質的に位置合わせされている船内位置と、(ii)前記プレートが前記ハルの表面付近を流れる水の中に突出し、前記水を偏向させる船外位置との間で移動可能である請求項9に記載の潜水艇。
  11. 前記複数のスポイラーのそれぞれは、前記スポイラーの前端のところで前記ハルに枢動可能に取り付けられる請求項10に記載の潜水艇。
  12. 前記複数のスポイラーのうちのいくつかは、前記ハルの前記前端部に配設され、前記複数のスポイラーのうちのいくつかは、前記ハルの前記後端部に配設される請求項9に記載の潜水艇。
  13. 前記複数のスポイラーのうちの少なくともいくつかは、前記潜水艇の左右の操舵を制御するために前記ハルに配設される請求項9に記載の潜水艇。
  14. 前記複数のスポイラーのうちの少なくともいくつかは、前記潜水艇の上下の姿勢を制御するために前記ハルに配設される請求項9に記載の潜水艇。
  15. 前記ハルに配置された摩擦低減流体をさらに含み、前記摩擦低減流体は前記ハルの表面上の抗力を低減するために前記摩擦低減流体とともに前記ハルの少なくとも一部を封入するように前記少なくとも1つのプロペラの直後に配備可能である請求項1に記載の潜水艇。
  16. 前記潜水艇は潜水艦を備える請求項1に記載の潜水艇。
  17. 前記ハルは、司令塔を備える請求項1に記載の潜水艇。
  18. 前記ハルは、エアロックを備える請求項1に記載の潜水艇。
  19. 前記潜水艇は、無人潜水艇を備える請求項1に記載の潜水艇。
  20. 前記ハルは、中にセンサーを有するテールコーンを備え、さらに、前記潜水艇は、前記潜水艇自体の位置を水平の向きから垂直の向きに変更し、前記テールコーンが水面より上に突出するように構成される請求項19に記載の潜水艇。
  21. 水中を移動するための方法であって、
    細長いハルと、
    前記ハルの前端部に装着され、前記ハルを水中移動させるように適合された少なくとも1つのプロペラとを備える潜水艇を提供するステップであって、
    前記少なくとも1つのプロペラは、適切な速度で回転したときに前記少なくとも1つのプロペラから前記ハルの外面に沿って流れるスーパーキャビテーション水を生成し前記ハルの前記外面上の摩擦を低減し、水中において高速を出しやすくする寸法および形態を有する、ステップと、
    前記細長いハルの少なくとも一部を潜水させるステップと、
    前記少なくとも1つのプロペラを回転して前記潜水艇を水中移動するステップとを含む方法。
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