JP2726505B2 - 水中曳航ケーブル用フエアリング及びその水中曳航ケーブル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は水中被曳航体の曳航ケーブルの水流抵抗低
減用のフェアリング及びその水中曳航ケーブルに関す
る。

本明細書で「水中被曳航体」とは、水上船から曳航さ
れるソーナ等を搭載した有索式航走体、或いは母船から
吊り下ろされて使用される有索式無人潜水機など、海水
に対して相対速度を有するあらゆる有索式装置を意味す
る。なお、無人潜水機の場合、曳航ケーブルはテザーケ
ーブル或いはアンビリカルケーブルなどと呼ばれる。

〔従来の技術〕

近年、技術進歩と相俟って水深2000m〜6000mにも及ぶ
深海の鉱物資源や海底遺失物や沈没船等の発見を目的と
した海底地層調査や深海底（地形）探査が脚光を浴びて
いる。

従来、かかる目的で海洋調査船、海底探査船等の水上
の母船から無人の水中被曳航体（以下「被曳航体」とも
いう）を曳航して遠隔操作する場合、母船と水中被曳航
体とを連結する曳航ケーブルは、母船から繰り出されて
そのまま水中に垂れ下げて被曳航体を保持している。こ
のため、特に被曳航体の深度が増して曳航ケーブルが長
くなった場合に、波浪や潮流の影響を受けて曳航ケーブ
ルが大きく揺動したり、その張力が増大するため、被曳
航体の運動制御、および音響による測位が著しく困難に
なるという問題があった。すなわち、第11図の想像線に
て示す自航型ないし非自航型の水中被曳航体Ｂに使用す
る曳航ケーブルＣは、水流に対して大きな抵抗となって
水流から張力を受けることとなるため、曳航ケーブルＣ
はある形のカテナリ曲線を描いて進行方向と逆方向に大
きく流されてしまう。このため被曳航体Ｂの前後・左右
・上下位置の調整が極めて困難であるとともに、母船Ａ
から被曳航体Ｂの現在位置を音響装置で測位（トラッキ
ング）することも困難となる。もとより、かかる海底地
形、地層調査等においては、通常超音波を発信し海底か
らの反射波を検知して画像処理するものであるから、被
曳航体Ｂを海底から常に一定距離に保持することが極め
て重要となり、これがかかる探査技術における本質的な
課題の一つとなっている。

また、曳航ケーブルＣが大きく流れるということは、
それだけ長尺の曳航ケーブルＣが必要ということを意味
し、母船上のケーブル巻き取り装置のスペースも大きく
なる等の問題を生じる。

そこで、第11図に示すように曳航ケーブルＣに水流抵
抗を低減させるためにフェアリングＦを取り付け、これ
によって水流による張力影響を低減し、被曳航体Ｂが流
される量を抑制する方法が従来から採られている（例え
ば、実公昭59−17757号公報、特公昭54−7118号公報等
参照）。フェアリングＦは大きい抵抗低減を得る観点か
ら曳航ケーブルＣの長さ全体にわたり設けられている。
この場合、フェアリングＦの抵抗減少効果により曳航ケ
ーブルＣは別の形のカテナリ曲線を描き、被曳航体Ｂは
海底Ｇ近く、かつ、母船Ａの真下近くに移動してくるよ
うになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記フェアリングＦは通常、金属とプラスチックで成
形されたものが使用されており、海水より重いためフェ
アリングＦが連続的にしかも曳航ケーブル全体にわたっ
て装備されているため、下方にあるフェアリングＦがそ
の上のフェアリングＦの重みで潰れたり、あるいはフェ
アリングＦ相互の動きが鈍くなって、被曳航体Ｂや曳航
ケーブルＣを拘束する一方、下端部にあるフェアリング
Ｆは、水流方向に向かないために却って大きな抵抗を生
ずる原因となっていた。

また、フェアリングＦは曳航ケーブルＣの長さ全体に
わたり設けられているため、長尺のケーブルの場合には
フェアリング付のままで幾層も母船Ａ上のウインチドラ
ム５に巻き取ることができない。従って、巻き取り時に
はフェアリングＦを曳航ケーブルＣから取り外す必要が
ある。従来、フェアリングＦの曳航ケーブルＣへの着脱
は、人力で一つずつ或いは数個ずつ行われているため、
深海探査の場合のように曳航ケーブルＣが非常に長くな
る場合には、この着脱作業は非常に手間のかかる煩雑な
ものとなり、曳航ケーブルＣのハンドリングの容易／迅
速化の大きな妨げとなる。また、フェアリング水中重量
が大きいため母船Ａの曳航能力やウインチの巻揚能力も
大きなものが必要となる。

そこで、本発明の目的は、個々のフェアリング自体を
海水比重より小さい比重になるように構成部品の材質を
選択して軽量化し、その取り付けは状況に応じて水中曳
航ケーブルの長さの部分的なものに止めることもできて
ウインチドラムへの格納等を容易にし、しかもフェアリ
ングによる水流抵抗の低減効果を充分に発揮させること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的達成のため、第一発明の要旨は、水中曳航ケ
ーブルの水流抵抗低減のために取り付けられるフェアリ
ングであって、該フェアリングの一組を整流片、ケーブ
ルカバーおよび連結板で構成し、少なくとも前記整流片
を海水より軽比重の材質のもので形成し、この整流片の
頭部にケーブルカバーを設けて全体として流線形断面に
形成すると共に、複数の整流片同士を連結板を介して前
記曳航ケーブルの形成する曲線に追従可能なよう連結す
ると共に、前記一組のフェアリング全体比重が海水の比
重よりも小さくなるようにしたことを特徴とする水中曳
航ケーブル用フェアリングにあり、また、第二発明の要
旨は状況に応じて上記フェアリングを水中の曳航ケーブ
ルの一部分に装備したことを特徴とする水中曳航ケーブ
ルにある。

〔作用〕

前記構成において、フェアリング全体は海水比重より
若干小さいから上方向に浮力が働き、上方のフェアリン
グが下端のものに重く乗しかかることがなく、個々のフ
ェアリングが自由な動きができるから曳航ケーブルの描
くカテナリ曲線にスムーズに追従する。また、このとき
フェアリング全体はその浮力作用で自動的に海面下付近
に位置することとなる。

また、状況に応じてフェアリングを水中曳航ケーブル
の長さの一部に部分的に取り付けた場合には、その最適
位置を選択できるようになる。そして、被曳航体の収納
時には曳航ケーブルをフェアリング付きでそのままウイ
ンチドラムに巻き取ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図（ａ）は、本発明の実施例に係る一組のフェア
リングＦの分解斜視図、同図（ｂ）はその組立状態の平
面図である。

図示するように、一組のフェアリングＦは、整流片
１、ケーブルカバー２、連結板３から主に構成されてい
る。すなわち、整流片１は、側面視で矩形上、平面視で
略船形状をなしており、頭部にはケーブルカバー２の取
付のための切欠部1aを有した段付構造となっている。こ
の切欠部1aの上下には取付具1dを挿通するための挿通孔
1cが設けてある。しかも、整流片１の上下端面の中央部
には連結板３を遊挿するための長方形の凹部1bが形設さ
れている。

上記整流片１は、海水比重よりかなり小さい比重を有
する材料で作られている。例えば、深海における使用に
耐えるため、シンクタックティックフォーム（ガラスマ
イクロバルンなどの微小中空球を成形モールド内に充填
し、別の樹脂槽内に収容された加熱樹脂を前記成形モー
ルド内に導入し、微小中空球の間隙に加熱樹脂を充分に
行き亘らせた後に該樹脂を硬化させて得たもの）のよう
な特殊な浮力材が使用される。こうして整流片１自体の
比重は例えば0.5位になるようにして、他のケーブルカ
バー２と連結板３を含めた一組のフェアリングＦ全体の
比重が海水比重より若干小さい、例えば0.8〜0.9程度に
なるようにする。そうすれば、フェアリングＦ全体は海
水に浮くように構成される。

一方、ケーブルカバー２はＵ字状をなしており、整流
片１の頭部に取り付けられた状態では、全体として流線
形断面をなすようになっている。かかる形状によって水
流抵抗が低減される。このケーブルカバー２の上下円弧
部2aはテーパ状に形成されている（第２図参照）。ケー
ブルカバー２の材料は、通常ステンレス鋼のようなメタ
ル材が使用される。2bは取付孔を示す。

また、連結板３は矩形板状に形成され、一つの端部付
近上下に一対の取付け用の長孔3aを有している。この長
孔3aは、組立時には整流片１の挿通孔1cとケーブルカバ
ー２の取付孔2bと一致する。連結板３の材質は通常ウレ
タン系樹脂のような耐圧強度も優れた弾力性のあるもの
で作られる。これはフェアリングＦの連続体を屈曲自在
にするためである。

第１図（ｂ）の組立平面図に示すように、整流片１と
ケーブルカバー２の間の空間には曳航ケーブルＣが導通
するようになっている。ケーブルカバー２は、整流片１
の外面と面一となるように切欠部1aに収まるようになっ
ている。

個々のフェアリングＦは第２図（ａ）に示す如く、曳
航ケーブルＣに沿って連結板３を介して連続的に取り付
けられる。すなわち、整流片１の頭部とケーブルカバー
２の空間に曳航ケーブルが導通されている。整流片１の
上下の凹部1bに連結板３の一部が遊挿され、取付具1dで
ケーブルカバー２と連結板３が同時に整流片１に取着さ
れるようになっている。連結板３、３、…で整流片１、
１、…同士が連結されても、整流片１相互は個々に自由
に動くことができるようになっている。すなわち、第２
図（ｂ）のように曳航ケーブルＣが円弧状に曲がっても
これにスムーズに追従できるようになっている。これ
は、連結板３の取付孔3aが長孔に形成されており、しか
も整流片１の凹部1bが連結板３より大きめに形成されて
ガタを有しているためであり、しかも、ケーブルカバー
２の上下円弧部2aがテーパ状に形成されているからであ
る。また、連結板３は弾力性を有するから第２図（ｂ）
の紙面と直角方向の動きもある程度自由となる。

なお、上記フェアリングＦは水中曳航ケーブルＣの全
体に取り付けたり、或いは部分的に取り付けたりする。

かくして、曳航ケーブルＣが水中でカテナリ曲線を描
く際にフェアリングＦが何ら拘束とならず、曳航ケーブ
ルＣは自由な形をとりうる。また、フェアリングＦ自体
も海水より若干小さい比重を有しているため、下端部に
あるフェアリングＦがそれより上方のフェアリングＦの
重量によって特に拘束を受けることもない。

第３図は上記フェアリングＦを実際に被曳航体Ｂと母
船Ａとの間をつなぐ曳航ケーブルＣに取り付けた状態を
示す。WLは海面を示している。

上記フェアリングＦを従来のように水中曳航ケーブル
Ｃ全体に取り付けてもよいが、第二発明のように、水中
下の曳航ケーブルＣの一部分に取着する、部分的装備に
よると種々のメリットが得られる。すなわち、 第５図は部分的装備の一例で、曳航ケーブルＣの上部
に位置させた場合を示し、この位置を選択する時はフェ
アリングＦの比重が海水比重より小さいため自然に海面
近くに浮いてきて位置するので、特別な位置固定具を設
ける必要はなく、それだけ手間が省ける。なお、Ｇは海
底を示している。

一方、第６図は曳航ケーブルＣの下端部、つまり、被
曳航体Ｂの近傍にフェアリングＦを位置させた場合であ
る。この場合にはフェアリングＦの浮き上がり防止のた
めの金具（以下、「浮上り防止具」という）４をフェア
リングＦの始端（上端）となる位置の曳航ケーブルＣ上
に取着する必要がある。

第７図はこの浮上り防止具４を示す図面である。浮上
り防止具４は環状部4aと締付部4bとからなり、締付部4b
には一対の取付孔4cが開設されている。この浮上り防止
具４は締付具4dを上下の取付孔4cに挿通して締付けて曳
航ケーブルＣに固定する。

第８図はその取付状態の平面図を示し、浮上り防止具
４の環状部4aがケーブルカバー２の円弧部2aの径とほぼ
同じに形成してある。なお、この浮上り防止具４は曳航
ケーブルＣを巻き出す時に取り付けるようにする。浮上
り防止具４の取付位置によってフェアリングＦの位置を
適宜調整できるようになる。

ところで、一般に海面下の鉛直方向の流速分布は第４
図に示す如く、海面付近は流速が大きく、これより深度
が大きくなるにつれて急激に流速は小さくなり、一定深
度以下ではほぼ一定の流速となる傾向にある。従って、
第５図のようにフェアリングＦを海面近くに位置させた
場合、フェアリングＦによる水流抵抗減少効果が大き
く、曳航ケーブルＣは母船Ａ近くに垂下することとな
る。しかし、フェアリングＦがない部分では後方に多少
流れてカテナリ曲線を描くから、被曳航体Ｂが母船Ａか
ら離れた位置に保持されることになる。

一般的にはフェアリングＦを第６図に示すように曳航
ケーブルの下端位置にもってくることが被曳航体Ｂの所
定の位置に保持するために効果的であることが多い。第
６図のような取付位置では流速が小さいため、フェアリ
ングＦによる水流抵抗低減効果によって、あたかも被曳
航体Ｂに推力を与えた如く前進するから、母船Ａとの関
係ではフェアリングＦの効果が大きく現れることとな
る。

もっとも、フェアリングＦの最適位置は種々のパラメ
ータの影響を受けるものであり、上記に限定されるもの
ではない。結局、曳航ケーブルＣにフェアリングＦを取
着した時に曳航ケーブルＣのカテナリ曲線がどのような
ものになるかによってフェアリング効果が判断される。
すなわち、曳航ケーブルＣのカテナリ曲線を決定するパ
ラメータには曳航ケーブルの外径、同比重、同剛
性、フェアリングの水流抵抗係数、同長さ、被曳
航体（水中艇）の水中重量、同深度、母船の曳航速
度、流速の垂直分布などがあり、これらのパラメータ
のうち幾つかは予めデータとして持っており、また曳航
速度等の他のパラメータは母船Ａでその都度測定し、こ
れらのデータに基づき計算によってどのようなカテナリ
曲線になるかを推定できるので、その結果からフェアリ
ングの最適位置を決めるようにする。

次に、曳航ケーブルＣの巻き出し要領について第９図
（ａ）〜（ｅ）に基づき説明する。

曳航ケーブルＣは母船Ａ上のウインチドラム５にフェ
アリングＦとともにガイドシーブ６を介して巻き取られ
ている（第10図参照）。

まず、図（ａ）のように、ウンインチドラム５を巻き
出す方向に回転させて、曳航ケーブルＣを巻き出して被
曳航体Ｂを海面WL上に着水させる。それから図（ｂ）
（ｃ）のようにフェアリングＦ付の曳航ケーブルＣを巻
き出すと被曳航体Ｂは海面WL下徐々に深度を増してい
く。図（ｄ）は所定の巻き出しが完了した状態で、この
場合フェアリングＦは浮上り防止具４で位置固定してい
ないため、その浮力作用で海面付近に自動的に位置する
ことになる。そして母船Ａが図（ｅ）の如く航走して被
曳航体Ｂを曳航していくと海面付近での水流抵抗はフェ
アリングＦにより低減され、曳航ケーブルＣは垂直に近
い状態に垂下する。そしてフェアリングＦ取付位置後の
曳航ケーブルＣはカテナリを描いて後方に多少流れ、被
曳航体Ｂは母船Ａの真下位置より幾分後方に保持され
る。このように被曳航体Ｂを一定の位置に保持しつつ超
音波を発信させて深海の海底地形等の調査や海底下の地
層調査などを行う。

一方、第６図のようにフェアリングＦを被曳航体Ｂの
近くに位置させたい時には巻き出し時に浮上り防止具４
を曳航ケーブルＣの所定位置に取り付ければよい。

次に、曳航ケーブルＣの収納時には上記と逆の要領で
ウインチドラム５に巻き取るようにすればよい。この場
合、本発明のように部分的にフェアリングＦを装備した
場合には、第10図に示すようにウインチドラムの径Ｄと
長さＬを適当に設定すれば、フェアリングＦがある部分
の曳航ケーブルＣが最外層に来るようにできるため、フ
ェアリングＦを付けたままでウインチドラム５に巻き取
ることができ、従来のようにフェアリングＦを一々取り
外したりするような手間のかかる煩雑な作業をしなくて
も済む。これは、また巻き出し時においてもフェアリン
グＦの取付け作業がなくなることを意味するから、結局
被曳航体Ｂを海面下の所定位置まで降ろしたり、また母
船Ａ上に収納する際の一連の作業を容易かつ迅速化でき
ることになる。

なお、水中においてフェアリングＦを構成する個々の
整流片１は曳航ケーブルＣのカテナリ曲線に追従して自
由に動くことができることは前述した通りである（第２
図（ｂ）参照）。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、次のような効
果が得られる。すなわち、 （ａ）フェアリングを海水の比重より若干小さくしたこ
とにより、フェアリング全体重量の大幅軽減ができ、そ
の分曳航ケーブルのハンドリングが容易かつ迅速化され
る。これによって、深海調査に最適なフェアリングを提
供できることとなる。また、従来のように下端位置にあ
るフェアリングを破損したりするようなことはなくな
る。

（ｂ）フェアリングを曳航ケーブルに部分的に装備した
場合には、母船上での保管スペースが著しく減少できる
と共に、ウインチドラムの最外層にフェアリング付のま
ま巻き取ることができるようになり、巻き取り／巻き出
し時に一個々人力で取り外し／取り付けるといった煩雑
な作業が不要となる。結局、その分調査作業の迅速化が
図られることとなり、省力、省人化にも寄与する。

（ｃ）フェアリングの部分的装備によって、その時推定
される曳航ケーブルのカテナリの状態に応じて水流抵抗
の低減効果を図る上でその最適設置位置を適宜選択する
ことができ、このようなフェアリングの部分的装備によ
っても充分被曳航体を所望位置に保持することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第10図は、本発明の実施例を示す図面であっ
て、第１図（ａ）は一組のフェアリングの分解斜視図、
第１図（ｂ）はフェアリングの構成部品を取り付けた状
態の平面図、第２図（ａ）はフェアリングを連続的に取
り付けた状態（曳航ケーブルが直線状態）、第２図
（ｂ）は曳航ケーブルが曲がった時のフェアリングの追
従状態を示す図面、第３図はフェアリングを海面近くに
部分的設置した時の被曳航体の曳航状態図の斜視図、第
４図は流速の垂直分布図、第５図は第４図の側面図、第
６図はフェアリングを曳航ケーブルの下端部に部分的設
置した場合の曳航状態図、第７図は浮上り防止具の斜視
図、第８図は同取付平面図、第９図（ａ）〜（ｅ）は曳
航ケーブルの巻き出し要領図、第10図は曳航ケーブルの
ウインチドラムへの収納（巻き取り）状態図をそれぞれ
示す。 第11図は従来技術にかかる被曳航体の曳航状態図であ
る。 １……整流片、２……ケーブルカバー、３……連結板、
４……浮上り防止具、５……ウインチドラム、Ａ……母
船、Ｂ……（水中）被曳航体、Ｃ……曳航ケーブル、Ｆ
……フェアリング。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中曳航ケーブルの水流抵抗低減のために
   取り付けられるフェアリングであって、該フェアリング
   の一組を整流片、ケーブルカバーおよび連結板で構成
   し、少なくとも前記整流片を海水より軽比重の材質のも
   ので形成し、この整流片の頭部にケーブルカバーを設け
   て全体として流線形断面に形成すると共に、複数の整流
   片同士を連結板を介して前記曳航ケーブルの形成する曲
   線に追従可能なよう連結すると共に、前記一組のフェア
   リング全体比重が海水の比重よりも小さくなるようにし
   たことを特徴とする水中曳航ケーブル用フェアリング。
2. 【請求項２】請求項１記載のフェアリングを水中の曳航
   ケーブルの一部分に設けたことを特徴とする水中曳航ケ
   ーブル。