JP3416522B2 - 振動翼付き水中航走体 - Google Patents
振動翼付き水中航走体Info
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- JP3416522B2 JP3416522B2 JP12171598A JP12171598A JP3416522B2 JP 3416522 B2 JP3416522 B2 JP 3416522B2 JP 12171598 A JP12171598 A JP 12171598A JP 12171598 A JP12171598 A JP 12171598A JP 3416522 B2 JP3416522 B2 JP 3416522B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/30—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
- B63H1/36—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type swinging sideways, e.g. fishtail type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/08—Propulsion
Description
船,潜水作業船等に用いられる水中航走体に関する。
ようなものがあり、その推進のためにはスクリュープロ
ペラ01が用いられている。
スクリュープロペラ01は、その回転軸方向にのみ推力を
発生するので、方向制御のためには舵02やサイドスラス
タ03などの補助装置を必要とし、直進性能に比べ方向制
御や位置保持制御の性能は制限されている。また、スク
リュープロペラ01やサイドスラスタ03は、回転中に付近
のものを巻き込む恐れがあり、安全面から使用上の制限
を受けることになる。
動(揺動)させることにより、推進のみならず舵取りも
行なえるようにした振動翼付き水中航走体を提供するこ
とを課題とする。
め、本発明の振動翼付き水中航走体は、前縁に固着され
た回動軸の往復回動により振動する翼を直列に複数組そ
なえるとともに、上記複数組の翼の各回動軸を回動させ
るアクチュエータをそなえ、上記の各回動軸を相互に協
調制御すべく、各回動軸の往復回動に伴う各翼の振幅,
周波数,振動中心および各翼の相互間の位相の設定のた
めの制御信号を出力する振動翼コマンド発生器と、同振
動翼コマンド発生器から出力された制御信号を上記の各
回動軸の回動に係る信号に変換して各回動軸についての
上記アクチュエータを制御する角度サーボドライバとか
らなる振動翼制御装置が設けられたことを特徴としてい
る。
上述の構成をそなえた水中航走体において、さらに、同
水中航走体の浮沈を制御すべく、注排水可能のタンク
と、同タンクの注排水制御機構とが設けられたことを特
徴としている。
は、前縁に固着された回動軸の往復回動により振動する
翼が直列に複数組そなえられるので、各翼の振幅,周波
数,振動中心および位相の協調制御により、上記複数組
の翼が全体として魚の尾びれのようにしなやかに揺動し
て所要の推力の発生および舵取りが行なわれるようにな
る。したがって、従来のスクリュープロペラのような巻
込みの危険性が無くなる。
ば、上記複数組の翼が、潜水船の潜舵のように、あるい
は魚の両側の胸びれのように作動して、潜水深度の変更
も可能になる。
能なタンクが設けられると、同タンクが魚体内の浮沈用
浮袋のように浮力の調整を行なって、上記水中航走体の
浮沈制御が円滑に行なわれるようになる。
態について説明すると、図1は本発明の一実施形態とし
ての振動翼付き水中航走体の内部構成を模式的に示す平
面図、図2は図1の水中航走体の内部構成を模式的に示
す側面図であり、図3は図1,2の水中航走体における
翼の制御系を示すブロック図である。
は、尾部に2組の翼(振動翼ともいう。)1a,1bを
直列にそなえた水中航走体2が、各振動翼1a,1bを
振動(揺動)させるため、同振動翼1a,1bの前縁に
往復回動の可能な回動軸4,5をそれぞれ固着されるよ
うにして設けられている。
アクチュエータ14, 15(図3参照)をそなえた振動翼制
御装置6(図1,2参照)が設けられ、同装置6の所要
電力はバッテリー16から供給される。
回動軸アクチュエータ14, 15のほか、各振動翼1a,1
bの回動軸4,5を相互に協調制御できるように、各ア
クチュエータ14, 15を作動させる角度サーボドライバ13
をそなえるとともに、さらに各振動翼1a,1bの振
幅,周波数,位相および振動中心について制御を行なえ
るように角度サーボドライバ13に制御信号を送る振動翼
コマンド発生器12もそなえている。
1に示すごとく、各振動翼1a,1bの作動に伴って、
しなやかに屈曲できるように、同振動翼1a,1bを覆
う軟質の繊維強化プラスチック(FRP)製被覆材のご
とき可撓性の外被2cが、剛性または可撓性の前部外被
2bに所要の部位2aで接続するように装着されてい
る。
では、その浮沈も制御できるように、注排水可能のタン
ク7が設けられるとともに、同タンク7の注排水制御機
構として、図2に示すごとく、ポンプ8および切替バル
ブ9,10を含む配管と、同ポンプ8および各バルブ9,
10を制御してタンク7の浮力の制御を行なう浮力制御装
置17とが設けられている。
bの制御のための振動翼コマンド発生器12の操作量の導
出および浮力制御装置17による制御は次のように行なわ
れる。 (1)水中航走体2に与えたい力を水平成分と垂直成分
に分解する。 (2)水平成分の力の大きさは、回動軸4,5の往復回
動の振幅および周波数の大きさにより制御する。また、
力の前後方向の向き(前進後進)は回動軸4,5の相互
間の位相により制御する。そして、舵取りのための水平
成分の力の向きの制御は、振動翼1a,1bの振動中心
をこの水中航走体の中心線11から偏心させる量により行
なう。 (3)垂直成分の力の大きさについては、浮力制御装置
17によりタンク7内の水の量をポンプ8および各バルブ
9,10を介して制御し、このようにして浮力調整が行な
われる。
力,回頭角,浮力など)とセンサ入力(速度など)を入
力し、基準波形を正弦波とした各回転軸4,5の振幅,
周波数,回転軸4,5間の位相,振動中心を出力するこ
とにより振動翼1a,1bの運動を規定する。ここで振
動中心とは航走体2の中心線11と振動翼1a,1bの振
れ角の中心位置とがなす角度のことをいう。角度サーボ
ドライバ13は振動翼コマンド発生器12の出力を各回転軸
1a,1bの角度信号に変換し、回転軸アクチュエータ
14, 15を制御する。振動翼制御装置6および浮力制御装
置17の制御方法を以下に示す。
備) 水中航走体2の速度(流れがある場合は相対速度)と推
進力毎の最適な振動翼1の振幅,周波数と位相差を下記
手段にて求める。 (a)水中航走体2を水槽中に固定し、推力をはかるため
にひずみゲージを取り付ける。 (b)水槽に一定の流れを与え、推力が発生するように振
動翼1を動作させる。ここで、上記流れの流速を水中航
走体2の速度として処理する。 (c)特定の推力にて回転軸アクチュエータ14, 15の合計
の消費電力が最小となる振動翼1の振幅,周波数と位相
差の組み合わせを最急降下法にて求める。 (d)数種類の速度と推力の組み合わせにて(b),(c)を
行ない、データを速度と推力の2次元テーブルの形にま
とめる。
せた後、下記手順により振動翼制御装置6は振動翼2を
制御する。 (a)振動翼コマンド発生器12は、操縦指令(外部からの
無線指令)の推進力とセンサ入力(水中航走体2に取り
付けられた速度計からの入力)の速度を入力され、(1)
項で学習したテーブルを補間することにより振動翼2の
振幅,周波数および位相差を出力する。 (b)振動翼コマンド発生器12は操縦指令の回頭角を入力
し、係数を掛け振動中心として出力する。上記係数は振
動中心の最大値を回頭角信号の最大値で正規化するよう
な係数とする。 (c)角度サーボドライバ13は、振動翼コマンド発生器12
の出力である、振幅(最大角度)をA,周波数(角振動
数)をω,位相をα,振動中心をK,時間をtとする
と、以下の式より回転軸アクチュエータ14,15の角度信
号を出力する。 回転軸アクチュエータ14の角度信号=Asin(ωt)+K 回転軸アクチュエータ15の角度信号=Asin(ωt+α)+K (d)回転軸アクチュエータ14, 15は上記(c)で求めた角
度信号に従い、翼を振動させる。
水弁10を閉じ、沈降の時は給水弁10を開き、排水弁9を
閉じる。 (c)浮力の大きさに従い、給水排水ポンプ8の出力を調
整する。 (d)浮き袋の入口の流量が0になった(満水または空に
なった)とき、給水排水ポンプ8を停止する。
回転および浮沈の3次元制御が可能になる。すなわち、
前縁に固着された回動軸4,5の往復回動により振動す
る翼1a,1bが直列に複数組そなえられるので、各翼
1a,1bの振幅,周波数,振動中心および位相の協調
制御により、上記複数組の翼1a,1bが全体として魚
の尾びれのようにしなやかに揺動して所要の推力の発生
および舵取りが行なわれるようになる。したがって、従
来のスクリュープロペラ(図4の符号01参照)のような
巻込みの危険性が無くなる。
ば、上記複数組の翼が、潜水船の潜舵のように、あるい
は魚の両側の胸びれのように作動して、潜水深度の変更
も可能になる。
に注排水制御の可能なタンク7が設けられるので、同タ
ンク7が魚の浮袋のように浮力の調整を行なって、この
水中航走体の浮沈制御が円滑に行なわれるようになる。
き水中航走体によれば次のような効果が得られる。 (1) 水中航走体において、前縁に固着された回動軸の往
復回動により振動する翼が直列に複数組そなえられるの
で、各翼の振幅,周波数,振動中心および位相の協調制
御により、上記複数組の翼が全体として魚の尾びれのよ
うにしなやかに揺動して所要の推力の発生および舵取り
が行なわれるようになる。したがって、従来のスクリュ
ープロペラのような巻込みの危険性が無くなる。(請求
項1) (2) 上記回動軸が横方向に配設されれば、上記複数組の
翼が、潜水船の潜舵のように、あるいは魚の両側の胸び
れのように作動して、潜水深度の変更も可能になる。 (3) 上記水中航走体に注排水制御の可能なタンクが設け
られると、同タンクが魚体内の浮沈用浮袋のように浮力
の調整を行なって、上記水中航走体の浮沈制御が円滑に
行なわれるようになる。(請求項2)
走体の内部構成を模式的に示す平面図である。
的に示す側面図である。
制御系を示すブロック図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 水中航走体において、前縁に固着された
回動軸の往復回動により振動する翼を直列に複数組そな
えるとともに、上記複数組の翼の各回動軸を回動させる
アクチュエータをそなえ、上記の各回動軸を相互に協調
制御すべく、各回動軸の往復回動に伴う各翼の振幅,周
波数,振動中心および各翼の相互間の位相の設定のため
の制御信号を出力する振動翼コマンド発生器と、同振動
翼コマンド発生器から出力された制御信号を上記の各回
動軸の回動に係る信号に変換して各回動軸についての上
記アクチュエータを制御する角度サーボドライバとから
なる振動翼制御装置が設けられたことを特徴とする、振
動翼付き水中航走体。 - 【請求項2】 請求項1に記載の振動翼付き水中航走体
において、同水中航走体の浮沈を制御すべく、注排水可
能のタンクと、同タンクの注排水制御機構とが設けられ
たことを特徴とする、振動翼付き水中航走体。
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