JP4521924B2

JP4521924B2 - 半没水体のストラット

Info

Publication number: JP4521924B2
Application number: JP2000087593A
Authority: JP
Inventors: 俊仁大野; 肇昌桑原; 明田中
Original assignee: Nippi Corp
Current assignee: Nippi Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001270494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水面下に水没する航走体と、その航走体に接続されてなる構造体を水面上に保持する半没水体において、前記構造体を水面上に保持するためのストラットに係わり、特に、半没水体を横傾斜させるような流体力が発生しにくいストラットの形状及び構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海上における射撃訓練に使用される標的として、母船に曳航されて走行する水上曳航標的がある。
【０００３】
この種の標的として、従来から、水面に浮かぶ双胴船形の航走体に支柱を立設し、この支柱に幕的といわれる布製の的を取付けた構造のものがある。しかしながら、このような標的では、航走体が水面に浮かんでいるために、航走体が射撃訓練中に弾丸を受けて破損したり、高速で曳航すると波を受けて転覆してしまったりするという難点があった。
【０００４】
上記のような実情に鑑みて、図１に示すように、航走体２が水面下を走行するようにし、航走体２が弾丸によって損傷されるのを防ぐと共に、高速での曳航が可能な半没水型の曳航標的が開発された。この半没水型の曳航標的は、海中に水没する航走体２と海面１１上に浮上する幕的１０とをストラット８によって連結してなり、そのストラット８は、その断面形状が翼型断面形状をなしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示すように、上記ストラット８は、海水と大気の境界面（海面１１）をまたがって位置するものであるため、航走体２が曳航されると海水の流れを受け、流れの速度によってストラット８表面のある部分で海水の剥離１５が発生する。このように海水の剥離１５が発生すると、剥離点１６の後方では、海水の自由表面下に大気中の空気を巻き込む現象が起こる。
【０００６】
この剥離点１６は、曳航の速度によっても変化するが、海水の流れる方向のずれ等によりストラット８表面の右側面８ａおよび左側面８ｂについて、海水の剥離点１６の位置が異なることがある。極端な場合は、図３に示すように右側面８ａ側を流れる海水はストラット８の後端部まで剥離せず、左側面８ｂ側を流れる海水は途中で剥離１５することがある。このようなときは、海水が剥離１５している左側面８ｂの剥離点１６の後方では、海水の自由表面下に大気中の空気を巻き込むため、海水が剥離していない右側面８ａと剥離１５している左側面８ｂとの間に圧力差を生じ、この圧力差により半没水体１は剥離が生じていない右側面８ａ側に傾斜する流体力Ｐ１を受けることになる。
【０００７】
また、海面１１上に飛沫となって飛ばされる海水は、図３に示すように、ストラットの剥離していない右側面８ａ側は後方（矢印Ｈ１方向）に、また、剥離している左側面８ｂ側は斜め横方向（矢印Ｈ２方向）に飛ばされるので、飛沫の運動量の反力としても、半没水体１はストラット８の剥離が生じていない右側面８ａ側に傾斜する流体力Ｐ１を受けることになる。
【０００８】
上記の流体力Ｐ１は半没水体１を大きく傾斜させるため、極端な場合は海面１１上に保持すべき幕的１０が海面１１に接触し、海水流の圧力によって過大な荷重がかかって破損することもあった。
【０００９】
本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、母船により高速に曳航された場合または高速に自航した場合にも、半没水体１を横傾斜させるような流体力が発生しにくいストラットを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本出願に係る第１の発明は、母船に曳航されてまたは自航式に水面下を走行する航走体と、
該航走体の下側に支持部材を介して吊設されたバラストウェイトと、前記航走体の上側に立設されたストラットとを有する半没水体のストラットにおいて、
前記ストラットの左右両側面の形状が、前記ストラットの中心線に対して対称の位置において流体剥離を生じさせる形状であって、前記ストラットの断面形状が先頭部に二等辺の会する頂角を有する二等辺三角形状であることを特徴とする半没水体のストラットである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は半没水体１の走行方向に対して左側の側面を表した図、図２は半没水体１の正面図を示している。この半没水体１は、図１及び図２に示すように、海水中に潜水する航走体２と、この航走体２の下側に支持部材３を介して吊設されたバラストウェイト４と、航走体２の上側に立設されたストラット８、及びストラット８に取付けられた幕的１０とからなるもので、具体的には次のように構成されている。航走体２は、略円柱形状をなし、その両端部は緩やかなカーブを描きながら端部に向かってつぼまった魚雷形状をしている。その外殻は、アルミ等の金属または強化合成樹脂（またはこれらの組合せ材料）より形成されており、水密構造とされた外殻内には発泡樹脂等の比較的低密度な物質を充填している。図１に向かって左側が航走体２の先頭方向であり、その先端部にはスイベルジョイント７が取付けられている。スイベルジョイント７は、曳航索１７が結び付けられる連結金具であり、母船１８により曳航している間の曳航索１７のねじれを戻すために回転可能な構造となっている。また、図１に向かって右側が航走体２の後方にあたり、その後端部近傍には４枚の尾翼５，６が固着されている。図２に示すように、尾翼は航走体２の正面に向かって上下に垂直安定翼５、左右に水平安定翼６として設けられており、垂直安定翼５と水平安定翼６は９０°をなして配置されている。
【００１５】
前記支持部材３は、アルミ等の金属または合成樹脂製（またはこれらの組合せ材料）とされ、その上端は航走体２のほぼ中央底部に固定されている。支持部材３は、海水中での流水による抵抗を少なくするために翼型をなしている。
【００１６】
また、半没水体１の状態を保つためのバラストウェイト（重り）４は、流線形をなすものであって、外殻がステンレスよりなり、内部には鉛が詰められている。このバラストウェイト４は前記支持部材３の下端部に航走体２とほぼ平行に取り付けられている。
【００１７】
一方、上記航走体２のほぼ中央上部にはストラット８が立設されている。図５に示すように、ストラット８はアルミ等の金属よりなる外殻１９内に、ウレタンの発泡樹脂２０を詰めたものである。また、ストラット８の先頭部を鋭角にするために、ステンレス薄板よりなる側壁２２ａ，２２ｂが、リベット２１で外殻１９に固定されている。
【００１８】
ストラット８は航走体２に関して、前記支持部材３のほぼ対称の位置に設けられており、ストラット８の上端部延長線上にはマスト９が取付けられている。航走体２は通常の使用状態においては海中に水没しており、バラストウェイト４を下方向に配置した姿勢を保っている。図１及び図２に示すように、バラストウェイト４は水中で重力により下方向に向かって引っ張られているため、航走体２に関して前記支持部材３と対称の位置に設けられたストラット８は、海面１１に対してほぼ垂直状態をなし、海面１１から上方に向かって突き出た姿勢を保っている。そして、ストラット８の上端部延長線上に取付けられたマスト９には、布製の幕的１０が取付けられている。マスト９は、その下端部にフランジ部（図示せず）が設けられており、該フランジ部に穿設された穴よりねじ止めすることによりストラット８上に固定されている。マスト９と幕的１０は通常一体のものであり、射撃により幕的１０が破損した場合には、マスト９のフランジ部のねじをはずし、新しい幕的１０と交換をする。
【００１９】
次に図４を用いて、ストラット８の断面形状について詳細に説明する。
【００２０】
すでに説明したように、従来のストラット８の断面形状は図３に示すように、対称翼型をなしている。そのため、先頭方向（図３に向かって左側）から海水が流れてくる場合に、ストラット８の左右両側面８ａ，８ｂで剥離点１６の位置が異なると、一方の左側面８ｂに発生した海水の剥離１５により、海面１１の境界に存在する大気中の空気が海中に取り込まれて左側面８ｂに空気層を形成する。この空気層の存在によりストラット８の左右両側面８ａ，８ｂ間には圧力差が生じ、剥離が起きている左側面８ｂと反対の方向に引っ張る流体力Ｐ１が発生する。また、上記流体力Ｐ１は海水面境界部に発生するため、ストラット８の海水面境界部分では右側面８ａ方向に引っ張る流体力Ｐ１が働くが、海中に水没している航走体２自体にはそのような力は働かない。そのため、半没水体１全体でみると、正面から見て反時計回りに回転させられる力が働くことになる。
【００２１】
そこで、ストラット８の左右両側面８ａ，８ｂにおける剥離点１６位置の相違による圧力差が発生しにくいストラット８の形状を開発するに至った。本発明は、ストラット８の中心軸に対して、左右両側面８ａ，８ｂの対称な位置で流体を剥離させることにより、ストラット８の左右両側面８ａ，８ｂでの圧力差の発生を極力防ぎ、流体力よる半没水体１の横傾斜を防止するものである。
【００２２】
上記のように、ストラット８の左右両側面８ａ，８ｂの同じ位置で海水を剥離させるために、本実施の形態では、ストラット８の断面形状をくさび形に形成している。図４にその一例を示す。図４に向かって左側が曳航索１７により曳航される先頭方向であり、ストラット８の断面形状はその先頭方向に頂角１２を有する二等辺三角形状をなしている。水流の抵抗を考慮すると、頂角１２は小さい方が望ましいが、ストラット８に対する相対的な海水の流水方向よりも大きい必要がある。
【００２３】
例えば、図６に示すように、曳航速度が１５〜２０ｋｔ（図６の矢印Ｄ１）で、横波等による海水の横方向の流れが１ｋｔ（図６の矢印Ｄ２）であると、曳航方向に対する相対的な海水の流水方向は５°程度（図６の矢印Ｄ３）である。この場合に頂角１２を７°程度にすると、ストラット８の右側面８ａで剥離１５が生じてしまう。従って、剥離１５を起こさせないためには、ストラット８の頂角１２を相対流速の角度の２倍（１０°程度）以上にする必要がある。曳航速度が１５〜２０ｋｔ程度の場合は、頂角１２の角度は１０°〜１５°位であるのが望ましい。
【００２４】
また、頂角１２は必ずしも先端部がとがったエッジである必要はなく、Ｒを持たせて曲線を描いても良い。
【００２５】
次に上記のように構成された半没水体１を曳航する場合について、図７を用いて説明する。
【００２６】
この半没水体１は、母船１８に搭載されて訓練海域に運ばれ、幕的１０を備えたマスト９をストラット８に取付けると共に、スイベルジョイント７に曳航索１７（長さ約４００メートル程度）をつないで海上に下げおろされる。なお、上記曳航索１７は海水に浮く必要があるため、海水よりも比重が小さいポリエチレンやポリプロピレン等の合成繊維製ロープが使用される。また、海上に着水された半没水体１は、航走体２がその浮力によって水面に浮かび、バラストウェイト４の作用により、ストラット８が海面１１に対してほぼ垂直となった状態で安定する。
【００２７】
この半没水体１を母船１８によって曳航すると、始めは海中にある支持部材３が海水による抵抗を受けるため、航走体２の先頭部が水平よりも下を向き、海中に向かって進み出す。やがて、海面上に浮き出たストラット８が海水中に潜り始めると、今度はストラット８が海水から受ける抵抗によって、航走体２の先頭部が下方から水平方向に向き始め、ほぼ水平状態で釣り合うことになる。そして、この水平状態における航走体２の位置は、海面１１から１メートル程度の深さにあり、海面位置はストラット８のほぼ中央部に維持される。このようにして曳航される半没水体１に対する射撃訓練は、他の船から行うものであり、目視で幕的１０を確認して、この幕的１０を目掛けて射撃を行う。
【００２８】
曳航によりストラット８は海水による抵抗を受けるが、図４に示すように先頭部頂角１２を鋭角にしているため、ストラット８は海水による正面からの抵抗を極力小さくでき、海水はストラット８の両側面８ａ，８ｂに流れて行く。海水はストラット８の両側面８ａ，８ｂに沿って流れるが、底角部１３，１４で急にストラット８の側壁がなくなるため流体剥離１５を生ずる。流体剥離１５はくさび形断面の底辺部で起こるため、ストラット８の左右両側面８ａ，８ｂ間に圧力差は殆ど生じず、半水没体１を横傾斜させる力は働きにくい。すなわち、ストラットの断面形状を、ストラット８の両側面８ａ，８ｂのほぼ同位置である底角部１３，１４で流体剥離１５が発生する形状に形成しているため、ストラット８の左右両側面８ａ，８ｂを流れる流体に圧力差が生ずるのを防ぎ、半没水体１を横傾斜させる流体力Ｐ１が働くのを防止することができる。また、図４に示すように、左右の飛沫はそれぞれ矢印Ｈ４及びＨ３方向に飛ばされるため、飛沫の飛ばされる方向も左右でほぼ等しく、半没水体１を横傾斜させるような力が殆ど働かなくなる。更に本実施の形態においては、ストラット８の断面形状を、ストラット８の後端である底角部１３，１４以後で流体剥離１５が発生する形状に形成しており、ストラット８に横方向の力が働くのを防止している。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、ストラット８全体について断面形状をくさび形にしているが、ストラット８全体の必要はなく、海水の剥離１５が発生する可能性がある海面近傍範囲において、くさび形に形成すれば良い。
【００３０】
本実施の形態においては、ストラット８の断面形状をくさび形にしているが、本発明はくさび形に限られず、同様の効果が得られるあらゆる形状を取りうる。例えば、菱形等であっても、ストラット８の左右幅が最も広くなった位置以後の側面幅が急激に小さくなる形状の場合には、上記と同様の効果が得られる。すなわち、本発明は、ストラットの左右両側面の形状を、ストラットの中心線に対してほぼ対称の位置で流体の剥離が発生する形状に形成するものである。このようにストラットを形成することにより、ストラットの左右両側面を流れる流体に圧力差が生ずるのを防ぎ、半没水体を横傾斜させる力が働くのを防止することができる。
【００３１】
次に、図８に基づいて、本発明の他の実施の形態について説明する。
【００３２】
図８は、自航式の半没水体１を示した図である。自航式の半没水体１とは、航走体２自身に原動機を備えており、母船により曳航されるのではなく、自らの原動機の動力により海水中を走行するものである。曳航式の半没水体１と比較すると、航走体２の前端部にスイベルジョイント７及び曳航索１７が取付けられていない点、後端部にスクリュー２３が取付けられている点、垂直安定翼５及び水平安定翼６が可動である点以外は、図１の曳航式半没水体１と概ね同様である。
【００３３】
この自航式の半没水体１は、航走体２自身に原動機（図示せず）を積んでおり、その原動機の回転によりスクリュー２３を回転させて航走体２が海水中を走行する。また、航走体２の内部には記憶部及び制御部を搭載しており、記憶部に予め記憶してあるプログラムに従って制御部が垂直安定翼５及び水平安定翼６の方向を制御し、半没水体１の走行方向を制御するものである。このように、自航式の半没水体１においても、ストラット８の左右両側面の形状をストラットの中心線に対してほぼ対称の位置で流体剥離が発生する形状に形成することにより、ストラットの左右両側面を流れる流体に圧力差が生ずるのを防ぎ、半没水体を横傾斜させる力が働くのを防止することができる。なお、上記自航式の半没水体１においては、航走体２内部に記憶部を設けずに、電波により制御部を遠隔操作することも可能である。この場合には、マスト９が電波を受け取るアンテナを兼ねる構造にすれば良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ストラットの左右両側面の形状が、ストラットの中心線に対して対称の位置において流体剥離を生じさせる形状であって、ストラットの断面形状が先頭部に二等辺の会する頂角を有する二等辺三角形状であることにより、ストラットの左右両側面を流れる流体による圧力差を小さくし、半没水体を横傾斜させる力が働くのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半没水体の走行方向に対して左側の側面を表した図である。
【図２】半没水体の正面図である。
【図３】翼型ストラットに発生する海水の剥離を示す原理図である。
【図４】本願発明のくさび形ストラットの断面形状を示す概念図である。
【図５】本願発明のくさび形ストラットの構造を示す断面図である。
【図６】海水流の相対方向とくさび形ストラットの頂角との関係を示す図である。
【図７】半没水体を母船により曳航している様子を示す側面図である。
【図８】自航式半没水体の左側の側面を表した図である。
【符号の説明】
１…半没水体
２…航走体
３…支持部材
４…バラストウェイト
５…垂直安定翼
６…水平安定翼
７…スイベルジョイント
８…ストラット８ａ…ストラットの右側面８ｂ…ストラットの左側面
９…マスト
１０…幕的
１１…海面
１２…頂角
１３，１４…底角部
１５…剥離
１６…剥離点
１７…曳航索
１８…母船
１９…外殻
２０…発泡樹脂
２１…リベット
２２ａ…右側壁２２ｂ…左側壁
２３…スクリュー
Ｐ１…流体力
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４…飛沫の方向
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…海水が流れる方向。

Claims

母船に曳航されてまたは自航式に水面下を走行する航走体と、
該航走体の下側に支持部材を介して吊設されたバラストウェイトと、前記航走体の上側に立設されたストラットとを有する半没水体のストラットにおいて、
前記ストラットの左右両側面の形状が、前記ストラットの中心線に対して対称の位置において流体剥離を生じさせる形状であって、前記ストラットの断面形状が先頭部に二等辺の会する頂角を有する二等辺三角形状であることを特徴とする半没水体のストラット。