JP5038903B2 - 無人の水中航走体 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の無人の水中航走体（水中ビークル）、つまり耐圧殻（Druckkoerper）と、駆動ユニットと、耐圧殻に配置された少なくとも１つの付属器具とが設けられている形式の無人の水中航走体に関する。

自己駆動式、有利にはプロペラ駆動式の無人の水中航走体は、自律作業型ビークルまたはデータ伝送ケーブルを介して遠隔制御される遠隔制御型のビークルとして水中での種々の役目、つまり「ミッション」を実施するために、すなわちたとえば海底地形の探査、機雷探索および機雷爆破のために使用される。この場合、同一構造を有するように形成された航走体には、要求プロファイルもしくは要件に応じて種々異なる器具やコンポーネントが装備される。これらの器具やコンポーネントは航走体の耐圧殻の種々の範囲に配置されている。特定の要求プロファイルに応じて装備を施された航走体は個々にトリム調整され、これによって航走体は水中でいわば水平方向の向きを有し、ひいては十分に水平方向・ローリング安定化されている。ハイドロダイナミクスからの偏差は閉じられた制御回路によって捕捉される。この制御回路には駆動器具が接続されている。航走体を別のミッションに合わせて組み替えたい場合、航走体は装備組み替え後に再度完全に新たにトリム調整されなければならない。この場合、組み替えられた水中航走体のトリム調整位置が新たに算出されかつテストされなければならないだけでなく、駆動ユニットのための制御回路も、新しいトリミングにおける水中航走体の安定した操舵を保証するために新たに適合されなければならない。

本発明の根底を成す課題は、付属器具を備えた水中航走体において、水中航走体のトリム調整位置を変更することなしに、付属器具を、存在する別の種類の付属器具と交換することもできるし、存在する付属器具に対して付加的に耐圧殻に配置することもできるように付属器具を形成することである。

この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の特徴、つまり前記付属器具が浮力体に固く結合されており、該浮力体が、水の密度に比べて小さな密度を有しており、しかも浮力体の密度および体積は、水中で浮力体を備えた付属器具に作用する浮力が、付属器具と浮力体とに作用する重力を補償するように設定されていることにより解決される。

本発明による無人の水中航走体には、次のような利点がある。すなわち、付属器具の負浮力ニュートラルなコンセプトにより、水中航走体のミッションが変更される場合または水中航走体のための別の使用プロファイルを求める顧客の要望が生じた場合または変えられた周辺パラメータを有する海域での使用のために付属器具の取外しおよび／または取付けによって水中航走体の装備を組み替える場合に、水中航走体に、水中航走体の調節済みのトリム調整位置を変えることなしに、各目的設定のために必要となるコンポーネントを問題なく装備させることができる。このことは、装備組み替えされた水中航走体のために繰り返されるトリム調整位置計算およびトリム調整位置テストを不要にするだけでなく、駆動ユニットのための制御回路を新たなトリム調整位置へ手前をかけて適応させることをも不要にする。ようするに、これによってあらゆる使用プロファイルもしくは使用条件のために僅かな組み替え手間をかけるだけで、不変のベース航走体を提供することができるか、または短時間で１つの使用プロファイルから別の使用プロファイルへ合わせて航走体を組み替えることができる。

本発明の有利な改良形および構成を有する本発明による水中航走体の有利な実施態様は請求項２以下に記載されている。

本発明の有利な実施態様では、水中航走体の駆動ユニットが、複数のプロペラ駆動装置を有しており、該プロペラ駆動装置が、耐圧殻の外部に分配されて配置された駆動管内に収容されていて、プロペラだけが管端側で該駆動管から突出している。各プロペラ駆動装置には、付属器具として、該プロペラ駆動装置のプロペラを取り囲むプロペラ用の保護装置が対応しており、プロペラ駆動装置の各駆動管には、プロペラ用の保護装置の負浮力を補償する浮力体として、該プロペラ用の保護装置に固く結合された浮力管が被せ嵌められている。水中航走体にプロペラ用の保護装置として形成された付属器具をこのように付加装備することにより、グラウンド接触が確実に排除され得ないような極端な浅い海域または著しい漂流物量が予想され得るような海域における水中航走体の使用が可能となる。また、使い捨て航走体として構想されているのではなく、ミッション船もしくは母船の甲板から繰返し搬入・搬出されるような水中航走体の場合にも、水中航走体へのプロペラ用の保護装置の装備は、回収・投下過程時における甲板壁との接触によるプロペラの損傷を阻止するために有利である。プロペラ用の保護装置の重量補償のための浮力体として設けられた浮力管は、水中航走体にプロペラ用の保護装置を保持するためにも役立つ。

本発明の別の有利な実施態様では、付属器具が、電気音響式の変換装置を備えた水中アンテナであり、この場合、負浮力を補償する浮力体は、水中アンテナの形状に適合されて、該水中アンテナの、音響入射方向とは反対の側に配置されている。このような水中アンテナは海底地形に関する海底探査の際に、または海底に位置する対象物、特に機雷を検出するために、ショートレンジソナー、特にサイドスキャンソナーと相まって必要とされる。この場合にも、水中アンテナは浮力体を用いて負浮力ニュートラル（abtriebsneutral）となるので、浮力体を備えた水中アンテナを耐圧殻に取り付けることによっても、水中航走体のトリム調整位置の変化は生ぜしめられない。それぞれ１つの水中アンテナが、浮力体と共に左舷側のプロペラ駆動装置および右舷側のプロペラ駆動装置の駆動管に取り付けられると有利である。

水中アンテナおよびプロペラ用の保護装置の取付けと同様に、水中航走体に付加的な機能を付与する別の付属器具の取付けも可能である。すなわち、たとえば駆動管の、プロペラとは反対の側の端部にＴＶカメラを挿入することができる。左舷側の駆動管および右舷側の駆動管の、プロペラとは反対の側の前側の端部に、ロードキャリアフレーム（Lasttragerahmen）の保持装置を挿入することができる。ロードキャリアフレームを用いて水中航走体は任意のロード（積み荷）を運搬することができる。ＴＶカメラもロードキャリアフレームも、本発明によれば、各付属器具の重量により生ぜしめられる、水中航走体における負浮力を、当該水中航走体に作用する浮力によって補償する浮力体に固く結合される。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、無人の水中航走体を概略的に示す斜視図であり、
図２は、図１に示した水中航走体に取り付けられた、浮力管を備えたプロペラ用の保護装置を示す斜視図であり、
図３は、図２に示したプロペラ用の保護装置および浮力管を部分的に断面して示す側面図であり、
図４は、図１に示した水中航走体を付属器具の組み替え後の状態で示す平面図であり、
図５は、図４に示した組み替えられた水中航走体に取り付けられた付属器具を拡大して示す斜視図である。

図１に斜視図で図示された、無人の水中航走体は、耐圧殻１１と、合計４つのプロペラ駆動装置１２から成る駆動ユニットとを有している。これらのプロペラ駆動装置１２のうち、２つのプロペラ駆動装置１２は耐圧殻１１の上側または上側近傍で、別の２つのプロペラ駆動装置１２は耐圧殻１１の下側または下側近傍で、それぞれ耐圧殻１１の右舷および左舷に配置されている。各プロペラ駆動装置１２はそれぞれ電動モータを有しており、この電動モータは駆動シャフトを介してプロペラ１３を駆動する。電動モータと駆動シャフトとは、耐圧殻１１に固定されたそれぞれ１つの駆動管１４内に収容されており、この場合、駆動シャフトは駆動管１４内に回転支承されている。駆動シャフトの、駆動管１４から突出した端部には、プロペラ１３が装着されている。各プロペラ１３はプロペラ用の保護装置１５を備えており、このプロペラ用の保護装置１５はグラウンド接触時、船壁接触時における損傷または漂流物による損傷からプロペラ１３を保護する。

プロペラ用の保護装置１５は水中航走体を高価にするものであり、必ずしも全ての使用プロファイル（使用条件）において必要となるとは限らないので、プロペラ用の保護装置１５はオプショナルに提供される。したがって、水中航走体はプロペラ用の保護装置１５を装備しても、装備しなくても使用され得る。したがって、プロペラ用の保護装置１５は、付属品として航走体本体と一緒に同時発注されるか、または水中航走体の使用プロファイルの変更時に後日、後装備され得る付属器具を成している。水中航走体はプロペラ用の保護装置１５なしで入念にトリム調整されているので、当該水中航走体は水中でほぼ水平な姿勢をとる。ハイドロダイナミクスからの偏差は閉じられた制御回路によって捕捉される。この制御回路にはプロペラ駆動装置１２が接続されている。

プロペラ用の保護装置１５のあとからの取付けによっても水中航走体のトリム調整位置を変更しなくても済むようにするために（トリム調整位置の変更はトリミングの新たな算出および制御回路の再適合を必要とする）、各プロペラ用の保護装置１５は浮力管１６の形の浮力体に固く結合されている。この浮力管１６の密度は水の密度よりも小さい。浮力体もしくは浮力管１６の密度および体積は、水中で浮力管１６を備えたプロペラ用の保護装置１５に作用する浮力が、浮力体もしくは浮力管１６を備えたプロペラ用の保護装置１５に作用する重力を補償するように選択されている。これによって、図２に斜視図で図示されているような、浮力管１６と、この浮力管１６に取り付けられたプロペラ用の保護装置１５とのいかなる結合体も負浮力補償されていて、耐圧殻１１へのその取付けによっても水中航走体のトリム調整位置を変えない。図１から判るように、プロペラ駆動装置１２へのプロペラ用の保護装置１５の取付けは、各１つのプロペラ用の保護装置１５の浮力管１６が４つの駆動管１４のそれぞれ１つに形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、被せ嵌められて、当該駆動管１４に固着されることにより行われる。

浮力管１６は、水の密度よりも小さな密度を有する材料から切削加工によって旋削加工部品として製造されている。浮力管１６の肉厚さは駆動管１４におけるスペース事情に基づいて規定されている。浮力管１６の、浮力のために必要とされる体積は、浮力管１６の相応する長さにより形成される。プロペラ用の保護装置１５は金属または耐衝撃性のプラスチックから製作されており、これによって水の密度よりも著しく大きな密度を有している。浮力管１６の長さを正確に計算することにより、プロペラ用の保護装置１５により生ぜしめられる負浮力（Abtriebskraft）が補償される。

図３に示したように、浮力管１６は、プロペラ用の保護装置１５に設けられた固定用リング１７を形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により受容するための、外径の減径された端区分１６１を有している。したがって、この端区分１６１の外径は固定用リング１７の内径よりも少しだけ小さく設定されている。固定用リング１７の外径は浮力管１６の外径に合わせて調整されているので、固定用リング１７が端区分１６１に被せ嵌められると、固定用リング１７と浮力管１６とは面一に互いにぴたりと整合する。

プロペラ用の保護装置１５は組付けの理由から２つの部分から形成されている。すなわち、プロペラ用の保護装置１５はプロペラ１３を端面側でカバーする保護格子体１８と、この保護格子体１８を支持する保護格子体ホルダ１９とを有している。この保護格子体ホルダ１９の、駆動管１４寄りの端部に固定用リング１７が配置されている。プロペラ用の保護装置１５の質量をできるだけ小さく保持するためには、保護格子体ホルダ１９が、互いに等しい円周角だけ互いに対してずらされた複数の軸方向ウェブ２０を有している。これらの軸方向ウェブ２０は固定用リング１７へ向かって折り曲げられて、固定用リング１７に固定されている。軸方向ウェブ２０の自由端部には、保護格子体１８が装着されて、これらの軸方向ウェブ２０に固定されている。保護格子体１８は１つのリング２１と、このリング２１に固定された複数の半径方向ステー２２とを有している。リング２１には、複数の孔２３が互いに等しい円周角だけ互いにずらされて配置されている。孔２３の直径は軸方向ウェブ２０の直径よりも小さく形成されている。軸方向ウェブ２０の端区分２０１の直径は減径されているので、軸方向ウェブ２０の自由端部から間隔を置いた個所に環状肩部が形成されている。さらに、この端区分２０１はねじ山を備えている。

プロペラ用の保護装置１５を取り付けるためには、まず保護格子体ホルダ１９が浮力管１６に固定される。このことは、たとえば固定用リング１７を浮力管１６の端区分１６１に接着することにより行われる。しかし択一的には、固定用リング１７を端区分１６１に被せ嵌めて、半径方向にねじ込まれた位置固定ねじによって保持することができる。また、端区分１６１と固定用リング１７とに、互いに対応するねじ山を設けて、固定用リング１７を端区分１６１に被せて螺合させることも可能である。

プロペラ１３がまだ組み付けられていない状態において、保護格子体ホルダ１９を備えた浮力管１６は駆動管１４に形状接続的に被せ嵌められて、この駆動管１４に固定される。その後に、駆動管１４から突出したシャフト端部にプロペラ１３が装着され、このシャフト端部に固定される。その後に、保護格子体１８が保護格子体ホルダ１９に固定される。この場合、保護格子体１８のリング２１に設けられた孔２３は、リング２１が軸方向ウェブ２０の環状肩部に接触するまで、軸方向ウェブ２０の端区分２０１に被せられて案内される。次いで、端区分２０１にナット２４が螺合されるので、保護格子体１８のリング２１は軸方向ウェブ２０の環状肩部に緊締される。

図４には、上で説明した水中航走体の平面図が示されている。ただしこの場合、この水中航走体はオプショナルなプロペラ用の保護装置１５なしに運転される。この水中航走体は海底のトポグラフィ、つまり海底地形を検出するために所定海域に投入される。このためにこの水中航走体はサイドスキャンソナー（Seitensichtsonar）を装備している。このサイドスキャンソナーは左舷側の水中アンテナ３１と、右舷側の水中アンテナ３２とを有しており、これらの水中アンテナ３１，３２はそれぞれ１つの電気音響式の変換装置を備えている。各水中アンテナ３１，３２は付属器具として水中航走体の耐圧殻１１に取り付けられて、相応して設計された浮力体３３；３４に固く結合されている。この浮力体３３；３４は、水の密度よりも小さな密度を有する材料から製作されていて、水中アンテナ３１；３２の基本輪郭にほぼ適合されている。浮力体３３；３４はやはり、水中で水中アンテナ３１と浮力体３３との結合体もしくは水中アンテナ３２と浮力体３４との結合体に作用する浮力が、水中アンテナ３１；３２と浮力体３３；３４との各結合体に作用する重力を補償するように設計されている。

図５には、左舷側の水中アンテナ３１と左舷側の浮力体３３との結合体および右舷側の水中アンテナ３２と右舷側の浮力体３４との結合体が、それぞれ斜視図で図示されている。浮力体３３；３４は水中アンテナ３１，３２の、音響入射方向とは反対の側に配置されている。各浮力体３３；３４は互いに背中合わせに位置する側に、水中アンテナ３１；３２に対する当付けのための各１つの載着面３５と、浮力体３３；３４を２つのプロペラ駆動装置１２の駆動管１４に装着するための各１つの載着面３６とを有している。この載着面３６は駆動管１４の曲率に相応して成形されている。水中アンテナ３１，３２には、固定手段３７が設けられており、これらの固定手段３７は浮力体３３，３４に被さって係合して、各駆動管１４に位置固定されている。図４および図５に示した実施例では、固定手段３７がラグ状の舌片３８として形成されている。これらの舌片３８のうちそれぞれ２つの舌片３８が、互いに長手方向間隔を置いて水中アンテナ３１；３２に取り付けられていて、左舷側のプロペラ駆動装置１２の駆動管１４をそれぞれ取り囲んでいる。図５には、図面を見易くするために、浮力体３３を備えた左舷側の水中アンテナ３１が取り付けられている方の駆動管１４が破線で示されている。択一的には、水中アンテナ３１，３２を、これらの水中アンテナ３１，３２にそれぞれ接触する浮力体３３；３４と共に直接に耐圧殻１１に右舷側および左舷側で固定することもできる。

無人の水中航走体を概略的に示す斜視図である。 図１に示した水中航走体に取り付けられた、浮力管を備えたプロペラ用の保護装置を示す斜視図である。 図２に示したプロペラ用の保護装置および浮力管を部分的に断面して示す側面図である。 図１に示した水中航走体を付属器具の組み替え後の状態で示す平面図である。 図４に示した組み替えられた水中航走体に取り付けられた付属器具を拡大して示す斜視図である。

Claims (8)

1. 無人の水中航走体であって、耐圧殻（１１）と、駆動ユニットと、耐圧殻（１１）に配置された少なくとも１つの付属器具とが設けられている形式のものにおいて、駆動ユニットが、複数のプロペラ駆動装置（１２）を有しており、該プロペラ駆動装置（１２）が、耐圧殻（１１）の外部に分配されて配置された駆動管（１４）内に収容されていて、プロペラ（１３）だけが管端側で該駆動管（１４）から突出しており、各プロペラ駆動装置（１２）に付属器具として、該プロペラ駆動装置（１２）のプロペラ（１３）を取り囲むプロペラ用の保護装置（１５）が対応しており、各駆動管（１４）に浮力体として、該プロペラ用の保護装置（１５）に固く結合された浮力管（１６）が被せ嵌められており、該浮力体が、水の密度に比べて小さな密度を有しており、しかも浮力体の密度および体積は、水中で浮力体を備えた付属器具に作用する浮力が、付属器具と浮力体とに作用する重力を補償するように設定されていることを特徴とする、無人の水中航走体。
2. 浮力管（１６）が、外径の減径された端区分（１６１）を有しており、プロペラ用の保護装置（１５）が、該端区分（１６１）を取り囲む固定用リング（１７）を有しており、該固定用リング（１７）が、浮力管（１６）の前記端区分（１６１）に装着固定されている、請求項１記載の水中航走体。
3. 固定用リング（１７）の外径が、浮力管（１６）の外径に等しく設定されていて、浮力管（１６）にプロペラ用の保護装置（１５）が被せ嵌められると、固定用リング（１７）と浮力管（１６）とが互いに面一に整合している、請求項２記載の水中航走体。
4. プロペラ用の保護装置（１５）が、金属または耐衝撃性を有するプラスチックから成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の水中航走体。
5. プロペラ用の保護装置（１５）が、プロペラ（１３）を端面側でカバーする保護格子体（１８）と、プロペラ（１３）を取り囲む保護格子体ホルダ（１９）とを有しており、該保護格子体ホルダ（１９）の一方の端部に前記保護格子体（１８）が固定されており、他方の端部に前記固定用リング（１７）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の水中航走体。
6. 保護格子体ホルダ（１９）が、互いに等しい円周角だけ互いにずらされた複数の軸方向ウェブ（２０）を有しており、該軸方向ウェブ（２０）が、固定用リング（１７）に向かって折り曲げられて該固定用リング（１７）に固定されており、軸方向ウェブ（２０）の自由端部に保護格子体（１８）が装着されて、該保護格子体（１８）に固定されている、請求項５記載の水中航走体。
7. 保護格子体（１８）が、１つのリング（２１）と、該リング（２１）に固定された複数の半径方向ステー（２２）とを有しており、前記リング（２１）に、互いに等しい円周角だけ互いにずらされた、前記軸方向ウェブ（２０）の端区分（２０１）を貫通案内させるための複数の孔（２３）が設けられており、前記軸方向ウェブ（２０）の端区分（２０１）が、ねじ山を備えており、該ねじ山に、保護格子体（１８）を保護格子体ホルダ（１９）に緊締するナット（２４）が螺合されている、請求項５または６記載の水中航走体。
8. 無人の水中航走体であって、耐圧殻（１１）と、駆動ユニットと、耐圧殻（１１）に配置された少なくとも１つの付属器具とが設けられている形式のものにおいて、付属器具が、電気音響式の変換装置を備えた水中アンテナ（３１，３２）であり、該水中アンテナ（３１，３２）が、該水中アンテナ（３１，３２）の、音響入射方向とは反対の側に配置された浮力体（３３，３４）に固く結合されており、該浮力体（３３，３４）が、水の密度に比べて小さな密度を有しており、しかも浮力体（３３，３４）の密度および体積は、水中で浮力体（３３，３４）を備えた水中アンテナ（３１，３２）に作用する浮力が、水中アンテナ（３１，３２）と浮力体（３３，３４）とに作用する重力を補償するように設定されており、浮力体（３３，３４）が、水中アンテナ（３１，３２）における載着のための載着面（３５）と、耐圧殻（１１）または該耐圧殻（１１）に配置された、駆動ユニットの駆動管（１４）に対する当付けのための載着面（３６）とを有しており、両載着面（３５，３６）が、それぞれ水中アンテナ（３１，３２）もしくは耐圧殻（１１）または駆動管（１４）の輪郭に適合されており、浮力体（３３，３４）に被さって係合する固定手段（３７）が設けられており、該固定手段（３７）が、水中アンテナ（３１，３２）と耐圧殻（１１）とに位置固定可能であることを特徴とする、無人の水中航走体。

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