JPH0338493A

JPH0338493A - 水中翼船の制御装置

Info

Publication number: JPH0338493A
Application number: JP17483089A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Imamura; 今村　博; Minoru Terada; 稔寺田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1991-02-19
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JP2533940B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、船首および船尾に翼を有する水中翼船の翼走
時の制御方法および装置に関する。

従来の技術水中翼船において、第１０図のように、船体１０１には
翼１０２が設けられ、水面１０３下で水中を進む翼１０
２によって船体１０１が持ち上げられて揚力が生じ、翼
走することができる。船体１０１が旋回する際に、その
船体１０１の甲板または床１０４を水平にしたままにす
ると、乗客は、遠心力Ｆｌによる横方向の力を受け、そ
の乗客の重力Ｆ２とのき力は参照符Ｆ３で示され、乗り
心地が悪くなる。

このような問題を解決するための先行技術は、たとえば
特開昭５５−１６０６７９に内示されており、それは簡
略化して第１１図に示されている。

舵輪であるヘルムからの旋回指令信号に応答し、第１１
図で示されるように船体１０１の横揺れ角度であるバン
ク角θ１は、船速に関係なく、決められる。このような
バンク角θ１が得られるように、翼１０２が駆動される
。

発明が解決しようとする課題このような先行技術では、実際の船速が、ヘルムの旋回
指令信号に対応して決定されたバンク角θ１に対応する
予め想定した船速よりも遠いときには、第１１図（１〉
で示されるように乗客に作用する遠心力Ｆｌの床１０４
に平行な成分が、バンク角θ１による床１０４に平行な
横方向の力よりも大きくその合力はＦｌｌとなり、した
がって乗り心地が悪い、ここで遠心力Ｆｌと乗客の重力
Ｆ２との合力Ｆ３は、床１０４に平行な力Ｆｉｌと、床
１０４に垂直な力Ｆｌ２とのき力に等しい。

また実際の船速か、前記想定した船速よりも遅いときに
は、第１１図（２）で示されるように遠心力Ｆｌの床１
０４に平行な成分が、バンク角θ１による横方向の力よ
り小さいので、乗客には横方向の力Ｆ２１が発生し、乗
り心地が悪くなる。

本発明の目的は、旋回時における乗り心地を良好にする
ことができるようにした水中翼船の制御方法および装置
を提供することである。

課題を解決するための手段本発明は、ヘルムを操縦して船体を旋回し、この旋回時
における遠心力を検出し、検出した遠心力に基づいて、その遠心力が打ち消される
ように船体を傾斜させることを特徴とする水中翼船の制
御方法である。

また本発明は、船首にフォワードストラットを有し、こ
のフォワードストラットに翼が設けられ、船尾にも翼が
設けられる水中Ｒ船の制御装置において、旋回のために操作されるヘルムと、船尾の翼を駆動する手段と、フォワードストラットを駆動する手段と、横揺れ角度を
検出する垂直ジャイロと、船体の遠心力を検出する手段
と、ヘルムと遠心力検出手段との各出力に応答して、ヘルム
の操縦出力に応じてｆＱ体が傾斜するように、かつ遠心
力が打ち消されるように、船尾翼駆動手段を制御する手
段と、垂直ジャイロと、遠心力検出手段との各出力に応答して
、船体が旋回するように、かつ船尾翼駆動手段が遠心力
を打ち消すように船尾の翼を駆動することによって生じ
る船体の横揺れ角度の成分に対応したフォワードストラ
ットの角度の変化を防いで、フォワードストラット駆動
手段を制御する手段とを含むことを特徴とする水中翼船
のｆ／１１ｒｎ装置である。

作　　用本発明に従えば、舵輪であるヘルムを操縦して船体を旋
回し、この旋回時における船体の横揺れ角度を垂直ジャ
イロで検出し、また遠心力、したがって船体の甲板また
は床に平行な横方向加速度を検出し、こうして得られる
横揺れ角度、すなわちバンク角と、横方向加速度とに基
づいて、旋回時に発生する遠心力を求めることができる
。この遠心力が打ち消されるように、船体を傾斜させる
。

これによって遠心力の床９２（後述の第７図参照）に平
行な成分はバンク角θ（後述の第７図参照）による横方
向の力で完全に打ち消され、乗客には横方向の力が加わ
ることがない、これによって旋回時に最良の乗り心地が
確保される。

また本発明に従えば、船尾に設けられた翼は、ヘルムの
ｔ！縦出力に応じて船体が傾斜するように、かつその旋
回時に生じる遠心力が打ち消されるように、駆動される
。このときフォワードストラットは、旋回をすることが
できるように、しかも船尾に設けられた翼が遠心力を打
ち消すように駆動されて生じる船体の横揺れ角度の成分
をなくすように駆動される。′シたがってヘルムの操作
量とフォワードストラットの角変位Ｉとを一対一に対応
させて船体を旋回させることができ、操縦性が良好であ
り、遠心力を打ち消すために横揺れ角のみが変化され、
旋回方向が変化することはない。

実施例第１図は本発明の一実施例の簡略化した斜視図であり、
第２図はその側面図であり、第３Ｉ２Ｉはその底面図で
ある。これらの図面を参照して、水中翼船の船体１の船
首２にはフォワードストラット３が設けられる。このフ
ォワードスト・ラット・３は鉛直軸４のまわりに角変位
可能であり、これによって舵取りすることができ、支柱
または方向舵と呼ばれることもあるにのフォワードスト
ラット３の下部には、船首２のｇ５が設けられる。

船体１の船尾６には、一対のアフトストラット７．８が
設けられ、これらのアフトストラット７゜８間にわたっ
て船尾の′Ｒ９が設けられる。アフトストラット７．８
間の中央位置には、ガス・タービン水噴射推進装Ｗ１０
が設けられ、これによって船体１は前方〈第１図〜第３
図〉の右方に前進駆動され、またその噴射水の向きを変
化して、後進することもまた可能である。フォワードフ
ラッフ１３．１４およびアウトフラップ１８〜２１を主
として使用して、船体１を縦揺れ（ｐｉｔｃｈ）軸Ｙお
よび横揺れ（ｒｏｌｌ）軸Ｘのまわりに制御され、また
フォワードス）・ラット３と１１キわせて使用して、旋
回中に船体１をその横揺れ軸Ｘのまわりに傾斜させるこ
とも可能である。さらに船体１は、片揺れ（ｙａＷ）軸
２のまわりに運動をすることもある。

第４図は、真５，９ｆｔ近の拡大して示す斜視図である
。フォワードストラット３の下部には、フォワードフォ
イル１１．１２が左右に突出して延び、このフォワード
フォイル１１．１２の後方に、フォワードフラップ１３
．１４が支持される。これらのフォワードフラップ１３
．１４は、相互に連結されて同期して作動し、したがっ
て船首２に単１個のフラップが設けであるということが
できる。

船尾６には前述のようにアフトストラフ１−フ。

８が下方に突出して設けられる。翼９はこれらのアフト
ストラット７．８間にわたって延びる左右のアフトフォ
イル１６．１７と、これらの後方に支持される２組の対
をなすアフトフラップ１８１９；２０，２１とから成る
。右舷のアフトフォイル１６の後方に配置される一対の
アフトフラップ１８．１９は、同期して作動することも
できるけれども、個別的に作動することもまた可能であ
る。左舷のアフトフォイル１７の後方に配置されている
。一対のアフトフラップ２０．２１もまた、同期して作
動することもできるが個別的に作動することも可能であ
る。

アフトストラツ）−７，８間で、船体１に取付けられて
いるガス・タービン噴射水推進装置１０は、右Ｕ側と左
舷側とに噴射水を後方に向けて噴射する推進ボン１２２
．２３と、これらのボン′ブ２２゜２３に海水などの水
が共通に吸入されて供給される吸入口２４を有するノズ
ル２５と、ボ〉プ２２゜２３を駆動するガス・タービン
２６．２７とを含む、タービン２６．２７の出力軸２８
．２９からは、減速機３０．３１を介してポンプ２２．
２３に動力が伝達されて、ポンプ２２，２３が駆動され
る。

第５図は、本発明の一実施例のアフトフラップ１８．１
９．２０．２１と、フォワードストラット３とを駆動す
るための構成を示すブロック図である。舵輪であるヘル
ム７０は、操作者によって角変位して操舵され、その操
舵角に比例した電気信号である操舵出力は、増幅回路７
１によって増幅され、ラーｆン７２から、加算回路７３
．７４の一方の入力に与えられるととちに、逆転器７５
に才３いて極性が逆転され、加算回路７６．７７の一方
の入力に与えられる。船体１の船首２には、横加速度計
７８が取付けられている。この横加速度計は、船体ｌの
甲板または床９２（後述の第７図参照〉に平行な横方向
に作用する遠心力に対応した加速度を検出し、この加速
度に比例した電気信号をライン７９に導出する。横方向
加速度計７８からライン７９に導出される信号は、増幅
回路８０において増幅され、ライン８１から、加算回路
７３．７４の他方の入力にそれぞれ与えられるとともに
、逆転器８２によってその極性が逆転されて加算回路７
６．７７の他方の入力にそれぞれ与えられる。

加算回路７３の出力は、左舷側のアフトフラップ２１を
駆動するサーボ回路６０に与えられ、また加算回路７４
の出力は左舷側のアフトフラップ２０を駆動するサーボ
回路５つに与えられる。また加算回路７６の出力は、右
舷側のアフトフラップ１８を駆動するサーボ回路５５に
与えられ、加算回路７７の出力は右舷側のアフトフラッ
プ１つを駆動するサーボ回路５６に与えられる。

ライン７２に増幅回路７１から導出される信号は、アフ
トフラップ１８〜２１を角変位駆動して、右舷のアフト
フラップ１８．１９と、左舷のアフトフラップ２０．２
１との角度を相互に逆方向とし、ヘルム７０の操舵量に
対応して船体１が傾斜するように駆動されるための信号
である。

ライン８１に増幅回路８０から導出される信号は、船体
１の遠心力による横方向加速度を打ち消す横揺れ角度の
成分を発生させるためにアフトフラップ１８〜２１を駆
動する信号である。

横加速度計７８からライン７９に導出される信号はまた
、増幅回路８４からライン８５を介して加算回路８６の
一方の入力に与えられる。船体１にはバンク角θである
横揺れ角度を検出する垂直ジャイロ８７が設けられる。

この垂直ジャイロ８７の横揺れ角度θを表す電気信号は
、増幅回路８８において増幅され、ライン８９を経て加
算回路８６の他方の入力に与えられる。加算回路８６の
出力は、フォワードストラット３を駆動するサーボ回路
９０に与えられる。このライン８９に導出される増幅回
路８８からの出力は、垂直ジャイロ８７によって検出さ
れた横揺れ角度に対応して、方向舵であるフォワードス
トラットを角変位して旋回するための信号である。この
ライン８つに関連して、ライン８５に増幅回路８４から
与えられる信号は、前述のライン８１に与えられる信号
によってアフトフラップ１８〜２１を駆動して生じた横
揺れ角度の成分によって、フォワードストラット３が角
変位することを打ち消して補償するための信号である。

したがってフォワードストラット３は、アフトフラップ
１８〜２１が遠心力を打ち消すように駆動されることに
よって生じる船体の横揺れ角度の成分によっては、角変
位駆動されないことになり、操縦性が向上される。

第６図を参照して、前述の第５図の構成による勤ｆセを
説明する。ステップｎ１において舵輪であるヘルム７０
を操作する。ステップｎ２では、サーボ回路５５，５６
；５９，６０によってアフトフラップ１８．１９．２０
．２１が駆動される。

そのためステップｎ　３では、船＃１が横に傾斜して、
第７図に示される状態となる。そのためステップｎ１４
では、垂直ジャイロ８７が横揺れ角度θを検出する。ス
テップｎ５では、この垂直ジャイロ８７の出力に基づい
てサーボ回路９０はフォワードストラット３を駆動する
。その結果、ステップｎ　６では、船体１が旋回する。

ステップｎ７において、横加速度計７８は、遠心力に対
応した甲板または床に平行な横方向の加速度を検出する
。

ステップｎ８では、その横方向の加速度が零であるかが
判断され、零でないときには、ステップｎ９において、
その加速度計７８の出力に基づいて、サーボ回路５５，
５６．５９．６０はアフトフラップ１８〜２１を駆動し
て、遠心力、したがって横方向の成分を打ち消し、また
サーボ回路９０の働きによってフォワードストラット３
が補償的に駆動される。

こうして前述のように第７図では、乗客に作用する遠心
力Ｆｌと、その乗客の重力Ｆ２との重力Ｆ３は、船体１
の垂直軸９１上にあり、船体１は横方向の加速度または
遠心力が打ち消される方向に傾斜されるので、最良の乗
り心地が実現される。

このとき、乗客には、床９２に平行な方向に作用する力
は零である。

本発明の他の実施例として、横方向の加速度は、片揺れ
速度と、船速と、横揺れ角度θとから演算して求めるよ
うにしてもよい。この４き、第８図に示される等遠征運
動では、第１式と第２式が成立する。

Ｖ２Ｆｃ＝ｍ　・・・（１〉Ｖ　＝　　ｒ・ω　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（２〉ただし、Ｆｃ：遠心力Ｖ：船速 ω：旋回角速度ｍ：質量ｒ：旋回半径第１式と第２式とから第３式が成立する。

Ｆｃ　＝　ｍ−Ｖ・ω　　　　　　　　　　・・・（３
〉本件水中翼船の旋回翼走中において、横方向の力Ｆは
第９図から明らかなように、Ｆ　＝　Ｆｃ−ｃｏｓθ−ｍ・ｇ・ｓｉｎθ　　　−（
４）ただし、 θ：横揺れ角（バンク角〉ｇ：重力加速度第１式および第２式を用いて第４式を書き直すと、Ｆ　
＝　ｍ−Ｖ・ω−ｃｏｓθ−ｍ−ｇ−ｓｉｎθ　−（５
）したがって横方向の加速度αは＝　Ｖ−ω・ｃｏｓθ−ｇ−ｓｉｎθ　　　　　　　−
（６）ただし、容量の単位は次の通り。

α１ｇ：　［ｒｎ／５ｅｃ２］　、　（ｃｍ／５ｅｃ２
＞Ｖ：　［ｍ／ｓｅｃ］、　（ｃｍ、’５ｅｃ）ω：ｒ
ａｄ／ｓｅｃ θ：　　ｒａｄＦ、　Ｆｃ　：　［Ｎ］　、　（ｄｙｎ）ｍ：　［Ｋｇ
］　、　（ｇ＞ｒ　：　［ｍｌ　、　（ｃｍ）［］・・・ＭＫＳ系（〉　・−・ＣＧ　Ｓ系横方向の加速度または遠心力は、その他の構成によって
求めるようにしてもよい。

上述の実施例ではヘルム７０の操舵出力は増幅回路７１
において増幅され、ライン７２から加算回路７３．７４
および逆転器７５に与えられるように構成されたけれど
も、これに代えて、ライン７２の信号を加算回路８６に
与え、このとき垂直ジャイロ８７および増幅回路８８を
省略するようにしてもよい。

発明の効果以上のように本発明によれば、旋回時に発生する遠心力
、したがってその横方向の力が、横揺れ角であるバンク
角によって生じる横方向の力で完全に打ち消されるよう
に船体を傾斜させることが可能になるので、左右旋回時
に最良の乗り心地が確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の水中翼船の簡略化した斜視
図、第２図はその水中翼船の側面図、第３図はその水中
翼船の底面図、第４図はｗｅ；、　９に関連する構成を
示す拡大斜視図、第５Ｉ２Ｉは本発明の一実施例のアフ
トフラップ１８〜２１とフォワードストラット３とを駆
動するための構成を示すブロック図、第６図は本発明の
一実施例の動ｆＹを説明するためのフローチャート、第
７図は本発明の一実施例において、船体１が遠心力が打
ち消されるように傾斜されて旋回する状態を示す図、第
８図は横加速度を求めるための等遠征運動の状態を示す
図、第９図は第８図の等遠征運動に基づいて横方向の加
速度を求めるための式を求めるために用いられる図、第
１０図は本発明の従来技術において、船体１０１を旋回
する際に傾けないときに乗客に作用する力を示す図、第
１１図は先行技術における旋回時に乗客に作用する力を
説明するための図である。１・・・船体、２・・・船首、３・・・フォワードスト
ラット、５．９・・・翼、６・・・船尾、７，８・・・
アフトストラット、１０・・・ガス・タービン噴射水推
進装置、１１．１２・・・フォワードフォイル、１３．
１４・・・フォワードフラップ、１６．１７・・・アフ
トフォイル、１８，１９；２０，２１・・・アフトフラ
ップ、２２．２３・・・推進ポンプ、２６．２７・・・
ガス・タービン、７０・・・ヘルム、７１，８０．８４
．８８・・・増幅回路、７８・・・横加速度計、８７・
・・垂直ジャイロ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ヘルムを操縦して船体を旋回し、この旋回時における遠心力を検出し、検出した遠心力に基づいて、その遠心力が打ち消される
ように船体を傾斜させることを特徴とする水中翼船の制
御方法。
（２）船首にフオワードストラツトを有し、このフオワ
ードストラツトに翼が設けられ、船尾にも翼が設けられ
る水中翼船の制御装置において、旋回のために操作され
るヘルムと、船尾の翼を駆動する手段と、フオワードストラツトを駆動する手段と、横揺れ角度を検出する垂直ジャイロと、船体の遠心力を検出する手段と、ヘルムと遠心力検出手段との各出力に応答して、ヘルム
の操縦出力に応じて船体が傾斜するように、かつ遠心力
が打ち消されるように、船尾翼駆動手段を制御する手段
と、垂直ジャイロと、遠心力検出手段との各出力に応答して
、船体が旋回するように、かつ船尾翼駆動手段が遠心力
を打ち消すように船尾の翼を駆動することによつて生じ
る船体の横揺れ角度の成分に対応したフオワードストラ
ツトの角度の変化を防いで、フオワードストラツト駆動
手段を制御する手段とを含むことを特徴とする水中翼船
の制御装置。