JPH07267178A

JPH07267178A - 水中翼付き船舶

Info

Publication number: JPH07267178A
Application number: JP6087397A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Nozaki; 豪朗野崎; Yasuo Noma; 康男野間
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】水中翼の迎角を航走条件に応じて適正に制御
する。【構成】波浪のために水中翼５が空中に露出すると水
中翼５の揚力が０となるので、これを検出して迎角を最
小値とし、一定時間後にあらかじめ設定されている迎角
値とするように水中翼５をコントローラ２５で制御す
る。【効果】水中への再突入時の衝撃がなくなり、突入後
の失速や翼背面に空気が長く残留することもなくなるの
で、水中翼の性能を低下させずに波浪中を航走すること
が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、船体と全水没式の水
中翼とで揚力を発生させて航走する水中翼付き船舶にお
ける水中翼の迎角制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中翼付き船舶において、水没している
水中翼で船体重量の一部を支える揚力を発生させて航走
する水中翼付き船舶は公知である。この場合、安定した
高速航走を実現するためには水中翼の揚力を適切に制御
することが必要であって、この揚力は水中翼の迎角を変
化させることによって調整される。

【０００３】しかし、水面の状態としては波の静かな状
態から波の荒い状態まであり、また加速時と減速時、乗
船者や積み荷の多少など、航走時の条件は一様ではな
く、従来のこの種の水中翼付き船舶では、種々の条件に
対応しながら水中翼の迎角を適正に制御することは困難
であった。このため、乗り心地が良くなかったり、速度
が制約されたりするという問題点があり、また波の高い
時には水中翼が破損する場合もあるなど、解決を要する
点が多々見受けられた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の水中翼付き船舶における問題点を解決し、船底
に備えた迎角可変の水中翼で船体重量の一部を支える揚
力を発生しながら航走する水中翼付き船舶において、水
中翼の迎角とそれに伴う揚力を種々の条件に応じて適正
に制御することを目的としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明では、水中翼で発生している揚力を検
出する揚力検出手段と、検出される揚力が０に近い一定
レベル以下の値になると迎角が調整可能範囲の最小値に
なるように水中翼を駆動すると共に、所定時間経過後に
あらかじめ定められている揚力目標値を設定する揚力設
定手段と、設定された揚力目標値に応じて水中翼を駆動
する水中翼駆動手段、とを備えている。

【０００６】また第２の発明では、水平面に対する船体
の前後方向の傾斜を検出するトリム角検出手段と、この
トリム角検出手段が設置された部分の上下方向の加速度
を検出する加速度検出手段と、船底前部に加わる水圧を
検出する水圧検出手段と、検出されるトリム角がトリム
角基準値以上になり、且つ検出される水圧が水圧基準値
以上になった場合に、検出される加速度の大きさに応じ
てトリム角を減少させる方向の補正を加えて揚力目標値
を設定する揚力設定手段と、設定された揚力目標値に応
じて水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを備えてい
る。

【０００７】また第３の発明では、水平面に対する船体
の前後方向の傾斜を検出するトリム角検出手段と、船体
の前後方向の加速度を検出する加速度検出手段と、検出
されるトリム角がトリム角基準値以上になり、且つ検出
される加速度が正の方向の加速度基準値以上になった場
合に、トリム角を減少させる方向の補正を加えて揚力目
標値を設定する揚力設定手段と、設定された揚力目標値
に応じて水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを備えて
いる。

【０００８】また第４の発明では、船体の前後方向の加
速度を検出する加速度検出手段と、検出される加速度が
負の方向の加速度基準値以上になった場合、あるいは推
進用機関が減速操作された場合に、迎角が調整可能範囲
の最小値になるように水中翼を駆動する水中翼駆動手
段、とを備えている。

【０００９】また第５の発明では、船体の前部及び後部
の上下方向の加速度を検出する加速度検出手段と、船体
のピッチング方向の角速度を検出する角速度検出手段
と、検出される前部と後部の加速度の差及び角速度の大
きさに応じて揚力を減少させる方向の補正値を加えて揚
力目標値を設定する揚力設定手段と、設定された揚力目
標値に応じて水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを備
えている。

【００１０】更に第６の発明では、水平面に対する船体
の前後方向の傾斜を検出するトリム角検出手段と、船体
の上下方向の加速度を検出する加速度検出手段と、検出
されるトリム角と加速度の大きさに応じて、トリム角の
変化が小さい時にはトリム角を所定の値に維持する姿勢
制御を主体とし、トリム角の変化が大きく、加速度の変
化が小さい時には水中翼の揚力制御を主体とし、トリム
角の変化と加速度の変化が共に大きい時には水中翼の迎
角制御を主体として迎角目標値をそれぞれ設定する迎角
設定手段と、設定された迎角目標値に応じて水中翼を駆
動する水中翼駆動手段、とを備えている。

【００１１】上記の各発明における揚力あるいは迎角目
標値は船体重量に応じて補正されることが望ましく、船
体重量は、例えば航走中に揚力目標値を周期的に変動さ
せ、その時の揚力振幅値と船体の上下方向の加速度振幅
値の比率から推定することができる。また、航走中に検
出される波浪に伴う水中翼の揚力変動値と船体前部の上
下方向の加速度変動値の比率から船体重量を推定するこ
ともできる。

【００１２】

【作用】第１の発明においては、水中翼が空中に露出し
て揚力が０になると迎角が最小値に駆動設定されるの
で、水中への再突入時に水中翼が大きな衝撃を受けるこ
とがなく、また突入後の失速が防止され、翼背面の残留
空気が速やかになくなり、水中翼の性能を低下させずに
波浪中を航走することが可能になる。

【００１３】第２の発明においては、波浪中でも船首が
波に乗り上げるような大きなピッチングが抑制されるの
で、水中翼の空中への露出が防止され、良好な乗り心地
が確保されると共に船速の低下が防止される。

【００１４】第３の発明においては、加速時に必要以上
に船首が上がることがなく、抵抗が小さくなって加速性
が向上される。

【００１５】第４の発明においては、減速時に迎角が最
小値に駆動設定されるので揚力が最小となり、船体がよ
り広い面積で着水して抵抗が大きくなり、速やかな減速
や停船が可能となる。

【００１６】第５の発明においては、船体のピッチング
が抑制されるので乗り心地が向上すると共に水中翼の性
能が確保される。

【００１７】第６の発明においては、検出されるトリム
角と加速度の大きさにより波の高さを推定することがで
き、波や船体の状態に応じて最適の制御が選択されるの
で、高速性と安定性を両立させることができる。

【００１８】請求項７及び８のようにして船体重量を推
定することにより、船体重量に応じた揚力制御が可能と
なり、乗り心地や高速性を良好に保つことができる。

【００１９】

【実施例１】次に、第１の発明の実施例について説明す
る。この実施例は、船底が深い位置にある前部船底と浅
い位置にある後部船底の二つの部分に段差によって区分
された形状となっており、後部船底の前方に水中翼を配
置した水中翼船の例であり、図１は実施例の水中翼船の
概略側面図、図２は水中翼とこれを支持しているリンク
機構の側面図である。

【００２０】図１において、１は船体、２は前部船底、
３は後部船底、４は段差であり、船底は段差４によって
深い位置にある前部船底２と浅い位置にある後部船底３
の二つの部分に区分された形状となっている。５は水中
翼、６はその支柱、７は段差４より後方の後部船底３の
前部に設けられたリンク機構であり、水中翼５はこのリ
ンク機構７を介して後部船底３に取り付けられ、前部船
底２の後端よりも深い位置の船体中心線上に配置されて
いる。Ｐは船体１の後部に設けられた推進機である。

【００２１】図２に示すように、リンク機構７は、後部
船底３に前後方向に回動可能に連結された第１のリンク
７１と、この第１のリンク７１よりも後方において後部
船底３に前後方向に回動可能に連結された第２のリンク
７２と、第１及び第２のリンク７１，７２の先端の間に
連結された第３のリンク７３から構成されている。この
ように、第１乃至第３のリンクと船底によって四辺形の
リンク機構が形成されているが、この実施例では、特に
リンク７１と７２がほぼ同じ長さでリンク７３が後部船
底３に対してほぼ平行となっており、且つリンク７３の
長さがリンク７１，７２の船底への連結部間の距離より
も短く、全体としては台形のリンク機構となっている。

【００２２】８は揚力制御用と揚力検出用を兼ねるアク
チュエータとして用いられる油圧シリンダであり、リン
ク７２の中間部と船底のリンク７１，７２の連結部の間
の部分との間に連結されている。６ａは後方に延長され
たリンク７３の後端に軸部７３ａで回動可能に取り付け
られた取付板であって、支柱６は使用時にリンク７３に
対して下向きに垂直に突出するような向きで取付板６ａ
に固定されており、取付板６ａとリンク７３との間にチ
ルト用のアクチュエータとして用いられる油圧シリンダ
９が連結されている。Ａ〜Ｆは各リンク及び油圧シリン
ダ８の相互間あるいは船底への連結部を示している。

【００２３】油圧シリンダ８，９はコントローラによっ
て制御される油圧で駆動されるようになっている。図２
には油圧シリンダ８の油圧回路を示してあり、１１は油
圧ポンプ、１２は切換電磁弁、１３ａ，１３ｂは配管、
１４はコントローラ、１５は油圧設定用のリリーフ弁、
１６は圧力センサである。なお図示していないが、油圧
シリンダ９についても油圧シリンダ８に準じた油圧回路
が設けられている。

【００２４】この実施例は次のように動作する。図２は
水中翼５を使用している時の状態を示したものであっ
て、油圧シリンダ８を作動させるとリンク７２が連結部
Ｄの回りを前後に回動し、リンク機構７の四辺形が変形
してリンク７３の水平度が変化するので、支柱６が垂直
の状態を中心として実線矢印のように前後方向に回動す
ることになり、水中翼５の迎角が変化して水中翼５によ
る揚力が制御されるのである。

【００２５】例えば、切換電磁弁１２が図示のようにａ
サイドに切り替わっている時には、配管１３ａから供給
される油圧を高めることによりシリンダ内部のピストン
が押し出され、支柱６が反時計方向に回動して水中翼５
の迎角が増加する。また切換電磁弁１２をｂサイドに切
り換えれば、配管１３ｂから供給される油圧によってピ
ストンが引き込まれるので、支柱６は時計方向に回動し
て水中翼５の迎角が減少することになる。

【００２６】また、油圧シリンダ９を作動させて取付板
６ａを後方に押すことにより、支柱６が取付板６ａと共
に鎖線矢印にように回動して水中翼５が船底の段差４内
に格納される。図２の鎖線はこの格納状態を示してい
る。

【００２７】上述のように、この実施例ではリンク機構
７と油圧シリンダ８，９が水流が当たらない船底の段差
４内に設けられており、航走時における抵抗増加や水中
翼５への空気の吸い込みなどがなく、水中翼の性能を十
分に発揮させることができるようになる。

【００２８】ところで、上述のようなリンク機構７を用
いた場合には、各リンクの長さや油圧シリンダ８の連結
位置などを適切に選定することにより、水中翼５によっ
て得られる揚力の検出と、その揚力を調整するための迎
角の制御の両方を油圧シリンダ８によって行うことが可
能となる。次に、この点について図３を用いて説明す
る。図３は図２を簡略化して描いたものであり、各部の
寸法を図示のようにａ〜ｉとし、船底３、水中翼５及び
リンク７３が水平軸（ｘ軸）に平行、支柱６が垂直軸
（ｙ軸）に平行になっているとして説明する。なお、水
中翼５の揚力中心Ｌ₀は前縁から１／４の位置にあって
支柱６はこの揚力中心に位置しており、Ｇは揚力中心か
ら垂線がリンク７３と交わる点である。

【００２９】ここで、図のように航走時における水流に
伴う抗力をＲ、揚力をＬとし、連結部Ａ，Ｂ，Ｅにかか
る力をそれぞれＦ_A，Ｆ_B及びＦ_B′，Ｆ_E、同各連結部で
のリンク及び油圧シリンダ８の傾斜角度を図のようにθ
_A，θ_B，θ_Eとすると、ｘ軸方向の力の釣合、ｙ軸方向
の力の釣合、Ｂ点回りのモーメントの釣合、Ｄ点回りの
モーメントの釣合は、それぞれ次の(1)式乃至(4)式で表
される。Ｆ_B′−Ｆ_Aｓｉｎθ_A＝Ｒ …… (1) Ｆ_B＋Ｆ_Aｃｏｓθ_A＝Ｌ …… (2) Ｒｈ＝Ｌｇ−Ｆ_Aｃｏｓθ_A・ａ …… (3) Ｆ_E・ｅ・ｃｏｓθ_E＝Ｆ_B・ｂ・ｓｉｎθ_B−Ｆ_B′・ｂ・ｃｏｓθ_B …… (4)

【００３０】次に抗力Ｒによる連結部Ｂでの反力Ｆ_B，
Ｆ_B′を求めるため、上記の(2)(3)式においてＬ＝０と
置いて次式を得る。Ｆ_B＝−Ｆ_Aｃｏｓθ_A …… (5) Ｆ_A＝−（ｈ／ａ・ｃｏｓθ_A）・Ｒ …… (6) (5)(6)式よりＦ_B＝（ｈ／ａ）・Ｒ …… (7) (1)式に(6)式を代入してＦ_B′＋（ｈ／ａ・ｃｏｓθ_A）・Ｒｓｉｎθ_A＝ＲＦ_B′＝〔１−（ｈ／ａ）ｔａｎθ_A〕・Ｒ …… (8) (7)(8)式を(4)式に代入するとＦ_E・ｅ・ｃｏｓθ_E＝（ｈ／ａ）・Ｒ・ｂ・ｓｉｎθ_B −〔１−（ｈ／ａ）ｔａｎθ_A〕・Ｒ・ｂ・ｃｏｓθ_B …… (9)

【００３１】ここで、ＲによってＦ_Eが発生しないよう
なリンク配置の条件を求めるために、Ｆ_E＝０と置いて
(9)式を変形すると、（ｈ／ａ）・Ｒ・ｂ・ｓｉｎθ_B −〔１−（ｈ／ａ）ｔａｎθ_A〕・Ｒ・ｂ・ｃｏｓθ_B＝０これからＲとｂを消去してａについてまとめると、次の
(10)式が求められる。ａ＝（ｔａｎθ_A＋ｔａｎθ_B）・ｈ …… (10)

【００３２】この(10)式は、水中翼５で発生する抗力Ｒ
が分離されて揚力Ｌのみにほぼ比例した反力が油圧シリ
ンダ８に加わること、すなわち、この時の油圧を測定す
れば揚力Ｌを検出できることを示している。従って、(1
0)式が成立するように各リンクの長さや油圧シリンダ８
の連結位置などを選定することによって、水中翼５によ
る揚力の検出とその揚力を制御するための迎角制御の両
方を１個の油圧シリンダ８で行うことが可能となるので
ある。なお、上記の説明は第３のリンク７３と水中翼５
が船底３に平行であるとしているが、±５゜程度以内で
あれば実用上は支障なく(10)式を適用することができ
る。

【００３３】上述の条件が満足されている場合の揚力Ｌ
による反力Ｆ_Eは、次のようにして求めることができ
る。まず(1)(3)式においてＲ＝０と置いて次式を作り、
(4)式に代入してＦ_EとＬの関係式を求める。 (1)式よりＦ_B′＝Ｆ_Aｓｉｎθ_A …… (11) (3)式よりＦ_A＝（ｇ／ｃｏｓθ_A・ａ）Ｌ …… (12) (11)(12)式よりＦ_B′＝（ｇ／ａ）ｔａｎθ_A・Ｌ …… (13) (2)(12)式よりＦ_B＝（１−ｇ／ａ）Ｌ …… (14) (13)(14)式を(4)式に代入するとＦ_E・ｅ・ｃｏｓθ_E＝（１−ｇ／ａ）Ｌ・ｂ・ｓｉｎθ_B −（ｇ／ａ）ｔａｎθ_A・Ｌ・ｂ・ｃｏｓθ_B …… (15) Ｆ_EについてまとめるとＦ_E＝Ｌ・ｂ・ｃｏｓθ_B〔（１−ｇ／ａ）ｔａｎθ_B −（ｇ／ａ）ｔａｎθ_A〕／ｅ・ｃｏｓθ_E …… (16)

【００３４】ここで、Ｌ・ｂ・ｃｏｓθ_B／ｅ・ｃｏｓ
θ_Eは正であるから、(16)式の右辺の〔〕内が正の場
合にＦ_EがＬに対して正となる。すなわち、（１−ｇ／ａ）ｔａｎθ_B−（ｇ／ａ）ｔａｎθ_A＞０この条件式を変形してｇ＜ａ・ｔａｎθ_B／（ｔａｎθ_B＋ｔａｎθ_A） …… (17)

【００３５】反力Ｆ_Eが揚力Ｌに対して正の値を持つと
いうことは、揚力が作用すると迎角を減少させる方向に
反力Ｆ_Eが生じ、油圧シリンダ８にはこれを押し縮める
方向の力が作用するということである。従って、この時
の配管１３ａ内の油圧を圧力センサ１６で測定すれば揚
力Ｌを検出することができると共に、リリーフ弁１５を
調整して圧力を維持し、あるいは圧力を変化させること
により、所定の迎角を維持し、あるいは迎角を変化させ
て揚力を制御することができる。

【００３６】この実施例は、リンク機構７を上記の(10)
式及び(17)式が成立するように構成し、油圧シリンダ８
による迎角制御と揚力検出を行うものであり、ここでは
次のような制御を実施している。

【００３７】図４はその制御手順を示したフローチャー
トであり、まず、ステップ１０１で切換電磁弁１２がＡ
サイドにある時の配管１３ａ内、すなわち揚力検出側の
油圧を圧力センサ１６で測定する。次に、検出された油
圧をステップ１０２でごく０に近い値にあらかじめ設定
してある基準値ｐ₀と比較し、基準値ｐ₀より小さければ
ステップ１０３で切換電磁弁１２をＢサイドに切り換え
る。そしてステップ１０４で所定の設定時間ｔ₀が経過
した後、切換電磁弁１２を再びＡサイドに切り換えるの
である。この設定時間ｔ₀は通常１〜２秒程度に設定さ
れる。

【００３８】図５は以上の手順における油圧と迎角の変
化状況及び切換電磁弁１２の切り換え状態を示したタイ
ムチャートである。時間Ｔは水中翼５が空中に露出した
期間であり、切換電磁弁１２の切り換えに応じて配管１
３ａ，１３ｂ内の圧力が変化し、一旦迎角が最低値まで
低下してｔ₀時間だけ維持された後、元の値にまで徐々
に戻っている。なお、破線は配管１３ｂの圧力を示して
いる。

【００３９】一般に、従来は水中翼の揚力を一定に維持
するように制御しており、水中翼が空中に露出して揚力
が０になると迎角が最大位置となるように制御されるた
め、水中への再突入時の衝撃が非常に大きくなる。ま
た、迎角が過大なために失速を起こしやすく、また翼背
面の空気がいつまでも残るため、水中翼の性能を十分に
発揮できなかった。これに対してこの実施例によれば、
水中翼の空中露出が検出されると水中翼の迎角を最小値
とするので、水中への再突入時の衝撃が緩和されると共
に突入後の失速が防止され、翼背面の残留空気が速やか
になくなる等の作用効果が得られ、水中翼の性能を低下
させずに波浪中を航走することが容易となるのである。

【００４０】なお、上記の実施例では水中翼５をリンク
機構７で支持してその迎角制御と揚力検出を同一の油圧
シリンダ８で行うようにしているが、本出願人が先に出
願した特願平５−３１６１１８号において開示したよう
な水中翼の支持構造や、迎角制御と揚力検出を別の手段
でそれぞれ行うようにした船舶においても、この発明を
適用できることは勿論である。

【００４１】

【実施例２】次に、第２の発明の実施例について説明す
る。図６において、２１は水平面に対する船体１の前後
方向の傾斜を検出するトリム角センサ、２２はこのトリ
ム角センサ２１と同じ位置に設置された部分の上下方向
の加速度を検出する加速度センサ、２３は船底前部に取
り付けられてここに加わる水圧を検出する水圧センサで
ある。なお、図６では船体１が船底に段差のある形状と
なっているが、この実施例以降の各実施例は段差のない
船底形状であっても差し支えない。５は水中翼、６はそ
の支柱であることは前記の実施例と同様であるが、ここ
では上記特願平５−３１６１１８号において開示した構
造の支持機構によって船体１に支持されており、迎角制
御と揚力検出を行う油圧シリンダ２４が支柱６の基部に
設けられている。

【００４２】２５はコントローラ、２６は油圧供給装
置、２７は水中翼格納用の油圧シリンダ、２８は油圧セ
ンサ、３１は推進用機関、３２は推進装置、３３は機関
速度切換操作部、３４は機関の回転センサ、３５は迎角
センサであるが、これらは一例であり、必要に応じて航
走や各種の制御に必要なその他の機器やセンサ類が適宜
設けられる。なお、機関速度切換操作部３３は、コント
ローラ２５からの指令あるいはマニュアル操作によって
機関自体の回転数を変え、あるいは減速機の減速比変更
やクラッチオンオフを行うように適宜構成されている。

【００４３】図７はこの実施例の制御手順を示したフロ
ーチャートである。まず、ステップ２０１でトリム角セ
ンサ２１の出力から航走トリム角θ_dを検出し、その平
均値を求める。加速度センサ２２としては上下方向及び
前後方向の加速度を検出できるものが使用されており、
ステップ２０２では上下方向の加速度α_xを検出してそ
の平均値を求め、ステップ２０３では前後方向の加速度
α_yを検出してその平均値を求め、これらの値からステ
ップ２０４でトリム角補正量φを算出する。なお、この
実施例ではより正確な制御のために上下方向及び前後方
向の加速度の両方を用いて補正量を求めている。

【００４４】次のステップ２０５では、上記の補正量φ
をあらかじめ設定されているトリム角基準値φ₀と比較
し、φ＞φ₀でなければφ＝０とし（ステップ２０
６）、φ＞φ₀であればステップ２０７に進む。ステッ
プ２０７では水圧センサ２３の出力から船底前部に加わ
る水圧ｐを検出し、ステップ２０８でこの水圧ｐをあら
かじめ設定されている水圧基準値ｐ₀と比較し、ｐ＞ｐ₀
でなければφ＝０とするステップ２０６に進み、ｐ＞ｐ
₀であればステップ２０９に進む。

【００４５】ステップ２０９では、ステップ２０１で求
めた航走トリム角θ_dの平均値からトリム角補正量φと
最適航走トリム角θ_optとを差し引いてトリム角変更値
Δθ_dを算出し、更に比例定数を乗じて揚力変更値ΔＬ
を求める。以後のステップ２１０では、現在の揚力目標
値Ｌから揚力変更値ΔＬを差し引いて新しい揚力目標値
Ｌを求め、機構的な制約から決まる最大及び最小の揚力
設定値Ｌ_max及びＬ_minの範囲内で最終目標値が設定され
る。これらの処理はコントローラ２５で行われ、この結
果に応じて油圧供給装置２６が制御され、油圧シリンダ
２４が駆動されて水中翼５の迎角が変更されるのであ
る。

【００４６】従来の制御のように水中翼の揚力を一定に
維持しようとすると、波浪中を航走していて波に乗り上
げた場合には船体前部の接水により船体前部の揚力が大
きくなり、水中翼の揚力との相乗作用で過度な船首上げ
モーメントが発生する。このため、乗り心地が悪くなる
ほか、波を乗り越えた後に船体が水面から飛び出して水
中翼が空中に露出してしまい、水中翼の機能が果たせな
くなる。

【００４７】これに対してこの実施例によれば、トリム
角と加速度及び船底前部の水圧から波浪の高さと船底が
波に乗り上げている状態が検出され、それに応じて水中
翼の迎角がトリム角を減少させる方向に補正される。従
って、船首が波に乗り上げるような大きなピッチングが
抑制されることになり、良好な乗り心地が確保されると
共に水中翼の空中への露出が防止されて水中翼の機能が
阻害されることがなくなり、波浪中での高速航走が容易
となるのである。なお、トリム角を減少させる方向に補
正すべき上記の条件が解消された時には補正処理は終了
する。

【００４８】

【実施例３】次に、第３の発明の実施例について説明す
る。この実施例は加速時の制御を適切に行うために上記
実施例２の制御の内容を若干変更したものであって、装
置の構成としては図６と同様であり、以下、図８のフロ
ーチャートにより制御の手順を説明する。なお、実施例
２と異なるもの以外には同じ記号を用いてあり、またこ
の実施例においてもより正確な制御のために上下方向及
び前後方向の加速度の両方を用いて補正を行っている。

【００４９】まず、ステップ３０１〜３０３では図７の
ステップ２０１〜２０３と同様に航走トリム角θ_d、上
下方向の加速度α_x及び前後方向の加速度α_yを検出し、
それらの平均値を求める。ステップ３０４では前後方向
の加速度α_yの平均値をあらかじめ設定されている正の
方向の加速度基準値α₀と比較し、平均値がα₀より大き
くなければφ＝０とし（ステップ３０５）、α₀より大
きければステップ３０６に進んでトリム角補正量φを算
出する。次のステップ３０９と３１０はステップ２０９
と２１０と同様であり、上記の手順で求めた各値から揚
力変更値ΔＬを求め、最終の揚力目標値Ｌが設定されて
水中翼５の迎角が変更される。

【００５０】以上のようにこの実施例によれば、前後方
向の加速度が基準値以上になると加速に伴う加速度に応
じてトリム角を減少させる方向の補正が行われるので、
トリム角センサ２１の出力をそのまま用いる場合と比較
して、加速に伴う加速度の影響を除いて加速時の揚力制
御をより適切に行うことができる。従って、加速時に必
要以上に船首が上がることがなくなり、船体が受ける抵
抗が小さくなって加速性が向上されるのである。

【００５１】

【実施例４】次に、第４の発明の実施例について説明す
る。この実施例は減速時の制御を適切に行うようにした
ものであって、装置の構成は図６と同様であり、また具
体的な油圧シリンダ２４の駆動用油圧回路としては、図
２の構成のものが用いられ、切換電磁弁１２の切り換え
操作によって水中翼５の迎角が変更されるようになって
いる。以下、図９のフローチャートにより制御の手順を
説明する。なお、図９の記号は実施例３と同じものを用
いてある。

【００５２】まずステップ４０１で前後方向の加速度α
_yを検出し、その平均値を求める。次いでステップ４０
２でα_yの平均値をあらかじめ設定されている加速度基
準値α₀と比較し、−α₀より小さい（すなわち負の方向
に大きい）状態でなければステップ４０３に、また−α
₀より小さい状態であればステップ４０４に進む。

【００５３】ステップ４０３では機関速度切換操作部３
３の状態から減速操作がなされたか否かが確認され、操
作されていればステップ４０４に、また操作されていな
ければステップ４０１に戻る。ステップ４０４および４
０５は図４のステップ１０３および１０４と同じ処理で
あり、ステップ４０４で切換電磁弁１２をｂサイドに切
り換え、ステップ４０５で所定の設定時間ｔ₀が経過し
た後、切換電磁弁１２を再びａサイドに切り換えるので
ある。

【００５４】一般に、水中翼船は水中翼の揚力によって
船体抵抗が小さい状態で航走しているので、急速な減速
や停船が困難であり、この点で危険な面がある。しかし
この実施例によれば、加速度が負の方向に大きくなる減
速時や、機関が減速操作された時に、切換電磁弁１２を
切り換えて水中翼の迎角を最小値としているので、喫水
を深くして船体の着水面積を広くすることができる。こ
のため、船体抵抗を高めて大きなブレーキ作用を発揮さ
せることが可能となり、速やかな減速や停船が容易とな
って安全性が向上されるのである。

【００５５】

【実施例５】次に、第５の発明の実施例について説明す
る。図１０はこの実施例で使用されるセンサの配置を示
したものであり、上下方向の加速度を検出する加速度セ
ンサ２２Ｆ及び２２Ｒを船体の前部と後部の中心線付近
にそれぞれ設け、また船体１のピッチング方向の角速度
を検出する角速度センサ３６を船体重心付近に設けてあ
る。その他は図６と同様であり、同一の部分は同じ符号
で示してある。以下、図１１のフローチャートにより制
御の手順を説明する。なお、前述の各実施例と異なるも
の以外は同じ記号を用いてある。

【００５６】まず、ステップ５０１〜５０３では前述の
実施例に準じた手順によって、前部及び後部の上下方向
の加速度α_F及びα_Rを検出し、またピッチング方向の角
速度ω_pを検出し、それぞれの平均値を求める。ステッ
プ５０４では、ステップ５０１と５０２で求めた平均値
の差を算出し、更に比例定数を乗じて加速度に基づく揚
力変更値ΔＬ₁を求め、またステップ５０５では、ステ
ップ５０３で求めた平均値に比例定数を乗じてピッチン
グ方向の角速度に基づく揚力変更値ΔＬ₂を求める。以
後のステップ５０６では、平水時の揚力目標値Ｌ₀から
上記の揚力変更値ΔＬ₁及びΔＬ₂を差し引いて新しい揚
力目標値Ｌを求め、図７のステップ２１０に準じて機構
的に決まる最大及び最小の揚力設定値の範囲内で最終目
標値が設定され、この結果に基づいて水中翼５の迎角が
変更されるのである。

【００５７】上述のような手順によって、この実施例で
は迎角が船体のピッチングを抑制する方向に制御される
ので、波浪中でも船体の動揺が少なくなる。従って、水
中翼の性能を十分に発揮しながら最適航走姿勢を維持し
て波浪中を航走することができ、また良好な乗り心地も
確保されるのである。

【００５８】

【実施例６】次に、第６の発明の実施例について説明す
る。一般に、船体滑走面と水中翼の両方で揚力を発生し
て船体重量を支持する方式の水中翼船では、波の状態に
よって船の運動が大きく影響される。このため、通常の
水中翼船で行われているような船体の姿勢を制御する制
御方式では、波の大きい場合には過大な迎角変化を生
じ、水中翼の抵抗増加や極端な場合は失速が発生し、水
中翼船としての性能を確保することが困難となる。この
実施例では、このような問題を次のようにして解決して
いる。構成は図６と同様でよく、センサとしてはトリム
角センサ２１、加速度センサ２２、回転センサ３４及び
迎角センサ３５が使用される。

【００５９】図１２は制御手順のブロック図であり、以
下これについて説明する。なお、これまでの説明におけ
るものと同一のものは同じ符号で示してある。コントロ
ーラ２５の演算回路Ａには、機関回転数ｎに比例定数ｋ
₃を乗じて求めた推定船速ｖ、トリム角θ_d、検出された
上下方向の加速度を数Ｈｚのローパスフィルタを通して
平滑化した加速度ａｙ、水中翼の揚力Ｌ′及び迎角δが
入力され、次のような値が求められる。

【００６０】まず、上記の加速度ａｙとトリム角θ_dを
基にして、図１３に示すようにθ_dが平均値より大きい
区間の時間をＴ_u、その区間におけるａｙの最大幅をａ
_p-pとして波の最大傾斜角Ｗ_maxに比例する値Ｔ_u・ａ
_p-p を求める。次にこの値の大きさに応じて、図１４に
示す配分により姿勢制御時の姿勢偏差に対する迎角操作
量δ₂と、揚力制御時の揚力偏差に対する迎角操作量δ₃
の比率Ｊ₂／Ｊ₃ を演算回路Ｂで求める。但し、Ｊ₂＋
Ｊ₃＝１とする。また、トリム角の検出出力の最大値θ
_dmaxに応じて、図１４に示す配分により上記の姿勢制御
あるいは揚力制御時のそれぞれの偏差に対する迎角操作
量(Ｊ₂δ₂＋Ｊ₃δ₃)と、迎角制御時の迎角操作量δ₁の
比率Ｊ₄／Ｊ₁ を演算回路Ｂで求める。但し、Ｊ₄＋Ｊ₁
＝１とする。

【００６１】以上の演算結果を、迎角目標値の式 δ＝
Ｊ₄(Ｊ₂δ₂＋Ｊ₃δ₃)＋Ｊ₁δ₁に代入して迎角目標値を
設定し、この値になるように水中翼５の迎角を制御する
のである。なお上記の処理に際しては、６０秒程度でＴ
_u，ａ_p-p，Ｗ_maxを平均化した値が用いられる。図１５
は以上の処理手順を示したものであり、図中のＣ₁，Ｃ₃
は定数、Ｇ₁は水中翼の迎角と揚力の間の伝達関数、Ｇ₂
は水中翼揚力と船体前後方向傾斜角の間の伝達関数であ
る。

【００６２】なお、演算回路Ａで求められる姿勢制御の
目標値θ_d0、揚力目標値Ｌ及びＣ₃と船速ｖとの間に
は、図１６の(a)(b)(c)に示すような関係があり、船速
ｖに応じて選定される。また、上記のδ₂，δ₃は、δ₂
＝Ｃ₁（θ_d0−θ_d）、δ₃＝Ｃ₃（Ｌ−Ｌ′）の関係式か
ら求められ、これらの式の係数Ｃ₁，Ｃ₃は後述の手順に
よって船体の重量に応じて選定されるのであり、船体重
量によって式のゲインが変えられる。また、迎角制御の
目標値δ₁は前述した手順によって決定される。

【００６３】以上のように、この実施例においては検出
されるトリム角と加速度の大きさから船体の動揺状態に
応じて波の高さを推定して制御を切り換えている。従っ
て、波が穏やかな時には姿勢制御を主体として安定した
速力で航走でき、うねりがある時のようにピッチングが
ある時には水中翼の揚力制御を主体として船体の動揺を
抑え、更に三角波のように波の傾斜が大きくピッチング
も大きい時には、水中翼の迎角を直接制御して水中翼が
空中に飛び出すようなことを防止しながら航走すること
ができ、最適の制御を選択して高速性と安定性を両立さ
せることが可能となるのである。

【００６４】

【実施例７】次に、請求項７に対応する実施例について
説明する。上述の説明でも触れたように、揚力あるいは
迎角の制御に際しては制御のゲインを船体、特にその船
首部の重量に応じて変更することが望ましく、乗り心地
の改善や航走性能の向上に有効である。この実施例では
航走中に揚力目標値を正弦波状に変動させ、その時の船
体の上下方向の加速度の大きさから船体重量を推定して
おり、以下、図１７のフローチャートにより制御手順を
説明する。なお、この実施例のように正弦波状に変動さ
せず、他の周期的変動を採用することもできる。

【００６５】ステップ７０１では揚力目標値Ｌを正弦波
状に変動させる。これは、例えば図２のリリーフ弁１５
の設定値を変動させることによって、その時の揚力目標
値に対応する圧力を中心にして周波数ｆ₀（角速度ω₀＝
２πｆ₀）、揚力変動の振幅がＬ_aとなるように行われる
のであり、通常航走時の設定揚力に相当する油圧に比例
する一定電圧に正弦波発生器の出力電圧を加えて得られ
る電圧信号を電磁弁式リリーフ弁に送ることによって行
う。

【００６６】次のステップ７０２では図６の油圧センサ
２８で揚力に比例した油圧ｐを検出し、これに比例する
電圧ｅ_pに変換して変動周波数ｆ₀のバンドパスフィルタ
を通し、変動分の電圧Δｅ_pを求めた後、その平均値を
算出する。またステップ７０３では、図６の加速度セン
サ２２で加速度α_yを検出し、これに比例する電圧ｅα
に変換して変動周波数ｆ₀のバンドパスフィルタを通
し、変動分の電圧Δｅαを求めた後、その平均値を算出
する。

【００６７】次のステップ７０４では、上記の変動分の
平均値の比に比例定数を乗じて新しい制御定数ｋ₁を求
め、制御定数をこの新しいｋ₁に変更すると共に、揚力
目標値の変動を終了する。この制御定数ｋ₁は図１１に
おけるステップ５０４の比例定数ｋ₁と同じものであっ
て、定数ｋ₁が船体重量に応じて変更されて制御ゲイン
は船体重量が重くなるほど増加するように変化する。従
って、実施例５における揚力制御が船体重量に応じて行
われるようになり、乗り心地が改善されると共に航走性
能も向上されるのである。なお、船体重量は加速度の大
きさのみでも算出できるが、より精度の良い制御を行う
ためにこの実施例では船底に加わる水圧も利用してい
る。

【００６８】なお、このような制御動作は常時行う必要
はなく、一定船速以上に加速して定常航走に移ったのを
確認した後に、数秒間行う等の方法で実施すればよいの
であり、必要に応じてマニュアル操作で行ってもよい
し、自動的に実施されるようにしておいてもよい。

【００６９】

【実施例８】この実施例は請求項８に対応するもので、
船体重量に応じた制御ゲインの変更を上記とは異なる方
法で行っている。図１８はその制御手順のフローチャー
トである。

【００７０】まず、ステップ８０１では迎角検出値δの
単位時間内の変動幅（ピーク〜ピーク値）δ_p-pを求
め、これをあらかじめ設定された比較値Ｂ₁と比較し、
変動幅が大きければ次のステップ８０２に進む。上記の
単位時間は船体の応答周期以上の時間、例えば１秒が選
定される。船体には水中翼の揚力のほかに波による力も
加わるが、波による力は測定が容易ではないので、ステ
ップ８０２では、上記と同じ時間内の水圧検出値ｐの変
化分（最小値ｐ_minとの差ｐ−ｐ_min）Δｐを求め、そ
の積算値ΣΔｐをあらかじめ設定された比較値Ｂ₂と比
較し、変動幅がこれよりも小さいこと、すなわち波の影
響が十分に小さいことが確認されると次のステップ８０
３に進む。

【００７１】ステップ８０３では同じ時間内の迎角Ｌの
変化分（最小値との差）ΔＬを算出して積算し、次のス
テップ８０４で同じ時間内の上下方向の加速度ａ_yから
高周波分を除去した値ａｚを求め、その変化分（最小値
との差）Δａｚを算出して積算する。次のステップ８０
５では、上記の変動分の積算値の比に比例定数Ｋを乗じ
て新しい制御定数ｋ₁を求め、制御定数をこの新しいｋ₁
に変更する。これにより制御ゲインが船体重量に応じて
変化し、揚力制御が船体重量に応じて行われるのであ
る。

【００７２】なお、推進装置には障害物が当たった時に
障害物に押されて後方に回動できるようなチルト機構が
一般に備えられている。従って、水中翼やその支柱に障
害物が当たった時の衝撃を図６の加速度センサ２２で検
出した時に、例えば、機関速度切換操作部３３を作動さ
せてクラッチをオフするようにしておけば、プロペラが
停止して水流の圧力で推進装置３２が後方に自動的にチ
ルトするので、推進装置３３が障害物に触れることを防
止できる。この場合には、上記の加速度センサ２２とは
別の加速度センサを支柱６の取付部など、衝撃を検出し
やすい位置に設けてもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第１の
発明は、水中翼で発生している揚力が０になると迎角値
を最小値に駆動設定するので、水中翼が空中に露出して
から水中に再突入する時に水中翼が大きな衝撃を受ける
ことがなくなる。従って、突入後の失速が防止されると
共に、翼背面の残留空気が速やかになくなり、水中翼の
性能を十分に発揮させながら波浪中を航走することが可
能となる。

【００７４】第２の発明においては、検出される加速度
とトリム角及び水圧に応じてトリム角を減少させるよう
な補正を行うので、水中翼が空中に露出することが少な
くなり、良好な乗り心地で高速航走することが可能とな
る。

【００７５】第３の発明においては、加速中であること
を加速度の大きさから検出し、トリム角を減少させるよ
うな補正を行うので、加速時に船首が上がり過ぎること
がなくなり、加速性が向上される。

【００７６】第４の発明においては、減速中であること
が負の加速度の大きさから検出され、あるいは機関の減
速操作が行われた場合に、迎角値を最小値に駆動設定す
るので、船体の着水面積が大きくなって抵抗が増加し、
減速や停船が速やかに行われるようになって安全性が向
上する。

【００７７】第５の発明においては、船体のピッチング
状態に応じて揺れを抑える方向に揚力が制御されるの
で、乗り心地が向上すると共に水中翼の性能を確保する
ことができる。

【００７８】第６の発明においては、検出されるトリム
角と加速度の大きさによって波の大きさを推定し、波の
高さとそれによる船体の揺れの状態に応じて最適の制御
を選択するようにしたので、高速性を確保しながら安定
性の良い航走が可能となる。

【００７９】また、これらの発明において船体重量、特
に船首部の重量を推定して揚力目標値を補正することに
より、船体重量に応じた適切な揚力制御が可能となり、
乗り心地や高速性を良好に保って航走することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例の全体の概略側面図であ
る。

【図２】同実施例の水中翼支持機構の構成を示す図であ
る。

【図３】同実施例の動作説明図である。

【図４】同実施例の制御手順のフローチャートである。

【図５】同実施例の動作を示すタイムチャートである。

【図６】第２の発明の一実施例の全体の概略側面図であ
る。

【図７】同実施例の制御手順のフローチャートである。

【図８】第３の発明の一実施例の制御手順のフローチャ
ートである。

【図９】第４の発明の一実施例の制御手順のフローチャ
ートである。

【図１０】第５の発明の一実施例の全体の概略側面図で
ある。

【図１１】同実施例の制御手順のフローチャートであ
る。

【図１２】第６の発明の一実施例の制御手順のブロック
図である。

【図１３】同実施例の動作説明図である。

【図１４】同じく同実施例の動作説明図である。

【図１５】同実施例の制御手順のフローチャートであ
る。

【図１６】同実施例の動作説明図である。

【図１７】他の実施例の制御手順のフローチャートであ
る。

【図１８】同じく他の実施例の制御手順のフローチャー
トである。

【符号の説明】１船体５水中翼８，２４油圧シリンダ１４，２５コントローラ１５リリーフ弁１６，２８油圧センサ２１トリム角センサ２２，２２Ｆ，２２Ｒ加速度センサ２３水圧センサ３３機関速度切換操作部３４回転センサ３５迎角センサ３６角速度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】船底に迎角可変の水中翼を備え、この水
中翼で船体重量の一部を支える揚力を発生しながら航走
する水中翼付き船舶であって、水中翼で発生している揚
力を検出する揚力検出手段と、検出される揚力が０に近
い一定レベル以下の値になると迎角が調整可能範囲の最
小値になるように水中翼を駆動し、所定時間経過後にあ
らかじめ設定されている揚力目標値に応じて水中翼を駆
動する水中翼駆動手段、とを備えたことを特徴とする水
中翼付き船舶。
【請求項２】船底に迎角可変の水中翼を備え、この水
中翼で船体重量の一部を支える揚力を発生しながら航走
する水中翼付き船舶であって、水平面に対する船体の前
後方向の傾斜を検出するトリム角検出手段と、このトリ
ム角検出手段が設置された部分の上下方向の加速度を検
出する加速度検出手段と、船底前部に加わる水圧を検出
する水圧検出手段と、検出されるトリム角がトリム角基
準値以上になり、且つ検出される水圧が水圧基準値以上
になった場合に、検出される加速度の大きさに応じてト
リム角を減少させる方向の補正を加えて揚力目標値を設
定する揚力設定手段と、設定された揚力目標値に応じて
水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを備えたことを特
徴とする水中翼付き船舶。
【請求項３】船底に迎角可変の水中翼を備え、この水中
翼で船体重量の一部を支える揚力を発生しながら航走す
る水中翼付き船舶であって、水平面に対する船体の前後
方向の傾斜を検出するトリム角検出手段と、船体の前後
方向の加速度を検出する加速度検出手段と、検出される
トリム角がトリム角基準値以上になり、且つ検出される
加速度が正の方向の加速度基準値以上になった場合に、
トリム角を減少させる方向の補正を加えて揚力目標値を
設定する揚力設定手段と、設定された揚力目標値に応じ
て水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを備えたことを
特徴とする水中翼付き船舶。
【請求項４】船底に迎角可変の水中翼を備え、この水中
翼で船体重量の一部を支える揚力を発生しながら航走す
る水中翼付き船舶であって、船体の前後方向の加速度を
検出する加速度検出手段と、検出される加速度が負の方
向の加速度基準値以上になった場合、あるいは推進用機
関が減速操作された場合に、迎角が調整可能範囲の最小
値になるように水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを
備えたことを特徴とする水中翼付き船舶。
【請求項５】船底に迎角可変の水中翼を備え、この水中
翼で船体重量の一部を支える揚力を発生しながら航走す
る水中翼付き船舶であって、船体の前部及び後部の上下
方向の加速度を検出する加速度検出手段と、船体のピッ
チング方向の角速度を検出する角速度検出手段と、検出
される前部と後部の加速度の差及び角速度の大きさに応
じて揚力を減少させる方向の補正値を加えて揚力目標値
を設定する揚力設定手段と、設定された揚力目標値に応
じて水中翼を駆動する水中翼駆動手段、とを備えたこと
を特徴とする水中翼付き船舶。
【請求項６】船底に迎角可変の水中翼を備え、この水中
翼で船体重量の一部を支える揚力を発生しながら航走す
る水中翼付き船舶であって、水平面に対する船体の前後
方向の傾斜を検出するトリム角検出手段と、船体の上下
方向の加速度を検出する加速度検出手段と、検出される
トリム角と加速度の大きさに応じて、トリム角の変化が
小さい時にはトリム角を所定の値に維持する姿勢制御を
主体とし、トリム角の変化が大きく、加速度の変化が小
さい時には水中翼の揚力制御を主体とし、またトリム角
の変化と加速度の変化が共に大きい時には水中翼の迎角
制御を主体として迎角目標値をそれぞれ設定する迎角設
定手段と、設定された迎角目標値に応じて水中翼を駆動
する水中翼駆動手段、とを備えたことを特徴とする水中
翼付き船舶。
【請求項７】航走中に揚力目標値を周期的に変動させ
て、その時の水中翼の揚力振幅の検出値と船体の上下方
向の加速度振幅値の比率から船体重量を推定し、推定さ
れる船体重量に応じた補正値を加えて揚力目標値を設定
するようにした請求項１乃至６のいずれかに記載の水中
翼付き船舶。
【請求項８】航走中に検出される水中翼の揚力変動分と
船体前部の上下方向の加速度変動分の比率から船体重量
を推定し、推定される船体重量に応じた補正値を加えて
揚力目標値を設定するようにした請求項１乃至６のいず
れかに記載の水中翼付き船舶。