JPH0749277B2 - 重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇 - Google Patents
重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇Info
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- JPH0749277B2 JPH0749277B2 JP60161760A JP16176085A JPH0749277B2 JP H0749277 B2 JPH0749277 B2 JP H0749277B2 JP 60161760 A JP60161760 A JP 60161760A JP 16176085 A JP16176085 A JP 16176085A JP H0749277 B2 JPH0749277 B2 JP H0749277B2
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- 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
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/16—Control of attitude or depth by direct use of propellers or jets
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- 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
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/18—Control of attitude or depth by hydrofoils
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- 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
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/22—Adjustment of buoyancy by water ballasting; Emptying equipment for ballast tanks
-
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- 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
- B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
- B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は重心、浮力調整による姿勢制御により急速な潜
降浮上を可能にした潜水艇に関するものである。
降浮上を可能にした潜水艇に関するものである。
（従来の技術） 近年、海洋開発の進展にともない海洋調査を行なう潜水
艇の役割も大きくなってきている。潜水艇は大別すると
母船による手厚い支援を受ける有索のものと、独立して
動き得る無索のものとがある。これらのそれぞれに有人
のものと無人のものとがある。いずれの潜水艇において
も垂直方向の移動はバラストタンク内の空気量の変化に
より行ない、水平方向の移動は電動モータ等の回転駆動
装置によるスクリュー駆動が一般的である。
艇の役割も大きくなってきている。潜水艇は大別すると
母船による手厚い支援を受ける有索のものと、独立して
動き得る無索のものとがある。これらのそれぞれに有人
のものと無人のものとがある。いずれの潜水艇において
も垂直方向の移動はバラストタンク内の空気量の変化に
より行ない、水平方向の移動は電動モータ等の回転駆動
装置によるスクリュー駆動が一般的である。
（発明が解決しようとする問題点） ところがこのような従来の潜水艇において、潜降、浮上
はその姿勢をほとんど直立に保ったままなされていた。
これは有人の潜水艇の場合には内部の乗員のために必要
となるが、無人の潜水艇においても水平移動の際の安定
性を高めるため常時艇体を一定姿勢に保つ構造となって
いたためである。しかしながら潜水艇は一般に最もエネ
ルギーを大きく消費する水平移動の際に抵抗が小さいよ
うな形状となっており垂直移動の際にはかなり抵抗が大
きいものが多いため潜降、浮上の速度は毎秒1m程度しか
得られなかった。このため例えば水深6000mの大洋海底
で潜水艇を作業させる時には艇の潜降、浮上に合計３時
間以上もの時間を要し、海底での作業時間を１時間程度
とするとこの時間はあまりにも大きく、潜水艇を用いた
海洋調査が思うようにはかどらない原因となっていた。
はその姿勢をほとんど直立に保ったままなされていた。
これは有人の潜水艇の場合には内部の乗員のために必要
となるが、無人の潜水艇においても水平移動の際の安定
性を高めるため常時艇体を一定姿勢に保つ構造となって
いたためである。しかしながら潜水艇は一般に最もエネ
ルギーを大きく消費する水平移動の際に抵抗が小さいよ
うな形状となっており垂直移動の際にはかなり抵抗が大
きいものが多いため潜降、浮上の速度は毎秒1m程度しか
得られなかった。このため例えば水深6000mの大洋海底
で潜水艇を作業させる時には艇の潜降、浮上に合計３時
間以上もの時間を要し、海底での作業時間を１時間程度
とするとこの時間はあまりにも大きく、潜水艇を用いた
海洋調査が思うようにはかどらない原因となっていた。
（問題点を解決するための手段） 本発明の目的はこのような従来の潜水艇における問題点
を解決し、急速な潜降浮上を可能にした潜水艇を得るこ
とである。
を解決し、急速な潜降浮上を可能にした潜水艇を得るこ
とである。
本発明は艇体と該艇体後部に設けた垂直尾翼と、該艇体
後部に回動可能に取り付けた水平尾翼と、艇体の後部に
設けた推進器と、該艇体の浮力を調節する固定浮力材に
よる浮力調節装置とを具備したグライダー型潜水艇にお
いて、艇体中央部及び艇体側部を実質的に偏平な翼形断
面形状とし、重心の調節或は浮心調節により該艇体の姿
勢を制御する姿勢制御装置を具え、前記姿勢制御装置は
可変浮力材を前記艇体の前後および／または左右に移動
させる機構、バラスト等の重量物を前記艇体の前後およ
び／または左右に移動させるバラスト移動装置、或は艇
体船首を前後にスライドさせる艇体船首移動装置の何れ
かより選択されたものの何れか１つ又はその組合せであ
って、艇の重心移動と浮心調節とにより艇体の姿勢を制
御することにより傾斜滑走することが出来るよう構成し
たことを特徴とする重心・浮力調整による艇姿勢の制御
を用いたグライダー型潜水艇を提供するにらある 本発明の更に他の特徴とする所は艇体中央部及び艇体側
部を実質的に偏平な翼形断面形状とし、艇体中央部にそ
れぞれ耐圧殻又は耐圧容器に収容された姿勢制御装置
と、ジャイロ装置と、測深器と可変浮力材とを設けると
共に、艇体両側部に固定浮力材とを設け、ジャイロ装置
により傾斜等の姿勢変化を検出した信号と、測深器によ
り測定した水深検出値とを制御装置に入力し、これらの
信号に基づいて水平尾翼、垂直尾翼及び可変浮力材とを
自動操作制御し、重心及び浮心を可変するよう構成した
機構を具備するグライダー型潜水艇を提供し深海学術探
査に供しようとするものである。
後部に回動可能に取り付けた水平尾翼と、艇体の後部に
設けた推進器と、該艇体の浮力を調節する固定浮力材に
よる浮力調節装置とを具備したグライダー型潜水艇にお
いて、艇体中央部及び艇体側部を実質的に偏平な翼形断
面形状とし、重心の調節或は浮心調節により該艇体の姿
勢を制御する姿勢制御装置を具え、前記姿勢制御装置は
可変浮力材を前記艇体の前後および／または左右に移動
させる機構、バラスト等の重量物を前記艇体の前後およ
び／または左右に移動させるバラスト移動装置、或は艇
体船首を前後にスライドさせる艇体船首移動装置の何れ
かより選択されたものの何れか１つ又はその組合せであ
って、艇の重心移動と浮心調節とにより艇体の姿勢を制
御することにより傾斜滑走することが出来るよう構成し
たことを特徴とする重心・浮力調整による艇姿勢の制御
を用いたグライダー型潜水艇を提供するにらある 本発明の更に他の特徴とする所は艇体中央部及び艇体側
部を実質的に偏平な翼形断面形状とし、艇体中央部にそ
れぞれ耐圧殻又は耐圧容器に収容された姿勢制御装置
と、ジャイロ装置と、測深器と可変浮力材とを設けると
共に、艇体両側部に固定浮力材とを設け、ジャイロ装置
により傾斜等の姿勢変化を検出した信号と、測深器によ
り測定した水深検出値とを制御装置に入力し、これらの
信号に基づいて水平尾翼、垂直尾翼及び可変浮力材とを
自動操作制御し、重心及び浮心を可変するよう構成した
機構を具備するグライダー型潜水艇を提供し深海学術探
査に供しようとするものである。
（作 用） 本発明のグライダー型潜水艇において、艇体の重心移動
による姿勢制御装置と、浮力調節による艇体の姿勢制御
装置とを具備しているので、艇体の全部を偏平な翼形断
面形状としても、潜水艇の姿勢を前後左右方向に自由に
変化させることができ、垂直移動、傾斜滑走移動のそれ
ぞれに最も移動抵抗の小さい姿勢をとらせることがで
き、急速な垂直又は傾斜して潜降又は浮上が可能とな
る。
による姿勢制御装置と、浮力調節による艇体の姿勢制御
装置とを具備しているので、艇体の全部を偏平な翼形断
面形状としても、潜水艇の姿勢を前後左右方向に自由に
変化させることができ、垂直移動、傾斜滑走移動のそれ
ぞれに最も移動抵抗の小さい姿勢をとらせることがで
き、急速な垂直又は傾斜して潜降又は浮上が可能とな
る。
（実施例） 第１図、第２図はそれぞれ本発明によるグライダー型潜
水艇の艇体を翼とした外形の平面図及び側面図である。
潜水艇の艇体１は艇体中央部２と艇体側部３とから成
り、比較的平坦な形状に形成する。艇体１の後方側部に
は後述する水平尾翼アクチュエータ28,29によりその角
度を可変させ得る水平尾翼4,5を設け、艇体１の後部上
下面にはそれぞれ後述する垂直尾翼アクチュエータ26,2
7によりその角度を可変させ得る垂直尾翼6,7を設け、艇
体１の後端には推進器８を設ける。次に第３図，第４図
を参照にしてこの潜水艇内の装置を説明する。姿勢制御
装置９は耐圧殻9A内に収容され、潜水艇の自動操作制御
およびマニピュレータの自動操作制御を行なう。なお図
中の他の円形で示した部材も全て耐圧殻内に収容したも
のを示している。ジャイロ装置10は艇体の傾斜等の姿勢
変化を検出し、この情報を姿勢制御装置９に入力する。
姿勢制御装置９はこのジャイロ装置10からの信号に基づ
いて水平尾翼4,5、垂直尾翼6,7を制御して艇の姿勢を自
動制御する。なおこのジャイロ装置10もまた耐圧容器10
A中に格納する。11は艇体中央部先端に設けられた照明
装置で艇体下方を照らすように配設する。超音波通信装
置（トランスポンダ）12は母船からの信号音を受けて応
答信号を出す装置であり、この装置により潜水艇の母船
に対する位置が計測でき、海底に設置された他のトラン
スポンダを介して母船に送られる同様な信号により、潜
水調査艇の海底に対する位置が検出できる。これらの情
報は母船より潜水艇に連絡通信され、この情報は姿勢制
御装置９に送られ潜水艇の自動操縦のために用いられ
る。13は通常のスチール写真をとるためのスチールカメ
ラ、14はテレビカメラを示す。測深器15は水深を測定
し、この検出値は姿勢制御装置９に入力する。可変バラ
スト16は水又は水銀を収容したプラスチックボール状の
ものでありこの重心位置を可変させられるようになって
いる。可変浮力材17は浮心位置を可変させ得るようにし
たものである。油圧装置18は艇内の油圧作動機器に油圧
を供給するためのものである。上下スラスタ19は垂直通
路内に電動モータにより駆動するようにしたスクリュー
を設けたものであり、艇体１の上方または下方へ水流を
噴出し艇の姿勢変更および垂直移動をおこなわせる。マ
ニュピュレータ室20,21内には海底の資源の採集等に用
いるマニュピュレータが設置してあり、マニュピレータ
の使用時にはマニュピュレータ室20,21は開倣する。
水艇の艇体を翼とした外形の平面図及び側面図である。
潜水艇の艇体１は艇体中央部２と艇体側部３とから成
り、比較的平坦な形状に形成する。艇体１の後方側部に
は後述する水平尾翼アクチュエータ28,29によりその角
度を可変させ得る水平尾翼4,5を設け、艇体１の後部上
下面にはそれぞれ後述する垂直尾翼アクチュエータ26,2
7によりその角度を可変させ得る垂直尾翼6,7を設け、艇
体１の後端には推進器８を設ける。次に第３図，第４図
を参照にしてこの潜水艇内の装置を説明する。姿勢制御
装置９は耐圧殻9A内に収容され、潜水艇の自動操作制御
およびマニピュレータの自動操作制御を行なう。なお図
中の他の円形で示した部材も全て耐圧殻内に収容したも
のを示している。ジャイロ装置10は艇体の傾斜等の姿勢
変化を検出し、この情報を姿勢制御装置９に入力する。
姿勢制御装置９はこのジャイロ装置10からの信号に基づ
いて水平尾翼4,5、垂直尾翼6,7を制御して艇の姿勢を自
動制御する。なおこのジャイロ装置10もまた耐圧容器10
A中に格納する。11は艇体中央部先端に設けられた照明
装置で艇体下方を照らすように配設する。超音波通信装
置（トランスポンダ）12は母船からの信号音を受けて応
答信号を出す装置であり、この装置により潜水艇の母船
に対する位置が計測でき、海底に設置された他のトラン
スポンダを介して母船に送られる同様な信号により、潜
水調査艇の海底に対する位置が検出できる。これらの情
報は母船より潜水艇に連絡通信され、この情報は姿勢制
御装置９に送られ潜水艇の自動操縦のために用いられ
る。13は通常のスチール写真をとるためのスチールカメ
ラ、14はテレビカメラを示す。測深器15は水深を測定
し、この検出値は姿勢制御装置９に入力する。可変バラ
スト16は水又は水銀を収容したプラスチックボール状の
ものでありこの重心位置を可変させられるようになって
いる。可変浮力材17は浮心位置を可変させ得るようにし
たものである。油圧装置18は艇内の油圧作動機器に油圧
を供給するためのものである。上下スラスタ19は垂直通
路内に電動モータにより駆動するようにしたスクリュー
を設けたものであり、艇体１の上方または下方へ水流を
噴出し艇の姿勢変更および垂直移動をおこなわせる。マ
ニュピュレータ室20,21内には海底の資源の採集等に用
いるマニュピュレータが設置してあり、マニュピレータ
の使用時にはマニュピュレータ室20,21は開倣する。
艇体側部の大部分を占める固定浮力材22,23は、空気入
りガラス球又は空気入りプラスチック球を樹脂で固めた
ブロック材などの水より軽い材質より成っており艇に大
きな浮力を与える。固定浮力材の下方には電池24,25を
格納する。垂直尾翼アクチュエータ26,27は艇体中央部
の尾部の上下に垂直に設けた垂直尾翼6,7を左右に傾動
制御する。水平尾翼アクチュエータ28,29は艇体側部の
左右にそれぞれ水平に突設した水平尾翼4,5を上下に回
動制御させるものであり、制御装置の指令により艇体１
の姿勢制御を行うものである。スラスタモータ30は通常
電動モータを利用し回転軸31の先端に取付けたスクリュ
ー32の回転により艇体１の後方へ水流を噴出する。この
スラスタモータ30はスラスタ方向アクチュエータ33によ
りその回転軸31の方向を変えることができ、これにより
水流の噴出方向を変え操舵機能をおこなわせることがで
きる。艇体１の後部には右舷移動バラストチャンバ34と
左舷移動バラストチャンバ35とを設け、艇体１の前部に
は船首バラストチャンバ36を設ける。これらのバラスト
チャンバは内部に水および空気を収容し、バラスト移動
装置37,38,39により内部の水および空気を相互に移動さ
せることにより艇の重心位置又は浮力中心位置を変化さ
せ艇の姿勢を可変させることができる。なお、これらの
バラストチャンバは内部の水を増減させることにより艇
の潜降又は浮上させるがバラストチャンバ内の水の量が
多くなる潜降時には重心位置を可変させ、またバラスト
チャンバ内の水の量が少なくなる浮上時には浮力体とし
て浮心位置を可変させるように作動する。
りガラス球又は空気入りプラスチック球を樹脂で固めた
ブロック材などの水より軽い材質より成っており艇に大
きな浮力を与える。固定浮力材の下方には電池24,25を
格納する。垂直尾翼アクチュエータ26,27は艇体中央部
の尾部の上下に垂直に設けた垂直尾翼6,7を左右に傾動
制御する。水平尾翼アクチュエータ28,29は艇体側部の
左右にそれぞれ水平に突設した水平尾翼4,5を上下に回
動制御させるものであり、制御装置の指令により艇体１
の姿勢制御を行うものである。スラスタモータ30は通常
電動モータを利用し回転軸31の先端に取付けたスクリュ
ー32の回転により艇体１の後方へ水流を噴出する。この
スラスタモータ30はスラスタ方向アクチュエータ33によ
りその回転軸31の方向を変えることができ、これにより
水流の噴出方向を変え操舵機能をおこなわせることがで
きる。艇体１の後部には右舷移動バラストチャンバ34と
左舷移動バラストチャンバ35とを設け、艇体１の前部に
は船首バラストチャンバ36を設ける。これらのバラスト
チャンバは内部に水および空気を収容し、バラスト移動
装置37,38,39により内部の水および空気を相互に移動さ
せることにより艇の重心位置又は浮力中心位置を変化さ
せ艇の姿勢を可変させることができる。なお、これらの
バラストチャンバは内部の水を増減させることにより艇
の潜降又は浮上させるがバラストチャンバ内の水の量が
多くなる潜降時には重心位置を可変させ、またバラスト
チャンバ内の水の量が少なくなる浮上時には浮力体とし
て浮心位置を可変させるように作動する。
なお、この第３図、第４図中において円で囲んだ部分は
耐圧殻を示し、他の部分は水漬けとなってもよい部分で
ある。このように耐圧殻中に収容したものと水漬けのも
のとを分けた理由は次の通りである。水中で前、後進、
旋回を行うとき、重力と浮力とがつり合った状態にする
が耐圧殻をよほど軽くしないかぎり耐圧殻に作用する浮
力より重力のほうが大きくなってしまう。そこでこの潜
水艇では図の円で囲んだ耐圧殻の中に配置する機器は最
小限とし、他のほとんどの機器は耐圧殻の外に出し、耐
圧殻の軽量小型化をはかっている。耐圧殻外に置かれた
機器はごく一部を耐圧容器に入れ、そのほかは油につけ
てある。この油に水圧が加わって外水圧とつねに均り合
うようにすれば、重量のふえる耐圧構造にする必要がな
いからである。マニュピュレータ室20,21は水中操作器
具を装備しているので当然に水漬けとなる。以上の第１
〜４図に示すものは無人無索で母船と交信できるように
して母船上より自動操縦により6000m位の深海の海底を
探査するものと想定している。
耐圧殻を示し、他の部分は水漬けとなってもよい部分で
ある。このように耐圧殻中に収容したものと水漬けのも
のとを分けた理由は次の通りである。水中で前、後進、
旋回を行うとき、重力と浮力とがつり合った状態にする
が耐圧殻をよほど軽くしないかぎり耐圧殻に作用する浮
力より重力のほうが大きくなってしまう。そこでこの潜
水艇では図の円で囲んだ耐圧殻の中に配置する機器は最
小限とし、他のほとんどの機器は耐圧殻の外に出し、耐
圧殻の軽量小型化をはかっている。耐圧殻外に置かれた
機器はごく一部を耐圧容器に入れ、そのほかは油につけ
てある。この油に水圧が加わって外水圧とつねに均り合
うようにすれば、重量のふえる耐圧構造にする必要がな
いからである。マニュピュレータ室20,21は水中操作器
具を装備しているので当然に水漬けとなる。以上の第１
〜４図に示すものは無人無索で母船と交信できるように
して母船上より自動操縦により6000m位の深海の海底を
探査するものと想定している。
次にこの潜水艇の作用を説明する。まずこの潜水艇の各
部に作用する力の関係を第５図を参照して説明する。第
５図は本発明の潜水艇を模式化して示したものであり、
翼型の艇体と取付け角可変の水平尾翼を有する艇を示し
ている。なお説明を簡単にするために艇体は上下対称と
し、重心位置、浮心位置は対称線上に置き、水平尾翼は
その空力中心に回転し得るものとし、この回転モーメン
トは無視できるくらい小さいものとする。各部の記号は
以下の通りである。
部に作用する力の関係を第５図を参照して説明する。第
５図は本発明の潜水艇を模式化して示したものであり、
翼型の艇体と取付け角可変の水平尾翼を有する艇を示し
ている。なお説明を簡単にするために艇体は上下対称と
し、重心位置、浮心位置は対称線上に置き、水平尾翼は
その空力中心に回転し得るものとし、この回転モーメン
トは無視できるくらい小さいものとする。各部の記号は
以下の通りである。
記号 L:艇体部に作用する揚力 D:〃 〃 抗力 Lt:補助翼に作用する揚力 Dt:〃 〃 抗力 W:重量 l:艇の長さ V:航行速度 γ：艇の潜降角度 α：仰角 η：補助翼の取付け角 hol:艇の前端から艇体の空力中心までの距離 hl :〃 艇の重心までの距離 hbl:〃 浮心までの距離 htl:〃 補助翼の空力中心までの距離 Mc:艇体部に作用するモーメント これらの記号を用いて潜水艇の定常航行時の各部に作用
する力の関係を式で表わすと次式のようになる。
する力の関係を式で表わすと次式のようになる。
（Ｌ＋Lt）sinγ−（Ｄ＋Dt）cosγ＝０ （１） （Ｌ＋Lt）cosγ＋（Ｄ＋Dt）sinγ＋（Ｂ−Ｗ）＝０
（２） （Lcosα＋Dsinα）（ｈ−ho）ｌ＋Mc −（hb−ｈ）l Bcos（γ−α） −（Ltcosα＋Dt sinα）（ht−ｈ）ｌ＝０ （３） 上式において艇体重量、浮力、重心位置、浮心位置を固
定した場合には未知量は潜降角度、仰角、水平尾翼取付
け角、航行速度である。例えば航行速度を既知なものと
して与えれば（１）〜（３）式を解くことにより他の未
知量を決定することができる。この場合浮心位置と重心
位置とが固定されているので静止時の姿勢は一定とな
り、姿勢の変化は航行時の水平翼の取付けの制御によっ
てなされることになる。
（２） （Lcosα＋Dsinα）（ｈ−ho）ｌ＋Mc −（hb−ｈ）l Bcos（γ−α） −（Ltcosα＋Dt sinα）（ht−ｈ）ｌ＝０ （３） 上式において艇体重量、浮力、重心位置、浮心位置を固
定した場合には未知量は潜降角度、仰角、水平尾翼取付
け角、航行速度である。例えば航行速度を既知なものと
して与えれば（１）〜（３）式を解くことにより他の未
知量を決定することができる。この場合浮心位置と重心
位置とが固定されているので静止時の姿勢は一定とな
り、姿勢の変化は航行時の水平翼の取付けの制御によっ
てなされることになる。
次に潜降または浮上と同時に重心位置を移動させた場合
を考える。潜降時に一定量のバラストΔＷをｈ′ｌの位
置に加え、浮上時にこのΔＷのバラストを投棄させると
すると（２）式における重量Ｗは潜降時Ｗ＋ΔＷ、浮上
時Ｗと置けば良い。また潜降時と浮上時とが同じ条件と
する場合Ｖを一定とし潜降時のγ，α，ηをそれぞれ浮
上時には−γ，−α，−ηとすればよく、また揚力とモ
ーメントも潜降時のL,Lt,Mcが浮上時には−L,−Lt,−Mc
となる。潜降時を基準に考えた場合、浮上時にｈ′ｌの
位置からΔＷのバラストを投棄すると重量が軽くなり浮
力が生ずると同時に重心位置が移動する。この時生ずる
モーメントは（ｈ−ｈ′）ｌΔWcos（γ−α）となり、
浮上時にはこれを（３）式の左辺に加えることになる。
ｈ′はΔＷが与えられると定めることができ、潜降時に
艇を下方に引張る力と浮上時に艇を上方に引っ張る力と
を同じにした場合には ΔＷ＝２（Ｂ−Ｗ） となり ｈ′＝ｈ＋２（ｈ−hb）B/ΔＷとなる。
を考える。潜降時に一定量のバラストΔＷをｈ′ｌの位
置に加え、浮上時にこのΔＷのバラストを投棄させると
すると（２）式における重量Ｗは潜降時Ｗ＋ΔＷ、浮上
時Ｗと置けば良い。また潜降時と浮上時とが同じ条件と
する場合Ｖを一定とし潜降時のγ，α，ηをそれぞれ浮
上時には−γ，−α，−ηとすればよく、また揚力とモ
ーメントも潜降時のL,Lt,Mcが浮上時には−L,−Lt,−Mc
となる。潜降時を基準に考えた場合、浮上時にｈ′ｌの
位置からΔＷのバラストを投棄すると重量が軽くなり浮
力が生ずると同時に重心位置が移動する。この時生ずる
モーメントは（ｈ−ｈ′）ｌΔWcos（γ−α）となり、
浮上時にはこれを（３）式の左辺に加えることになる。
ｈ′はΔＷが与えられると定めることができ、潜降時に
艇を下方に引張る力と浮上時に艇を上方に引っ張る力と
を同じにした場合には ΔＷ＝２（Ｂ−Ｗ） となり ｈ′＝ｈ＋２（ｈ−hb）B/ΔＷとなる。
以上のことから重心位置を一定とし、水平尾翼の取付け
角変化により艇の姿勢変更を行うようにした場合にはあ
る程度の速度がなければ姿勢変更ができず、またその角
度もあまり大きくすることはできないが、重心位置を移
動させるようにした場合には、重心位置の変化によりモ
ーメントが生ずるためほとんど静止に近い状態からでも
姿勢変更ができ、その角度も大きくすることができるこ
とである。なお（１）〜（３）式は静的な力のつり合い
式であるが、慣性力を考慮した場合の運動方程式を次に
示す。潮流を無視した場合の潜水艇の左右対称な２次元
運動方程式は（１）〜（３）式と同様の過程の基で
（６）〜（８）式のように書くことができる。ただし、
ここでは重心の位置を艇の中心線上ではなく、その下方
blの位置にあるものとする。
角変化により艇の姿勢変更を行うようにした場合にはあ
る程度の速度がなければ姿勢変更ができず、またその角
度もあまり大きくすることはできないが、重心位置を移
動させるようにした場合には、重心位置の変化によりモ
ーメントが生ずるためほとんど静止に近い状態からでも
姿勢変更ができ、その角度も大きくすることができるこ
とである。なお（１）〜（３）式は静的な力のつり合い
式であるが、慣性力を考慮した場合の運動方程式を次に
示す。潮流を無視した場合の潜水艇の左右対称な２次元
運動方程式は（１）〜（３）式と同様の過程の基で
（６）〜（８）式のように書くことができる。ただし、
ここでは重心の位置を艇の中心線上ではなく、その下方
blの位置にあるものとする。
ｍ｛du/dt＋bldq/dt＋wq−hlq2｝＝Ｘ （６） ｍ｛dw/dt−hldq/dt−uq−blq2｝＝Ｚ （７） ｛Iy＋ｍ（hl）２＋ｍ（bl）２｝dq/dt＋ｍ｛bldu/dt −hldw/dt｝＋ｍ｛hluq＋blwq｝＝Ｍ （８） ここで記号は以下の通りである。
u:艇の長手方向への移動速度 w:艇の上下方向への 〃 q:艇のピッチング角速度 m:艇の質量 Iy:艇のピッチング慣性モーメント X:艇の長手方向に作用する力 Z:艇の上下方向に作用する力 M:艇の水平横手軸まわりに作用するモーメント bl:艇の重心の艇の中心線下の距離 t:時間 艇の重心位置（hl,bl）を変えることにより、運動方程
式（６）〜（８）を変えることができる。また（mld2h/
dt2,mld2b/dt2）は、重心を急速に移動したことによる
慣性力であるが、これをダランベールの原理に基づいて
（６），（７）およびそれによる慣性モーメント（８）
式の左辺に外力として加え、急速な重心移動の効果を表
わすことができる。特に（８）式のピッチング運動を主
として支配する方程式では加速度d2h/dt2を大きくする
ことにより重心移動の効果を大きくすることができる。
すなわち重心位置を速く変化させることにより姿勢変更
も速く行なうことができる。
式（６）〜（８）を変えることができる。また（mld2h/
dt2,mld2b/dt2）は、重心を急速に移動したことによる
慣性力であるが、これをダランベールの原理に基づいて
（６），（７）およびそれによる慣性モーメント（８）
式の左辺に外力として加え、急速な重心移動の効果を表
わすことができる。特に（８）式のピッチング運動を主
として支配する方程式では加速度d2h/dt2を大きくする
ことにより重心移動の効果を大きくすることができる。
すなわち重心位置を速く変化させることにより姿勢変更
も速く行なうことができる。
第3,4図に示した実施例では３個のバラストチャンバ34,
35,36内の水および空気を相互に移動させることにより
重心位置又は浮心位置を移動させることができ、これに
よりほとんど静止状態に近い状態から容易かつ確実に急
角度の姿勢変更を行なうことができ、潜降、浮上に際し
最も水中抵抗の少ない部分を潜降または浮上方向に向く
ように潜水艇の姿勢変更を行なうことができるので、急
潜降、急浮上を行なうこができる。尚姿勢変更に際して
は水平尾翼4,5の角度制御、推進器８の角度制御、およ
び上下スラスタ19の制御を同時に行うようにすればさら
に迅速な姿勢制御を行なうことができる。
35,36内の水および空気を相互に移動させることにより
重心位置又は浮心位置を移動させることができ、これに
よりほとんど静止状態に近い状態から容易かつ確実に急
角度の姿勢変更を行なうことができ、潜降、浮上に際し
最も水中抵抗の少ない部分を潜降または浮上方向に向く
ように潜水艇の姿勢変更を行なうことができるので、急
潜降、急浮上を行なうこができる。尚姿勢変更に際して
は水平尾翼4,5の角度制御、推進器８の角度制御、およ
び上下スラスタ19の制御を同時に行うようにすればさら
に迅速な姿勢制御を行なうことができる。
この潜水艇の水平移動時にはスクリュー推進による他に
偏平な翼形断面形状の艇体を利用して充分な揚力が生じ
るように適切な角度を保って艇体を浮上および潜降させ
ることにより少ないエネルギー消費量で長距離の水平移
動をさせるこができこれにより広範囲な海洋調査を行う
ことができる。
偏平な翼形断面形状の艇体を利用して充分な揚力が生じ
るように適切な角度を保って艇体を浮上および潜降させ
ることにより少ないエネルギー消費量で長距離の水平移
動をさせるこができこれにより広範囲な海洋調査を行う
ことができる。
なお、この第3,4図に示した実施例において姿勢の変更
を上下スラスタ19のみにより行なうことも可能であり、
また可変浮力材17により浮心位置を可変させることによ
り、または可変バラスト16により重心位置を可変させる
ことにより行なうことも可能である。
を上下スラスタ19のみにより行なうことも可能であり、
また可変浮力材17により浮心位置を可変させることによ
り、または可変バラスト16により重心位置を可変させる
ことにより行なうことも可能である。
次に第6,7図を参照して本発明の他の実施例を詳述す
る。この実施例では重心移動の他の手段として艇体中央
部前端2aを艇体中央部２と別体とし、移動装置40により
突出および後退させることにより重心移動を行なうよう
にしたものであり、他の構成は前述の実施例と同様であ
る。この実施例においても前述の実施例と同様の作用効
果を得ることが可能である。
る。この実施例では重心移動の他の手段として艇体中央
部前端2aを艇体中央部２と別体とし、移動装置40により
突出および後退させることにより重心移動を行なうよう
にしたものであり、他の構成は前述の実施例と同様であ
る。この実施例においても前述の実施例と同様の作用効
果を得ることが可能である。
（効 果） 以上詳述したように本発明のグライダー型潜水艇は艇体
の全部を偏平な翼形断面形状とするとともに、重心調節
による姿勢制御装置と浮心調節による姿勢制御装置を具
える構成としたため、垂直移動の際には姿勢制御装置に
より最も水中抵抗の少ない方向が進行方向となるように
姿勢を制御することができるので潜降、浮上の際の速度
が増加し潜降、浮上に要する時間を短縮することがで
き、また水平移動の際には艇体の偏平な翼形断面部分を
利用して充分な揚力が生じるように適切な角度を保って
艇体を浮上および潜降させることにより少ないエネルギ
ー消費量で長距離の水平移動ができ、海洋調査の調査時
間の短縮および調査範囲の拡大に寄与する所大である。
の全部を偏平な翼形断面形状とするとともに、重心調節
による姿勢制御装置と浮心調節による姿勢制御装置を具
える構成としたため、垂直移動の際には姿勢制御装置に
より最も水中抵抗の少ない方向が進行方向となるように
姿勢を制御することができるので潜降、浮上の際の速度
が増加し潜降、浮上に要する時間を短縮することがで
き、また水平移動の際には艇体の偏平な翼形断面部分を
利用して充分な揚力が生じるように適切な角度を保って
艇体を浮上および潜降させることにより少ないエネルギ
ー消費量で長距離の水平移動ができ、海洋調査の調査時
間の短縮および調査範囲の拡大に寄与する所大である。
第１図は本発明のグライダー型潜水艇の一実施例を示す
平面図、 第２図は第１図の潜水艇の側面図、 第３図は第1,2図の潜水艇に搭載されている装備の一例
を示す平面透視図、 第４図は第３図の潜水艇の側面透視図、 第５図は本発明の潜水艇の水中航行時に使用する力の関
係を示す図、 第６図は本発明の他の実施例の平面透視図、 第７図は第６図の潜水艇の側面透視図である。 １……艇体、２……艇体中央部 ３……艇体側部、4,5……水平尾翼 6,7……垂直尾翼、８……推進器 ９……姿勢制御装置、10……ジャイロ装置 11……照明、12……超音波通信装置 13……スチールカメラ、14……テレビカメラ 15……測深器、16……可変バラスト 17……可変浮力材、18……油圧装置 19……上下スラスタ 20,21……マニュピュレータ室 22,23……固定浮力材、24,25……電池 26,27……垂直尾翼アクチュエータ 28,29……水平尾翼アクチュエータ 30……スラスタモータ、31……回転軸 32……スクリュー 33……スラスタアクチュエータ 34……右舷移動バラストチャンバ 35……左舷移動バラストチャンバ 36……船首バラストチャンバ 37,38,39……バラスト移動装置 40……艇体船首移動装置
平面図、 第２図は第１図の潜水艇の側面図、 第３図は第1,2図の潜水艇に搭載されている装備の一例
を示す平面透視図、 第４図は第３図の潜水艇の側面透視図、 第５図は本発明の潜水艇の水中航行時に使用する力の関
係を示す図、 第６図は本発明の他の実施例の平面透視図、 第７図は第６図の潜水艇の側面透視図である。 １……艇体、２……艇体中央部 ３……艇体側部、4,5……水平尾翼 6,7……垂直尾翼、８……推進器 ９……姿勢制御装置、10……ジャイロ装置 11……照明、12……超音波通信装置 13……スチールカメラ、14……テレビカメラ 15……測深器、16……可変バラスト 17……可変浮力材、18……油圧装置 19……上下スラスタ 20,21……マニュピュレータ室 22,23……固定浮力材、24,25……電池 26,27……垂直尾翼アクチュエータ 28,29……水平尾翼アクチュエータ 30……スラスタモータ、31……回転軸 32……スクリュー 33……スラスタアクチュエータ 34……右舷移動バラストチャンバ 35……左舷移動バラストチャンバ 36……船首バラストチャンバ 37,38,39……バラスト移動装置 40……艇体船首移動装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 友田 好文 東京都文京区本郷４丁目20番１号401 (72)発明者 浅田 敏 東京都新宿区下落合３丁目13番12号 (56)参考文献 特開 昭56−47395（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−101793（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭43−29389（ＪＰ，Ｙ１)
Claims (3)
- 【請求項１】艇体１と該艇体後部に設けた垂直尾翼6,7
と、該艇体後部に回動可能に取り付けた水平尾翼4,5
と、艇体の後部に設けた推進器８と、該艇体の浮力を調
節する固定浮力材22,23による浮力調節装置とを具備し
たグライダー型潜水艇において、艇体中央部２及び艇体
側部３を実質的に偏平な翼形断面形状とし、重心の調節
或は浮心調節により該艇体の姿勢を制御する姿勢制御装
置９を具え、前記姿勢制御装置９は可変浮力材17を前記
艇体の前後および／または左右に移動させる機構、バラ
スト等の重量物を前記艇体の前後および／または左右に
移動させるバラスト移動装置37,38,39、或は艇体船首を
前後にスライドさせる艇体船首移動装置40の何れかより
選択されたものの何れか１つ又はその組合せであって、
艇の重心移動と浮心調節とにより艇体の姿勢を制御する
ことにより傾斜滑走することが出来るよう構成したこと
を特徴とする重心・浮力調整による艇姿勢の制御を用い
たグライダー型潜水艇。 - 【請求項２】艇体中央部及び艇体側部を実質的に偏平な
翼形断面形状とし、艇体中央部にそれぞれ耐圧殻又は耐
圧容器に収容された姿勢制御装置９と、ジャイロ装置10
と、測深器15と可変浮力材17とを設けると共に、艇体両
側部に固定浮力材22,23とを設け、ジャイロ装置により
傾斜等の姿勢変化を検出した信号と、測深器により測定
した水深検出値とを制御装置に入力し、これらの信号に
基づいて水平尾翼4,5、垂直尾翼6,7及び可変浮力材17と
を自動操作制御し、重心及び浮心を可変するよう構成し
た機構を具備することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のグライダー型潜水艇。 - 【請求項３】艇体本体１の上下に水流を噴出する上下ス
ラスタ19を具備する特許請求の範囲第１項および第２項
の何れかに記載のグライダー型潜水艇。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60161760A JPH0749277B2 (ja) | 1985-07-24 | 1985-07-24 | 重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60161760A JPH0749277B2 (ja) | 1985-07-24 | 1985-07-24 | 重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6223895A JPS6223895A (ja) | 1987-01-31 |
| JPH0749277B2 true JPH0749277B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=15741371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60161760A Expired - Lifetime JPH0749277B2 (ja) | 1985-07-24 | 1985-07-24 | 重力・浮力調整による艇姿勢の制御を用いたグライダ−型潜水艇 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0749277B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6343068B1 (ja) * | 2017-05-15 | 2018-06-13 | 石井 昭良 | 海中輸送機 |
| KR102155454B1 (ko) * | 2019-06-28 | 2020-09-11 | 충남대학교산학협력단 | 공압 밸브 조절 알고리즘을 이용한 잠수함의 잠항 시 자세 제어 시뮬레이션 방법 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100328866B1 (ko) | 1999-07-02 | 2002-03-20 | 유현식 | 미세유동법을 사용한 스티렌계 중합체의 제조방법 |
| US7131389B1 (en) | 2004-01-22 | 2006-11-07 | Graham Hawkes | Submersible |
| CN100357155C (zh) * | 2005-06-16 | 2007-12-26 | 上海交通大学 | 浮力和推进器双驱动方式远程自治水下机器人 |
| JP2007276609A (ja) * | 2006-04-06 | 2007-10-25 | Osaka Prefecture Univ | 水中グライダー |
| CN100384693C (zh) * | 2006-07-04 | 2008-04-30 | 浙江大学 | 水下滑翔探测器 |
| JP5504499B2 (ja) * | 2010-04-27 | 2014-05-28 | 公立大学法人大阪府立大学 | ソーラー水中グライダー及びその潜航方法 |
| CN102152844B (zh) * | 2011-03-15 | 2014-07-23 | 高广学 | 一种高速冲浪潜水艇 |
| CN103895846B (zh) * | 2014-03-08 | 2016-08-17 | 哈尔滨工程大学 | 一种用于飞翼式水下滑翔机的姿态控制装置及控制方法 |
| CN106394835B (zh) * | 2016-10-28 | 2021-01-26 | 重庆交通大学 | 水下检测机器人 |
| CN107310701B (zh) * | 2017-06-19 | 2023-06-20 | 浙江大学 | 一种水下滑翔机纵横姿态综合调节装置 |
| CN110696574A (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-17 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种可切换航行姿态的旋翼海空两栖机器人 |
| CN108791779A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-11-13 | 武汉交通职业学院 | 一种仿生水下滑翔机器人控制系统及控制方法 |
| TWI673206B (zh) * | 2018-09-27 | 2019-10-01 | National Taiwan University Of Science And Technology | 水中載具重心調整裝置 |
| CN109466728A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-15 | 上海海洋大学 | 应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统 |
| CN110775234A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-11 | 西北工业大学 | 一种仿生扑翼水下滑翔器构型 |
| CN111516839B (zh) * | 2020-05-26 | 2021-01-29 | 中国船舶科学研究中心 | 一种水下滑翔器综合调节机构 |
| CN112660347B (zh) * | 2020-11-02 | 2022-08-05 | 杭州电子科技大学 | 一种节能式水下滑翔机 |
| AU2021203577A1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-12-15 | UAM Tec Pty Ltd | A bladder system for a submersible |
| CN114275128B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-01-03 | 哈尔滨工程大学 | 一种特殊浮力均衡装置辅助auv艏部坐底的结构与方法 |
| CN114771786B (zh) * | 2022-05-11 | 2024-05-07 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种无动力深海无人运载器 |
| CN115092344B (zh) * | 2022-07-14 | 2024-03-19 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 用于大深度水下机器人姿态调整的配重与压铁布局方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4329389Y1 (ja) * | 1964-09-19 | 1968-12-03 | ||
| DE2045252A1 (de) * | 1970-09-12 | 1971-12-02 | Ver Flugtechnische Werke | Unterwasserfahrzeug |
| JPS5647395A (en) * | 1979-09-21 | 1981-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Automatic course holding apparatus for underwater navigation body |
-
1985
- 1985-07-24 JP JP60161760A patent/JPH0749277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6343068B1 (ja) * | 2017-05-15 | 2018-06-13 | 石井 昭良 | 海中輸送機 |
| JP2018192850A (ja) * | 2017-05-15 | 2018-12-06 | 石井 昭良 | 海中輸送機 |
| KR102155454B1 (ko) * | 2019-06-28 | 2020-09-11 | 충남대학교산학협력단 | 공압 밸브 조절 알고리즘을 이용한 잠수함의 잠항 시 자세 제어 시뮬레이션 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6223895A (ja) | 1987-01-31 |
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|---|---|---|---|
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