JPH11321786A - 揺動式推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 推進抵抗の増加や推進性能の低下を招くこと
なく、推進方向の変更や姿勢の制御を良好に行い得るよ
うにした静かな揺動式推進装置を提供する。 【解決手段】 水中航走体１の内部に設けられた複数の
動力機構３と、水中航走体１の内部より水密に且つ回動
自在に水中航走体１の外部に突出して前記各動力機構３
により個別に往復揺動される複数の揺動軸４と、該各揺
動軸４に基端部８が固着され且つ該基端部８側から先端
部１４側に至るに従い剛性が低くなるようにした可撓性
を有する複数の揺動フィン５とを備えて揺動式推進装置
を構成し、揺動フィン５を揺動軸４を介し往復揺動させ
て推進力を得ると共に、水中航走体１の推進方向の変更
と姿勢制御を行い得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中航走体を推進
させる揺動式推進装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、水中航走体に適用される推進
装置としては、モータ等によりプロペラを水中で回転さ
せて推進力を得る方式のものが採用されており、その推
進方向の変更や姿勢制御を舵により行うようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、舵を用
いることは、水中航走体の推進方向の変更や姿勢を制御
するのには有効な手段ではあるが、舵が推進抵抗を増加
させたり、舵の後流がプロペラの推進性能を悪くした
り、或いはプロペラの回転が舵の性能を悪くしたり、ノ
イズを増加させたりする等の問題があった。

【０００４】本発明は、このような問題を同時に解決
し、推進抵抗の増加や推進性能の低下を招くことなく、
推進方向の変更や姿勢の制御を良好に行い得るようにし
た静かな揺動式推進装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、水中航走体の
内部に設けられた複数の動力機構と、前記水中航走体の
内部より水密に且つ回動自在に水中航走体の外部に突出
して前記各動力機構により個別に往復揺動される複数の
揺動軸と、該各揺動軸に基端部が固着され且つ該基端部
側から先端部側に至るに従い剛性が低くなるようにした
可撓性を有する複数の揺動フィンとを備えたことを特徴
とする揺動式推進装置、に係るものである。

【０００６】而して、各揺動フィンを水中航走体の内部
の各動力機構により揺動軸を介して往復揺動すると、前
記各揺動フィンの往復揺動によりノイズを生ずることな
く静かに推進力が得られ、該各複数の揺動フィンの往復
揺動を選択的に変更することにより、水中航走体の推進
方向や姿勢を制御することが可能になる。

【０００７】また、本発明においては、水中航走体の中
心軸線に対し直交する方向の軸線上に、対で揺動軸を設
けることが好ましく、このようにすれば、対にした揺動
フィンを交互に逆向きに揺動せしめることにより、推進
方向に対し直交する方向に生じる分力を相殺して振動の
ないバランスのとれた推進力が得られる。

【０００８】更には、水中航走体の中心軸線に対し直交
する方向で且つ互いに直交する二つの軸線上に、それぞ
れ対で揺動軸を設けると良く、このようにすれば、前述
と同様に、対にした揺動フィンを交互に逆向きに揺動せ
しめることにより、推進方向に対し直交する方向に生じ
る分力を相殺して振動のないバランスのとれた推進力が
得られると共に、上下左右のバランスが安定した推進力
が得られ、しかも、対にした揺動フィンの一方を左右の
舵取りに使用して他方で推進力を得るようにしたり、或
いは、対にした揺動フィンの他方を深度の変更に使用し
て一方で推進力を得るようにしたりすることも可能とな
り、水中航走体の推進方向や姿勢を制御することが一層
容易となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
に基づいて説明する。

【００１０】図１は本発明の揺動式推進装置を実施する
形態の一例を示す斜視図であって、図示する水中航走体
１の内部には、水中航走体１の中心軸線２を挟んで対称
的に複数の動力機構３が設けられており、各動力機構３
により個別に往復揺動される複数の揺動軸４が水中航走
体１の内部から水中航走体１の外部に突出していて、各
揺動軸４の水中航走体１外部に突出している先端部に
は、それぞれ揺動フィン５の基端部が固着されている。

【００１１】図２は前述した動力機構３及び揺動軸４に
ついての詳細を模式的に示した拡大図であり、図示する
水中航走体１は部分的な断面で示されており、上側が水
中航走体１の内部、下側が水中航走体１外部の水（海）
中を表している。

【００１２】以下に詳述する動力機構３により往復揺動
される揺動軸４は、例えば軸受６及びＯリング７により
水密に且つ回動自在に水中航走体１外部に突出してお
り、前述した如く、その水中航走体１の外部に突出して
いる先端部には、揺動フィン５の基端部８が固着されて
いる。

【００１３】この揺動フィン５は、バネ材、ゴム材、プ
ラスチック材等の可撓性を有する材料により、その基端
部８側が厚く且つ先端部１４側に向け次第に薄くなるよ
うに製作されており、基端部８側の剛性が高く、該基端
部８側から先端部１４側に至るに従い剛性が低くなるよ
うにしてある（図３参照）。

【００１４】また、図２に示す動力機構３は、水中航走
体１の内部の適宜位置に支持されている一対のソレノイ
ド９と、該各ソレノイド９に対し電磁力により伸縮し得
るよう収容され且つその先端部が前記揺動軸４に中間部
を固着されているレバー１１の両端部にピン連結されて
いる一対の操作ロッド１０とにより構成されており、該
各操作ロッド１０を交互に伸縮することによりレバー１
１を介し揺動軸４を往復揺動させるようにしているが、
動力機構３としては、サーボモータを減速機構を介し揺
動軸４に接続して該揺動軸４を往復揺動させるようにし
たものであってもよい。

【００１５】尚、水中航走体１の内部には、電源装置１
２と、動力機構３の管制装置１３とが装備されている。

【００１６】次に、本形態例の作用について説明する。

【００１７】各揺動フィン５を水中航走体１の内部の動
力機構３により揺動軸４を介して往復揺動すると、前記
各揺動フィン５の往復揺動によりノイズを生ずることな
く静かに推進力が得られ、該各複数の揺動フィン５の往
復揺動を選択的に変更することにより、水中航走体１の
推進方向や姿勢を制御することが可能になる。

【００１８】ここで、図４〜図６により揺動フィン５の
作用について詳述すると、図４に示すように、水中航走
体１に作用する推進力Ｆは、揺動フィン５を中心位置Ｏ
から角度αだけ揺動させた揺動位置Ａから、中心位置Ｏ
の方向に揺動させることによって抵抗力Ｒの分力として
生ずるのであり、揺動位置Ａから揺動フィン５が揺動を
始める時には速い速度で強く揺動させ、中心位置Ｏに近
付くに従いゆっくりと揺動させて止めることが好まし
い。

【００１９】これは、初期に推進力Ｆを大きく得るため
には、水の付加質量を最大に利用するのが良いからであ
り、要するに、揺動位置Ａからの揺動の開始段階で揺動
の加速度を最大にするということである。

【００２０】尚、推進力Ｆは、前述した加速度によるも
のと、揺動フィン５の形状による抵抗力とを加えたもの
から成るが、ここでは説明を簡単にするため、一定速度
で揺動フィン５を揺動させる場合を考える。

【００２１】図５において、揺動フィン５の単位幅ｄｘ
の抵抗力ｄＲは、

【数１】 全体の抵抗力Ｒは、

【数２】 そして、推進力Ｆは、

【数３】Ｆ＝Ｒｓｉｎα となり、時間と共に角度αは０に近付くから、当然にし
て推進力Ｆも０に近付くことになるのであり、先の図４
で説明したように、揺動位置Ａから揺動フィン５が揺動
を始める時には速い速度で強く揺動させ、中心位置Ｏに
近付くに従いゆっくりと揺動させると効率良く推進力Ｆ
が得られるのである。

【００２２】更には、揺動フィン５の剛性を、図３に示
したように、揺動軸４に近い部分の剛性が高く、揺動軸
４から離れるに従って剛性が低くなるようにすることに
より、図６（ａ）（ｂ）に示すように揺動フィン５が揺
動した時に、その先端部側がしなやかに振れることで推
進力をより大きく得ることができ、また、図６（ｃ）
（ｄ）に示すように揺動フィン５が中心位置Ｏを越えて
揺動すると、揺動フィン５は推進方向の抵抗が少なくな
るように撓むので、＋αの角度から−αの角度まで効率
よく揺動することができ、このように揺動フィン５の剛
性を調整すれば、揺動フィン５を略一定の速度で揺動さ
せても、かなりの推進力を期待することができる。

【００２３】また、水中航走体１の推進方向や姿勢を制
御することについて詳述すると、水中航走体１の両側で
対になっている揺動フィン５の一方の揺動速度を速く、
他方の揺動速度を遅くすることにより、水中航走体１の
左右両側の推進力に差異が生じ、水中航走体１の左右方
向の舵取りを行うことができ、更には、水中航走体１を
図１に示す状態から中心軸線２を中心に約９０度回動し
た姿勢で航走させるようにすれば、同様に水中航走体１
の上下の推進力に差異を生じせしめて水中航走体１の深
度を変更させることもできる。

【００２４】また、図１において水中航走体１の後方で
対を成す各揺動フィン５のみを往復揺動して推進力を得
るようにし、前方で対を成す各揺動フィン５を水中航走
体１の推進方向や姿勢を制御する舵フィンとして利用す
るようにしたり、或いは逆に、水中航走体１の前方で対
を成す各揺動フィン５のみを往復揺動して推進力を得る
ようにし、後方で対を成す各揺動フィン５を水中航走体
１の推進方向や姿勢を制御する舵フィンとして利用する
ようにしたりすることも可能であり、舵フィンとして利
用する場合の各揺動フィン５は、対にした両方で同じ向
きに傾動させたり、或いは、相互に逆向きに傾動させた
りすることで、水中航走体１の推進方向や姿勢をより細
かく且つ自在に制御することができる。

【００２５】更に、本形態例においては、各揺動フィン
５を往復揺動して推進力を得るに際し、水中航走体１の
前方及び後方で対を成す各揺動フィン５を交互に逆向き
に揺動せしめるようにすれば、推進方向に対し直交する
方向に生じる分力（図４及び図５における分力Ｌを参
照）を相殺して振動のないバランスのとれた推進力を得
ることができる。

【００２６】図７は本発明の別の形態例を示す斜視図で
あって、水中航走体１の前方に設けてある一対の揺動軸
４は水平方向に設け、水中航走体１の後方に設けてある
一対の揺動軸４は垂直方向に設け、前方の揺動軸４と後
方の揺動軸４とはそれぞれ水中航走体１の中心軸線２に
対し直交し、且つ前方の揺動軸４と後方の揺動軸４とは
互いに直交する二つの軸線上に位置するようにしたもの
である。

【００２７】このようにした形態例では、前述と同様
に、対にした揺動フィン５を交互に逆向きに揺動せしめ
ることにより、推進方向に対し直交する方向に生じる分
力を相殺して振動のないバランスのとれた推進力が得ら
れると共に、上下左右のバランスが安定した推進力が得
られ、しかも、後方で対を成す各揺動フィン５を左右の
舵取り用の舵フィンとして利用して前方で対を成す各揺
動フィン５で推進力を得るようにしたり、或いは、前方
で対を成す各揺動フィン５を深度の変更用の舵フィンと
して利用して後方で対を成す各揺動フィン５で推進力を
得るようにしたりすることも可能となり、水中航走体１
の推進方向や姿勢を制御することが一層容易となる。

【００２８】尚、本発明の揺動式推進装置は、上述の形
態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論
である。

【００２９】

【発明の効果】上記した本発明の揺動式推進装置によれ
ば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

【００３０】（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によ
れば、各揺動フィンの往復揺動によりノイズを生ずるこ
となく静かに推進力を得ることができ、しかも、各揺動
フィンの往復揺動を選択的に変更することにより、推進
抵抗の増加や推進性能の低下を招くことなく推進方向の
変更や姿勢の制御を良好に行うことができる。

【００３１】（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、対にした揺動フィンを交互に逆向きに揺動せし
めることにより、推進方向に対し直交する方向に生じる
分力を相殺して振動のないバランスのとれた推進力を得
ることができる。

【００３２】（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明
によれば、対にした揺動フィンを交互に逆向きに揺動せ
しめることにより、推進方向に対し直交する方向に生じ
る分力を相殺して振動のないバランスのとれた推進力を
得ることができると共に、上下左右のバランスが安定し
た推進力を得ることができ、しかも、対にした揺動フィ
ンの一方を左右の舵取り用舵フィンとして利用して他方
で推進力を得るようにしたり、或いは、対にした揺動フ
ィンの他方を深度の変更用舵フィンとして利用して一方
で推進力を得るようにしたりすることにより水中航走体
の推進方向の変更や姿勢制御を一層容易に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】動力機構及び揺動軸の詳細を模式的に示す拡大
図である。

【図３】揺動フィンの剛性を示すグラフである。

【図４】揺動フィンの生ずる推進力についての説明図で
ある。

【図５】揺動フィンの生ずる推進力についての説明図で
ある。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は揺動フィンの作動
状態を段階的に示す説明図である。

【図７】本発明の別の形態例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 水中航走体 ２ 中心軸線 ３ 動力機構 ４ 揺動軸 ５ 揺動フィン ８ 基端部 １４ 先端部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中航走体の内部に設けられた複数の動
   力機構と、前記水中航走体の内部より水密に且つ回動自
   在に水中航走体の外部に突出して前記各動力機構により
   個別に往復揺動される複数の揺動軸と、該各揺動軸に基
   端部が固着され且つ該基端部側から先端部側に至るに従
   い剛性が低くなるようにした可撓性を有する複数の揺動
   フィンとを備えたことを特徴とする揺動式推進装置。
2. 【請求項２】 水中航走体の中心軸線に対し直交する方
   向の軸線上に、対で揺動軸を設けたことを特徴とする請
   求項１に記載の揺動式推進装置。
3. 【請求項３】 水中航走体の中心軸線に対し直交する方
   向で且つ互いに直交する二つの軸線上に、それぞれ対で
   揺動軸を設けたことを特徴とする請求項１に記載の揺動
   式推進装置。