JPS6145598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動媒質中を自己推進するようにし
た大略球状移動体に関する。

水中推進移動体の外形は、確実に理解した流体
力学および機械的要求に基いて多数年にわたつて
発展されている。空気力学より考察して、空気よ
りも軽い移動体例えば飛行船に対しても幾分同様
な外形の結果が得られている。移動体が流動媒質
中をかなりの速力で移動することが要求されてい
る場合には、移動体の外形を、正面部が丸くされ
背面部に向つてテーパする大略管状の形状であつ
てその直径を内部機構と同じように小さくして作
作ることが技術的に決定されるであろうし、およ
び／または浮かべる要求から正面区域は最小にさ
れるであろう。この一般的な外形は、飛行船、有
人海中移動体および魚雷のような無人移動体の通
常の外形においても明らかである。流動媒質中で
このような移動体を駆動するのに必要とする力
は、有効正面中域、表面摩擦、およびボデー表面
上の流れの分離によつて生じて乱流を起すドラグ
のような要因とともに変化する。このような移動
体の背部表面上の流れ分離を除去する従来の方法
によれば、プロペラ又は羽根車が移動体の背部又
は背部に近いところに設けられ、かつ移動体のテ
ーパ表面が急激に途切れないように作られる。

確実に明らかな利益を得るために、球状外形の
実験的な移動体を製作してテストすることにかな
りの努力がおこなわれている。このような球状移
動体は、従来の他の形状のものよりもその表面に
関連して固有的に大きな内部容積を有する。ま
た、これら球状移動体は、外部圧力に対して大き
な耐性を有するので、その内部に取付ける控え又
はリブの数を少なくすることができ、よつて従来
の他の形状よりも軽くすることができる。このよ
うに、球状移動体は、直径を大きくしても内部控
えの数を少なくすることができるので球状移動体
は同等の体積の管状移動体よりも大きな物体を収
容することができる。ソナーを組込まなければな
らない場合に、球状移動体の直径が大きいことは
管状移動体の正面部に収容できるよりも非常に大
きい区域をトランスジユーサ配列のために利用で
きる。

水中移動体用の球状ボデーのには前述した利益
があるにもかかわらず、これら球状ボデーは過去
において使用されていなかつた。その理由は、試
験によれば、これら球状ボデーは固有的に不安定
であるということが示されたからである。空気よ
りも軽い大略球状移動体は、気球として使用され
ているが、しかし飛行船としては使用されていな
かつた。その理由は、おそらく、正面区域が過剰
に大きいからであると考えられる。球状移動体が
水中を相当な速力で動くように試みた過去の実験
によれば、球体の後方部における境界層流れは最
初に一つの半径方向位置でそれから他の半径方向
位置で分離された。これにより、分離領域に低圧
力が生じ、一方高圧力がどこかほかの所に作用し
て球体を低圧力領域に向つて減速させるようにす
る。この移動により、流れが再び付着するがしか
しどこかほかの所へ分離してしまう前記第１領域
に流れの遅滞を生ずる。球体は、それから新しい
低圧力領域に向つて動く。空気および水中移動体
の両方にあてはまるこの現象は、移動体を前後に
揺動させることを続ける。この揺動は許されない
ばかりか、ドラグが禁止的摘大きさになり、した
がつて動力消費となる。

本発明は、このような問題を解消するためにな
されたものである。

本発明によれば、外部の羽根車により流動媒質
中を自己推進するようにした大略球状移動体にお
いて、前記羽根車は前記移動体の移動方向に関し
て前記移動体の背部に設けられていると共に前記
移動体の球径のほぼ半分の直径を有して前記移動
体の背部で境界層の相当な部分を占有し、複数個
のドラグピンとこれらドラグピン用の作動器とが
前記移動体の移動方向に関して前記移動体の最大
幅の円周の後方に設置され、前記ドラグピンは前
記移動体の操縦ができるように前記移動体の周囲
の流れ中に伸長自在であることを特徴とする大略
球状移動体、が提供される。

もし流れの分離および騒乱が生じ始めた場合に
は、羽根車は即座に死空気又は死水を排出し、付
着流れパターンを再び確立させる。羽根車は、境
界層の部分を占有し、十分なエネルギを加えてそ
の下流速力を自由流れ速力以上まで回復させる。
これにより、“無伴流”推進に近い状態が生ず
る。伴流は、絶対速力がない又は非常に少しのと
きに残される。

ドラグピンは方向変化が所望されたときに作動
器により作動され、選択した１本又は複数のピン
が球状ハウジングの表面から可変量でもつて外向
きへ伸長し、球体を回転するように使用されるド
ラグ力を起す。

幾つの適用においては、流れの分離を防止する
のを助けて流れを羽根車又はプロペラへ導びきま
た羽根車又はプロペラのトルクのために補償する
装置を提供する複数個のスタツブ翼状の渦発生片
を設置することが必要又は所望されるであろう。
このようなスタツブ翼状の渦発生片は、また、回
転安定を与えるよう制御され得る。

以下添付図面を参照して本発明の実施例につい
て詳述する。

第１図において、背部に羽根車１２を有する球
状移動体又は球体１０は流動媒質を表わす流れパ
ターンと一緒に示され、流動媒体中を球体が動
く。この流動媒質は気体（空気）又は液体（水）
であり、したがつて流れパターンも同様に気体又
は液体を表わす。球体が流動媒質中を相当な速力
で動かされる場合には、球体の背部に向う流れパ
ターンは、典型的に、低圧領域、高圧領域および
乱流領域に分離され、これにより球体は相当な大
きさの横動きでもつて不安定な状態で動かされ、
かなりのドラグを生ずる。羽根車１２は流れパタ
ーンをこの羽根車自体に向つて引くのに役立ち、
これにより流れパターンが羽根車を通過するまで
流れは球体の壁に平滑に付着したままとなる。羽
根車の直径は通常球体の直径の約半分であり、羽
根車の先端と球体との間の隙間は通常球体の直径
の約７％である。

第２図において、球体移動体は、その背部から
みて示されており、ハウジング（便宜上１０の番
号を付する）と背部に取付けた羽根車１２とを有
する。羽根車１２の前方には多数の小タブ又はス
タツブ状の渦発生片１４が設けられている。これ
ら渦発生片は流れの分離を防止するのを助ける。
これら渦発生片は、また、軸トルクの回転力を減
少する羽根車反動と逆の正味トルクを与えるよう
な角度がつけられている。羽根車１２の更に一層
の前方であつて流れの方向に関して最大直径の円
周の丁度後方には、複数個の小型作動器１６（減
圧式又はソレノイド式の作動器）が設けられてい
る。これら作動器は、片揺れおよび縦揺れ面にお
ける制御のために複数個のドラグピン１８をハウ
ジング１０の表面から出入れして動かすように作
動する。

第３図は、第２図の線３−３に沿う断面図であ
る。この図において、ハウジング１０は電動機２
０を収容して示されている。電動機２０は出力軸
２４を有する歯車箱２２に接続され、出力軸２４
は羽根車１２のハブ１３に接続されている。

ハウジング１０の最前部にはずらりと並んだソ
ナートランスジユーサ２８を収容する大きな区域
の室２６がくぼまされて設けられている。ソナー
トランスジユーサには、ソナー信号を伝達するも
の、伝送信号のエコーを受けるものなどが含まれ
ている。室２６のすぐ後方には、通路３２と一緒
にペイロード用空間３０が設けられている。通路
３２を通してソナートランスジユーサ２８を案内
及び制御システム３４に接続する配線などがおこ
なわれる。案内及び制御システム３４のすぐ後方
には、複数個の電池３６が収容されている。これ
ら電池３６は、案内及び制御システムのためのエ
ネルギを供給するに加えて羽根車１２に推進力を
与えるためのものである。

ドラグピン作動器１６は、操縦のための必要に
したがつてドラグピン１８を伸長するよう案内シ
ステムにより制御される。典型的に、一方の一対
のドラグピンおよび作動器はは片揺れを操縦する
ためのものであり、他方の一対のドラグピンおよ
び作動器は縦揺れ制御のためのものである。球状
移動体はその重心が実質的に移動体の幾何学中心
より下であるように構成しなければならないの
で、回転制御は通常問題はない。明らかに、スタ
ツブ状の渦発生片１４は多少の回転制御を与え、
これら渦発生片の幾つか又はもし所望するならば
作動を調節自在に作られ得る。このようなスタツ
ブ状の渦発生片は第２図においてはリング状に８
個設けられて示されているが、このような渦発生
片の数を減らしても十分なものであり、またこれ
ら渦発生片の幾つか又は全ては回転自在に又は回
転制御のためのドラグピン１８と同じような方法
で選択的に伸縮自在にすることができる。当業者
であれば、回転面における制御のための前述した
制御表面の実施には多数の方法があることを認識
することであろう。

有人移動体は本質的に制御に関して同一である
けれども、前述した特別の移動体は魚雷として最
大の利用性を有することが明らかであろう。電池
型の推進は、勿論、潜水鑑の代表的な原動機例え
ばデイーゼル機関のシステム、原子力プラントな
どの型のものに通常置換することができる。

第４図は、第３図の線４−４からみた一部拡大
図であつて、単一のスタツブ状の渦発生片１４を
示す。ここに例示した渦発生片はわずかに上反り
したスタツブ部材として示されている。このスタ
ツブ部材は、所望したセツト方向へ人為的に向け
られ、それから適所に止めねじなどにより保持さ
れている。しかし、このようなスタツブ部材は、
例えばドラグピンを制御する作動器のような手段
により伸縮自在に又は案内および制御システム３
４によて駆動される適当な回転作動器により作動
を調節自在にすることができる。シンクロはこの
ようなスタツブ状の渦発生片のための適当な回転
作動器のひとつの型であり、これら渦発生片はま
た適当な液圧式回転作動器により作動され得る。

第５図は、本発明の他の実施例を示す縮小側面
図である。この実施例において、スタツブ状の渦
発生片（固定子）１４の位置が羽根車１２に一層
接近していることを除いては、全ての部品は第１
および２図の実施例に関して詳述したものと本質
的に同一である。

前述した自己推進型の球状移動体は、次のよう
な特性を有する。すなわち、球状移動体が固体表
面に向つてかすめ角度で着陸移動してくると、移
動体はその背部で回転している羽根車が固体表面
に対して垂直になつてその頭部が固体表面に直接
接触する位置まで回転する。スラストは、中心部
を通り、また移動体が接触する固体表面に対して
垂直なスラスト軸線を置くような方向の接触点の
まわりのモーメントを有する。以上述べた特性を
第６図によつて説明すると、第６ａ図において、
球状移動体４０は矢印Ｔによつて示したような角
度で固体表面４２に接近している状態が示されて
いる。

第６ｂ図は、移動体４０が表面４２に接触する
瞬時の状態を示す。羽根車（又はプロペラ）から
のスラストＴは、表面４２に垂直な第１ベクトル
Ｎと表面４２に平行な第２ベクトルＦとの接触点
で対抗され、矢印方向への移動体４０の回転を生
じさせる。この回転は第６ｃ図に示されるように
スラスト力Ｔが表面４２と垂直になる位置まで続
き、この時点で移動体の回転を更に生じさせるよ
うな水平力は存在しない。

第６ｄ図は、表面４２が矢印Ｖにより示した方
向へ動いていることを除いては第６ｂ図と同様な
図である。この情況においては、ドラグ力Ｄが存
在し、これにより移動体４０を下流方向のスラス
ト角度に関連した角度位置に保持するようにす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による球状移動体をこの移動体
が通過する流動媒質と関連して示した側面図、第
２図は本発明の一実施例による球状移動体の背面
図、第３図は第２図の線３−３に沿う拡大断面
図、第４図は第３図の線４−４からみた第３図の
一部拡大図、第５図は本発明の他の実施例による
球状移動体の縮小側面図、第６ａ〜ｄ図は本発明
による球状移動体の作用特性を示す図である。 １０……球状移動体（ハウジング）、１２……
羽根車、１３……ハブ、１４……渦発生片、１６
……作動器、１８……ドラグピン、２０……電動
機、２２……歯車箱、２４……出力軸、２８……
ソナートランスジユーサ、３０……ペイロード用
空間、３２……通路、３４……案内および制御シ
ステム、３６……電池、４０……球状移動体、４
２……固体表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部の羽根車により流動媒質中を自己推進す
   るようにした大略球状移動体において、前記羽根
   車は前記移動体の移動方向に関して前記移動体の
   背部に設けられていると共に前記移動体の球径の
   ほぼ半分の直径を有して前記移動体の背部で境界
   層の相当な部分を占有し、複数個のドラグピンと
   これらドラグピン用の作動器とが前記移動体の移
   動方向に関して前記移動体の最大幅の円周の後方
   に設置され、前記ドラグピンは前記移動体の操縦
   ができるよう前記移動体の周囲の流れ中に伸長自
   在であることを特徴とする大略球状移動体。 ２ 前記羽根車の最大回転円周が前記移動体の球
   状ハウジングの表面からこのハウジングの直径の
   ほぼ７％の間隔を置かれている特許請求の範囲第
   １項記載の移動体。 ３ 前記羽根車は、前記球状ハウジングの近くで
   あつて相当の直径を有すると共に前記移動体の背
   部までテーパして前記ハウジング上の付着流れを
   確実にするのを助けるハブを包含する特許請求の
   範囲第１項記載の移動体。 ４ 少なくとも一対の前記ドラグピンは、片揺れ
   面における前記移動体の動きを制御するよう設置
   されている特許請求の範囲第１項記載の移動体。 ５ 少なくとも一対の前記ドラグピンは、縦揺れ
   面における前記移動体の動きを制御するよう設置
   されている特許請求の範囲第１項記載の移動体。 ６ 複数個の前記ドラグピンは前記移動体の回転
   を制御するよう位置決めされ、これらドラグピン
   は小さなフインからなる特許請求の範囲第１項記
   載の移動体。 ７ 複数個のスタツブ状の渦発生片が前記ハウジ
   ングの背部に設置されて前記羽根車の入口への流
   れ付着を生じさせ、前記渦発生片はこれら渦発生
   片を横切る流れが前記羽根車のトルクを反対にす
   るように作用するよう角度がつけられている特許
   請求の範囲第１項記載の移動体。 ８ 前記渦発生片の少なくとも幾つかは前記移動
   体の回転安定を与えるよう伸縮自在である特許請
   求の範囲第７項記載の移動体。 ９ 前記移動体の重心は実質的にこの移動体の幾
   何学的中心より下である特許請求の範囲第１項記
   載の移動体。