WO2019203267A1 - 自律型無人潜水機用の支援システム - Google Patents

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WO2019203267A1
WO2019203267A1 PCT/JP2019/016459 JP2019016459W WO2019203267A1 WO 2019203267 A1 WO2019203267 A1 WO 2019203267A1 JP 2019016459 W JP2019016459 W JP 2019016459W WO 2019203267 A1 WO2019203267 A1 WO 2019203267A1
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WO
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cable
weight
cable portion
floating body
underwater station
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PCT/JP2019/016459
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English (en)
French (fr)
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裕志 阪上
峰彦 向田
興佑 益田
慎一 宮田
学 松居
崇志 岡田
建 ▲葛▼谷
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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Priority to AU2019257033A priority patent/AU2019257033B2/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/48—Means for searching for underwater objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/20—Adaptations of chains, ropes, hawsers, or the like, or of parts thereof
    • B63B2021/206—Weights attached to mooring lines or chains, or the like; Arrangements thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
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    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • B63G2008/004—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned autonomously operating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
    • B63G2008/008—Docking stations for unmanned underwater vessels, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
    • B63G8/42—Towed underwater vessels

Definitions

  • the present invention relates to a support system for an autonomous unmanned submersible.
  • AUV Autonomous Underwater Vehicle
  • Patent Document 1 discloses an AUV support system including a surface ship and an underwater station suspended from the surface ship by a cable.
  • power can be supplied from the power supply unit of the underwater station to the power receiving unit of the AUV.
  • the cable connecting the surface ship and the underwater station is tensioned by the weight of the underwater station even when the surface ship is stopped on the water.
  • the underwater station is displaced via the cable. If the movement of the surface ship is transmitted to the underwater station via the cable in this way, docking between the AUV and the underwater station may be difficult.
  • An object of the present invention is to provide an AUV support system that makes it possible to suppress the movement of a surface ship through a cable to an underwater station connected to the surface ship with a cable. To do.
  • an AUV support system includes a surface ship, an underwater station for supporting AUV that autonomously travels underwater, and a cable that connects the surface ship and the underwater station. And when the underwater station is suspended by the cable from the surface ship that is stopped on the water, the cable passes through the water surface and extends downward from the surface ship. And a second cable portion extending upward from a lower end portion of the first cable portion, and a third cable portion extending downward from the upper end portion of the second cable portion and connected to the underwater station.
  • the displacement amount of the third cable portion can be suppressed by displacing the lower ends of the first cable portion and the second cable portion. Thereby, it can suppress that the motion of a surface ship is transmitted to an underwater station via a cable.
  • the AUV support system may further include a weight positioned between the first cable portion and the second cable portion.
  • the AUV support system may further include a floating body positioned between the second cable portion and the third cable portion.
  • a weight positioned between the first cable portion and the second cable portion, and a floating object positioned between the second cable portion and the third cable portion.
  • the respective weights and volumes of the underwater station, the weight, and the floating body may be adjusted so as to satisfy the following expressions (1) and (2).
  • F is a value obtained by subtracting the gravity acting on the floating body based on the weight of the floating body from the buoyancy acting on the floating body based on the volume of the floating body in water
  • W1 is the underwater station. Is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the underwater station based on the volume of the underwater station in water from the gravity acting on the underwater station based on the weight of W2.
  • W2 acts on the weight based on the weight of the weight This is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the weight based on the volume of the weight in water from the gravity of the weight.
  • the underwater station is configured to be dockable with the AUV.
  • the weight and volume of the underwater station, the weight, the floating body, and the AUV may be adjusted so as to satisfy the following formulas (3) to (5).
  • F is a value obtained by subtracting the gravity acting on the floating body based on the weight of the floating body from the buoyancy acting on the floating body based on the volume of the floating body in water
  • W1 is the underwater station. Is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the underwater station based on the volume of the underwater station in water from the gravity acting on the underwater station based on the weight of W2.
  • W2 acts on the weight based on the weight of the weight Is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the weight based on the volume of the weight in water, and ⁇ F is based on the weight of the AUV from the buoyancy acting on the AUV based on the volume of the AUV in water. It is a value obtained by subtracting the gravity acting on the AUV.
  • a weight positioned between the first cable portion and the second cable portion, and a floating object positioned between the second cable portion and the third cable portion. Further, the position of the weight in the cable is such that the depth of the weight from the water surface when the surface vessel is stopped on the water is the length of the portion of the cable between the floating body and the weight. You may adjust so that it may become above.
  • an AUV support system that makes it possible to suppress the movement of a surface ship via a cable to an underwater station connected to the surface ship with a cable.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are schematic views schematically showing an AUV support system 1 according to the first embodiment.
  • the support system 1 includes a surface ship 2 and an underwater station 3 for supporting the AUV 7 (see FIG. 3) that autonomously travels underwater.
  • FIG. 1 shows a state in which the surface ship 2 in the support system 1 navigates on the water
  • FIG. 2 shows a state in which the surface ship 2 in the support system 1 stops on the water.
  • water means a liquid in which AUV can travel, such as the sea and lake, for example, “underwater” includes the sea and lake. .
  • the surface ship 2 and the underwater station 3 are connected by a cable 4.
  • the cable 4 extends substantially straight from the surface ship 2 to the underwater station 3.
  • the cable 4 includes, for example, a transmission line for sending electricity from the surface ship 2 to the underwater station 3 and / or a communication line for communicating with the surface ship 2. That is, when the AUV is docked to the underwater station 3 of the present embodiment, it becomes possible to charge the built-in battery of the AUV underwater and / or cable the data acquired by the AUV underwater to the surface vessel 2. 4 can be sent.
  • the weight 4 and the floating body 6 are attached to the cable 4.
  • the weight 5 and the floating body 6 are provided on the cable 4 in this order from the side close to the surface ship 2 along the cable 4. That is, the weight 5 is located between the floating body 6 and the surface ship 2 in the cable 4.
  • the positions of the weight 5 and the floating body 6 with respect to the cable 4 are fixed.
  • one or both of the weight 5 and the floating body 6 may be attached to the cable 4 so as to be movable within a predetermined range along the cable 4.
  • first cable portion 4a the portion of the cable 4 between the surface ship 2 and the weight 5
  • second cable the portion of the cable 4 between the weight 5 and the floating body 6
  • third cable portion 4c The portion between the floating body 6 and the underwater station 3 in the cable 4 is referred to as a “third cable portion 4c”. That is, the weight 5 is located between the first cable part 4a and the second cable part 4b, and the floating body 6 is located between the second cable part 4b and the third cable part 4c.
  • a force W ⁇ b> 1 which is a resultant force of the gravity and buoyancy of the underwater station 3, acts vertically downward on the underwater station 3. That is, the force W1 is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the underwater station 3 from the gravity acting on the underwater station 3.
  • a force W ⁇ b> 2 which is a resultant force of the gravity and buoyancy of the weight 5, acts vertically on the weight 5 in water. That is, the force W2 is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the weight 5 from the gravity acting on the weight 5.
  • the gravity acting on the floating body 6 in water is smaller than the buoyancy acting on the floating body 6.
  • the force F which is the resultant force of the gravity and buoyancy of the floating body 6 acts on the floating body 6 in the water vertically upward. That is, the force F is a value obtained by subtracting the gravity acting on the floating body 6 from the buoyancy acting on the floating body 6.
  • the buoyancy acting on the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6 is a value based on the volume of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6.
  • the gravity acting on the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6 is a value based on the weight of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6.
  • the cable 4 when the surface vessel 2 is stopped on the water by the forces acting on the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6 is in the middle of extending downward from the surface vessel 2. After extending upward, the shape extends downward again.
  • the first cable portion 4a passes through the water surface S from the surface ship 2 and is located in the water. It extends downward toward the weight 5.
  • the length of the 1st cable part 4a is sufficient length for the weight 5 located in water to be arrange
  • the second cable portion 4b extends upward from the weight 5 (in other words, from the lower end portion of the first cable portion 4a) toward the floating body 6.
  • the third cable portion 4c extends downward from the floating body 6 (in other words, from the upper end portion of the second cable portion 4b) toward the underwater station 3.
  • the floating body 6 suspends the underwater station 3 by the third cable portion 4c. More specifically, the force F acting on the floating body 6 and the force W1 acting on the underwater station 3 satisfy the relationship of the following formula (1). F ⁇ W1 (1)
  • the gravity and buoyancy of the cable 4 are assumed to be negligibly small compared to the gravity and buoyancy of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6.
  • the floating body 6 is configured to be located in water. More specifically, the tension at which the second cable portion 4 b and the third cable portion 4 c pull the floating body 6 downward is set to be equal to or greater than the force F acting on the floating body 6.
  • the tension of the third cable portion 4c is the force W1. It is.
  • the tension of the second cable part 4b when the first cable part 4a is slack and the floating body 6 is suspended from the weight 5 by the second cable part 4b is the force W2.
  • the respective weights and volumes of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6 are adjusted so as to satisfy the above formulas (1) and (2). Thereby, the state where the underwater station 3 is suspended by the third cable portion 4c in a tensioned state and the floating body 6 is located in the water is realized.
  • the floating body 6 reaches the surface of the water. There is a possibility. For this reason, in the present embodiment, the depth h from the water surface S of the weight 5 when the surface vessel 2 is stopped on the water so that the floating body 6 is surely located in water is the second cable portion 4b. It is adjusted so that it may become more than length L.
  • the cable 4 extends downward from the surface ship 2 toward the weight 5, and then moves from the weight 5 toward the floating body 6. And extends downward from the floating body 6 toward the underwater station 3. For this reason, even when the surface vessel 2 moves, the weight 5 between the surface vessel 2 and the floating body 6 in the cable 4 is displaced, so that the displacement amount of the floating body 6 can be suppressed. Thereby, it is possible to suppress the movement of the surface ship 2 from being transmitted to the underwater station 3 via the cable 4.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state where the AUV 7 is docked to the underwater station 3 in the support system 1.
  • the cable 4 extends downward from the surface ship 2 toward the weight 5, and then extends upward from the weight 5 toward the floating object 6. It extends downward from the object 6 toward the underwater station 3.
  • a force ⁇ F which is a resultant force of the gravity and buoyancy of AUV 7, acts vertically upward on the underwater AUV 7. That is, the force ⁇ F is a value obtained by subtracting the gravity acting on the AUV 7 from the buoyancy acting on the AUV 7.
  • the floating body 6 suspends the underwater station 3 in a state where the AUV 7 is docked by the third cable portion 4c. More specifically, the force F acting on the floating body 6, the force W1 acting on the underwater station 3, and the force ⁇ F acting on the AUV 7 satisfy the relationship of the following formula (4). F + ⁇ F ⁇ W1 (4)
  • the floating body 6 is configured to be located in water. More specifically, the tension at which the second cable portion 4 b and the third cable portion 4 c pull the floating body 6 downward is set to be equal to or greater than the force F acting on the floating body 6.
  • the tension of the third cable portion 4 c is a value obtained by subtracting the force ⁇ F acting vertically upward on the AUV 7 from the force W1 acting vertically downward on the underwater station 3.
  • the tension of the second cable portion 4b when the first cable portion 4a is slack and the floating body 6 is suspended from the weight 5 by the second cable portion 4b is a force W2.
  • the respective weights and volumes of the underwater station 3, the weight 5, the floating body 6, and the AUV 7 are adjusted so as to satisfy the above formulas (3) to (5).
  • the underwater station 3 is suspended by the tensioned third cable portion 4c and the floating body 6 is located in the water. Is done.
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing an AUV support system according to the second embodiment. Moreover, in FIG. 4, the state which the surface ship 2 stopped on the water similarly to FIG. 2 is shown.
  • the overlapping description is abbreviate
  • the underwater station 3 when the “first cable portion 4a” is suspended from the surface ship 2 in a state where it is stopped on the water by the cable 4, the underwater station 3 is suspended in the water.
  • the cable 4 passes through the water surface S from 2 and extends downward.
  • the underwater station 3 is suspended underwater by the cable 4 from the surface ship 2 in a state where the "third cable portion 4c" is stopped on the water.
  • the cable 4 is a portion that extends downward from the upper end of the second cable portion 4 b and is connected to the underwater station 3.
  • the floating body 6 is provided on the cable 4, but the weight 5 is not provided. That is, there is no weight 5 between the first cable portion 4a and the second cable portion 4b. Instead, the weight of the portion of the cable 4 between the floating body 6 and the surface ship 2 (that is, the first cable portion 4a and the second cable portion 4b) is the same as that of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6, respectively. Compared to gravity and buoyancy, it is a size that cannot be ignored.
  • a portion of the cable 4 between the floating body 6 and the surface ship 2 is referred to as a “negative buoyancy cable portion 8”.
  • the negative buoyancy cable portion 8 is formed of a material whose specific gravity is relatively larger than the specific gravity (for example, 1) of the water (for example, water, seawater, lake water) around the cable 4, or the transmission line and the insulating layer around the transmission line. It is formed by providing a filling layer filled with a material heavier than the specific gravity of water around the cable 4 around the cable body composed of, etc., or integrating the cable body and a tube filled with a material with a heavy specific gravity. It is realized by attaching the weight material to the outside of the cable body at equal intervals.
  • the specific gravity for example, 1
  • the water for example, water, seawater, lake water
  • a force W ⁇ b> 3 which is a resultant force of the gravity and buoyancy of the negative buoyancy cable portion 8, acts on the negative buoyancy cable portion 8 vertically downward. That is, the force W3 is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the negative buoyancy cable portion 8 from the gravity acting on the negative buoyancy cable portion 8.
  • a force W3 acting on the negative buoyancy cable portion 8 is represented by the following formula (6).
  • W3 wa ⁇ la ⁇ fa ⁇ lb (6)
  • wa gravity per unit length of the negative buoyancy cable portion 8
  • la is the total length of the negative buoyancy cable portion 8
  • fa is buoyancy per unit length of the negative buoyancy cable portion 8
  • lb is negative buoyancy. It is the length of the submerged portion (in other words, the portion below the water surface S) of the cable portion 8.
  • the gravity wa and the buoyancy fa per unit length of the negative buoyancy cable portion 8 (that is, the unit length that affects the gravity wa and the buoyancy fa so that the force W3 satisfies the following expression (7):
  • the weight and volume per unit are adjusted. W3 ⁇ F ⁇ W1 (7)
  • the negative buoyancy cable portion 8 passes the water surface S from the surface ship 2 when the underwater station 3 is suspended from the surface ship 2 in a state of being stopped on the water by the cable 4.
  • the first cable portion 4a extending downward and the second cable portion 4b extending upward from the lower end of the first cable portion 4a are included.
  • the gravity wa per unit length of the negative buoyancy cable portion 8 is adjusted so that the length of the second cable portion 4b is sufficiently secured (for example, several meters).
  • the displacement amount of the third cable portion 4c can be suppressed by displacing the lower ends of the first cable portion 4a and the second cable portion 4b. Thereby, it is possible to suppress the movement of the surface ship 2 from being transmitted to the underwater station 3 via the cable 4.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing an AUV support system according to the third embodiment.
  • FIG. 5 shows a state where the surface vessel 2 is stopped on the water, as in FIGS. 2 and 4.
  • the cable 4 is provided with the weight 5 but is not provided with the floating body 6. That is, there is no floating body 6 between the second cable portion 4b and the third cable portion 4c. Instead, the buoyancy acting on the portion of the cable 4 between the weight 5 and the underwater station 3 has a magnitude that cannot be ignored compared to the gravity and buoyancy of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6.
  • a portion between the floating body 6 and the underwater station 3 in the cable 4 is referred to as a “positive buoyancy cable portion 9”.
  • the positive buoyancy cable portion 9 is formed of a material whose specific gravity is relatively smaller than the specific gravity (for example, 1) of the water (for example, water, seawater, lake water) around the cable 4, or the transmission line and the insulating layer around it. It is formed by providing a gas layer filled with gas such as air around the cable body composed of, etc., or formed integrally with the cable body and trachea filled with gas such as air, It is realized by attaching buoyancy materials at regular intervals to the outside.
  • a force F ⁇ b> 2 which is the resultant force of the gravity and buoyancy of the positive buoyancy cable portion 9, acts on the positive buoyancy cable portion 9 vertically upward. That is, the force F ⁇ b> 2 is a value obtained by subtracting the gravity acting on the positive buoyancy cable portion 9 from the buoyancy acting on the positive buoyancy cable portion 9.
  • the force F2 acting on the positive buoyancy cable portion 9 is expressed by the following formula (8).
  • fb is the buoyancy per unit length of the positive buoyancy cable part
  • wb is the gravity per unit length of the positive buoyancy cable part
  • lc is the total length of the positive buoyancy cable part 9.
  • the gravity wb and the buoyancy fb per unit length of the positive buoyancy cable portion 9 are set so that the force F2 satisfies the following expressions (9) and (10).
  • the weight and volume per unit length affected are adjusted. F2 ⁇ W1 (9) W2 ⁇ F2-W1 (10)
  • the positive buoyancy cable portion 9 is attached to the lower end portion of the first cable portion 4a when the underwater station 3 is suspended from the surface of the watercraft 2 stopped on the water by the cable 4.
  • the second cable portion 4b extending upward from the weight 5 positioned and the third cable portion 4c extending downward from the upper end portion of the second cable portion 4b and connected to the underwater station 3 are included.
  • FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing an AUV support system according to the fourth embodiment. Moreover, in FIG. 6, the state which the surface ship 2 stopped on the water like FIG.2, 4 and 5 is shown.
  • the cable 4 includes a negative buoyancy cable portion 10 having the same configuration as the negative buoyancy cable portion 8 described in the second embodiment and a positive buoyancy having the same configuration as the positive buoyancy cable portion 9 described in the third embodiment. Cable portion 11.
  • the negative buoyancy cable portion 10 is a portion in which the acting gravity in the cable 4 is not negligible compared to the gravity and buoyancy of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6.
  • the positive buoyancy cable portion 11 is a portion in which the acting buoyancy in the cable 4 is not negligible compared to the gravity and buoyancy of the underwater station 3, the weight 5, and the floating object 6.
  • the negative buoyancy cable portion 10 extends from the surface ship 2, and one end of the negative buoyancy cable portion 10 is connected to one end of the positive buoyancy cable portion 11. Further, the other end of the positive buoyancy cable portion 11 is connected to the underwater station 3.
  • a force W3 that is the resultant force of the gravity and buoyancy of the negative buoyancy cable portion 10 acts vertically downward, and the force W3 is expressed by the above formula (6).
  • the force F2 which is the resultant force of the gravity and buoyancy of the positive buoyancy cable portion 11 acts on the positive buoyancy cable portion 11 vertically upward, and the force F2 is expressed by the above formula (8).
  • the gravity wb and buoyancy fb per length are adjusted. W3 ⁇ F2-W1 (11)
  • the negative buoyancy cable portion 10 passes through the surface S from the surface ship 2.
  • the first cable portion 4a extending downward and a part of the second cable portion 4b extending upward from the lower end portion of the first cable portion 4a.
  • the positive buoyancy cable portion 11 is the lower end of the first cable portion 4a.
  • a part of the second cable part 4b extending upward from the part and a third cable part 4c extending downward from the upper end part of the second cable part 4b and connected to the underwater station 3 are included.
  • the connection part of the negative buoyancy cable part 10 and the positive buoyancy cable part 11 is located in the 2nd cable part 4b.
  • the displacement amount of the third cable portion 4c can be suppressed by displacing the lower ends of the first cable portion 4a and the second cable portion 4b. Thereby, it is possible to suppress the movement of the surface ship 2 from being transmitted to the underwater station 3 via the cable 4.
  • FIGS. 2 and 3 the schematic diagram of the support system 1 shown in FIGS. 2 and 3 is merely shown for easy understanding of the relationship between each element of the support system 1, and FIGS. 2 and 3 limit the present invention. It is not a thing.
  • the first cable portion 4 a is shown to extend in the vertical direction, but the first cable portion 4 a when the surface ship 2 is stopped on the water is It may be slightly inclined.
  • the second cable portion 4b is shown to be inclined with respect to the vertical direction.
  • the second cable portion 4b when the surface vessel 2 is stopped on the water is in the vertical direction. It may extend to.
  • AUV 7 is not shown in FIG. 1, the underwater station 3 may be towed by being pulled by the cable 4 in a state where the AUV 7 is docked.
  • the cable 4 extends downward from the surface ship 2 toward the weight 5. It may extend upward from the weight 5 toward the floating body 6 and may extend downward from the floating body 6 toward the underwater station 3. “F” and “F2” in each expression are replaced with “F + ⁇ F” and “F2 + ⁇ F”, respectively. Also in the second to fourth embodiments, the depth from the water surface S of the lower end portion of the second cable portion 4b (in other words, the lower end portion of the first cable portion 4a) when the surface ship 2 is stopped on the water. h may be adjusted to be equal to or longer than the length L of the second cable portion 4b.
  • the negative buoyancy cable portion 8 which is a heavy portion of the cable 4, may not be the entire portion between the floating body 6 and the surface ship 2 in the cable 4, and a portion that is immersed in water therein. It may be.
  • the positive buoyancy cable portion 9, which is a portion having a large buoyancy in the cable 4 may not be the entire portion between the floating body 6 and the underwater station 3 in the cable 4, and is a part thereof. Also good.
  • the cable 4 includes a negative buoyancy cable portion 10 between one end of the negative buoyancy cable portion 10 and one end of the positive buoyancy cable portion 11, or between the other end of the negative buoyancy cable portion 10 and the surface ship 2.
  • a cable portion in which gravity and buoyancy are negligibly smaller than the gravity and buoyancy of each of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6 may be included between the other end of 10 and the underwater station 3.
  • one of the first cable portion 4a and the second cable portion 4b may be loosened.
  • the second cable portion 4b may be slack.
  • the depth h from the water surface S of the weight 5 when the surface ship 2 is stopped on the water may not be more than the length of the portion of the cable 4 between the floating body 6 and the weight 5. Good.
  • the underwater station 3 can charge the built-in battery of the AUV underwater by docking with the AUV, and / or data obtained by the AUV underwater is obtained from the surface ship 2.
  • the underwater station of the present invention is not limited to this.
  • the underwater station only needs to be configured to be dockable with the AUV (that is, the underwater station only serves to tow the docked AUV by the surface ship and move the AUV to the destination. May be good).
  • the specific gravity of water where the underwater station 3, the weight 5 and the floating body 6 are located on the buoyancy acting on the underwater station 3, the weight 5 and the floating body 6 respectively (for example, when the support system 1 is used at sea).
  • the specific gravity of the seawater is taken into account. Even if the specific gravity of water using the underwater station 3 varies somewhat (for example, it varies between the specific gravity of fresh water and the specific gravity of seawater with a high salinity), the above formulas (1) to (11) should be satisfied.
  • the respective weights and volumes of the underwater station 3, the weight 5, and the floating body 6 may be adjusted.
  • Support system 2 Surface ship 3: Underwater station 4: Cable 4a: 1st cable part 4b: 2nd cable part 4c: 3rd cable part 5: Weight 6: Floating object 7: AUV (autonomous unmanned submersible)

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Abstract

ＡＵＶ用の支援システムは、水上船と、水中を自律航走するＡＵＶを支援するための水中ステーションと、水上船と水中ステーションとを繋ぐケーブルと、を備え、ケーブルは、水上に停止した状態の水上船からケーブルにより水中ステーションを水中に吊下げたときに、水上船から水面を通過して下方に延びる第１ケーブル部と、第１ケーブル部の下端部から上方へと延びる第２ケーブル部と、第２ケーブル部の上端部から下方に延びて水中ステーションにつながる第３ケーブル部とを含む。

Description

自律型無人潜水機用の支援システム
　本発明は、自律型無人潜水機用の支援システムに関する。
　従来から、水中を自律航走する自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle。以下、ＡＵＶともいう。）を支援するＡＵＶ用の水中ステーションが知られている。
　例えば特許文献１には、水上船と、当該水上船からケーブルにより水中に吊下げられた水中ステーションを備えるＡＵＶ用の支援システムが開示されている。このシステムでは、水上船からケーブルにより水中に吊下げられた水中ステーションにＡＵＶがドッキングした後に、水中ステーションの給電部からＡＵＶの受電部への電力の供給が可能となる。
特開２０１７－７１２６５号公報
　上述したシステムにおいて、水上船と水中ステーションとを繋ぐケーブルは、水上船が水上に停まっている場合であっても、水中ステーションの自重によりぴんと張った状態となる。この状態で、海象などの影響を受けて水上船が動くと、ケーブルを介して水中ステーションも変位する。このように水上船の動きがケーブルを介して水中ステーションに伝わると、ＡＵＶと水中ステーションのドッキングを困難にする可能性がある。
　そこで、本発明は、水上船にケーブルで繋がれた水中ステーションに、ケーブルを介して水上船の動きが伝わるのを抑制することを可能にする、ＡＵＶ用の支援システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係るＡＵＶ用の支援システムは、水上船と、水中を自律航走するＡＵＶを支援するための水中ステーションと、前記水上船と前記水中ステーションとを繋ぐケーブルと、を備え、前記ケーブルは、水上に停止した状態の前記水上船から前記ケーブルにより前記水中ステーションを水中に吊下げたときに、前記水上船から水面を通過して下方に延びる第１ケーブル部と、前記第１ケーブル部の下端部から上方へと延びる第２ケーブル部と、前記第２ケーブル部の上端部から下方に延びて前記水中ステーションにつながる第３ケーブル部とを含む。
　上記の構成によれば、水上船が動いた場合でも、第１ケーブル部および第２ケーブル部の各々の下端部が変位することで、第３ケーブル部の変位量を抑えることができる。これにより、水中ステーションに、ケーブルを介して水上船の動きが伝わるのを抑制することができる。
　上記のＡＵＶ用の支援システムにおいて、前記第１ケーブル部と前記第２ケーブル部との間に位置する錘を更に備えてもよい。
　上記のＡＵＶ用の支援システムにおいて、前記第２ケーブル部と前記第３ケーブル部との間に位置する浮体物を更に備えてもよい。
　上記のＡＵＶ用の支援システムにおいて、前記第１ケーブル部と前記第２ケーブル部との間に位置する錘と、前記第２ケーブル部と前記第３ケーブル部との間に位置する浮体物とを更に備え、前記水中ステーション、前記錘、および前記浮体物のそれぞれの重量および容積は、下記の式（１）および式（２）を満たすように調整されてもよい。
　Ｆ≧Ｗ１　　　　　・・・（１）
　Ｗ２≧Ｆ－Ｗ１　　・・・（２）
　ただし、Ｆは、水中において前記浮体物の容積に基づき前記浮体物に作用する浮力から、前記浮体物の重量に基づき前記浮体物に作用する重力を差し引いた値であり、Ｗ１は、前記水中ステーションの重量に基づき前記水中ステーションに作用する重力から、水中において前記前記水中ステーションの容積に基づき前記水中ステーションに作用する浮力を差し引いた値であり、Ｗ２は、前記錘の重量に基づき前記錘に作用する重力から、水中において前記錘の容積に基づき前記錘に作用する浮力を差し引いた値である。
　上記のＡＵＶ用の支援システムにおいて、前記水中ステーションは、前記ＡＵＶとドッキング可能に構成されており、
　前記水中ステーション、前記錘、および前記浮体物、ならびに、前記ＡＵＶのそれぞれの重量および容積は、下記の式（３）～（５）を満たすように調整されてもよい。
　ΔＦ＜Ｗ１　　　　　　　・・・（３）
　Ｆ＋ΔＦ≧Ｗ１　　　　　・・・（４）
　Ｗ２≧Ｆ＋ΔＦ－Ｗ１　　・・・（５）
　ただし、Ｆは、水中において前記浮体物の容積に基づき前記浮体物に作用する浮力から、前記浮体物の重量に基づき前記浮体物に作用する重力を差し引いた値であり、Ｗ１は、前記水中ステーションの重量に基づき前記水中ステーションに作用する重力から、水中において前記前記水中ステーションの容積に基づき前記水中ステーションに作用する浮力を差し引いた値であり、Ｗ２は、前記錘の重量に基づき前記錘に作用する重力から、水中において前記錘の容積に基づき前記錘に作用する浮力を差し引いた値であり、ΔＦは、水中において前記ＡＵＶの容積に基づき前記ＡＵＶに作用する浮力から、前記ＡＵＶの重量に基づき前記ＡＵＶに作用する重力を差し引いた値である。
　上記のＡＵＶ用の支援システムにおいて、前記第１ケーブル部と前記第２ケーブル部との間に位置する錘と、前記第２ケーブル部と前記第３ケーブル部との間に位置する浮体物とを更に備え、前記ケーブルにおける前記錘の位置は、前記水上船が水上において停まっているときの前記錘の水面からの深さが、前記ケーブルにおける前記浮体物と前記錘の間の部分の長さ以上となるように調整されてもよい。
　本発明によれば、水上船にケーブルで繋がれた水中ステーションに、ケーブルを介して水上船の動きが伝わるのを抑制することを可能にするＡＵＶの支援システムを提供することができる。
第１実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図であり、水上船が水上にて航行する状態を示す図である。 図１に示す支援システムにおいて、水上船が水上にて停まっている状態を示す図である。 図１に示す支援システムにおいて、水中ステーションにＡＵＶがドッキングした状態を示す図である。 第２実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図である。 第３実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図である。 第４実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１および図２は、いずれも第１実施形態に係るＡＵＶ用の支援システム１を概略的に示した模式図である。支援システム１は、水上船２と、水中を自律航走するＡＵＶ７（図３参照）を支援するための水中ステーション３とを備える。図１には、支援システム１における水上船２が水上にて航行する状態が示されており、図２には、支援システム１における水上船２が水上にて停まっている状態が示されている。なお、本願の明細書および特許請求の範囲において、「水」とは、例えば海や湖などＡＵＶが航走可能な液体を意味しており、例えば「水中」は、海中や湖中などを含む。
　水上船２と水中ステーション３とは、ケーブル４で繋がれている。図１に示すように、水上船２が水上を航行すると、水中ステーション３は、ケーブル４に引っ張られて曳航される。この場合、ケーブル４は、水上船２から水中ステーション３まで概ね一直線状に延びている。ケーブル４は、例えば、水上船２から水中ステーション３に電気を送るための送電線および／または水上船２と通信するための通信線を含む。すなわち、本実施形態の水中ステーション３にＡＵＶがドッキングすることにより、水中にてＡＵＶの内蔵バッテリを充電することが可能となる、および／または水中にてＡＵＶが取得したデータを水上船２にケーブル４を介して送ることが可能となる。
　ケーブル４には、錘５と浮体物６とが取り付けられている。錘５と浮体物６とは、ケーブル４に沿って水上船２に近い方からこの順にケーブル４に設けられている。すなわち、錘５は、ケーブル４における浮体物６と水上船２の間に位置する。本実施形態において、ケーブル４に対する錘５と浮体物６の位置は固定されている。ただし、錘５と浮体物６の一方または双方は、ケーブル４に沿った所定の範囲内で移動できるようにケーブル４に取り付けられていてもよい。
　次に、支援システム１における水上船２が水上にて停まっているときの、水中における水中ステーション３、錘５、および浮体物６の位置関係について、図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、ケーブル４における水上船２と錘５の間の部分を、「第１ケーブル部４ａ」と呼び、ケーブル４における錘５と浮体物６の間の部分を、「第２ケーブル部４ｂ」と呼び、ケーブル４における浮体物６と水中ステーション３の間の部分を、「第３ケーブル部４ｃ」と呼ぶ。すなわち、錘５は、第１ケーブル部４ａと第２ケーブル部４ｂとの間に位置し、浮体物６は、第２ケーブル部４ｂと第３ケーブル部４ｃとの間に位置する。
　水中において、水中ステーション３に作用する重力は、水中ステーション３に作用する浮力より大きい。このため、図２に示すように、水中の水中ステーション３には、水中ステーション３の重力と浮力の合力である力Ｗ１が鉛直下方に作用する。すなわち、力Ｗ１は、水中ステーション３に作用する重力から水中ステーション３に作用する浮力を差し引いた値である。
　また、水中において、錘５に作用する重力は、錘５に作用する浮力より大きい。このため、図２に示すように、水中の錘５には、錘５の重力と浮力の合力である力Ｗ２が鉛直下方に作用する。すなわち、力Ｗ２は、錘５に作用する重力から錘５に作用する浮力を差し引いた値である。
　また、水中において、浮体物６に作用する重力は、浮体物６に作用する浮力より小さい。このため、図２に示すように、水中の浮体物６には、浮体物６の重力と浮力の合力である力Ｆが鉛直上方に作用する。すなわち、力Ｆは、浮体物６に作用する浮力から浮体物６に作用する重力を差し引いた値である。
　なお、水中の水中ステーション３、錘５、および浮体物６にそれぞれ作用する浮力は、水中ステーション３、錘５、および浮体物６の容積に基づく値である。また、水中ステーション３、錘５、および浮体物６にそれぞれ作用する重力は、水中ステーション３、錘５、および浮体物６の重量に基づく値である。
　このように、水中の水中ステーション３、錘５、および浮体物６にそれぞれ作用する力により、水上船２が水上にて停まっているときのケーブル４は、水上船２から下方へ延びる途中で一旦上方に延びた後、再度下方へと延びた形状となる。
　具体的には、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたとき、第１ケーブル部４ａは、水上船２から水面Ｓを通過して水中に位置する錘５に向かって下方に延びる。なお、第１ケーブル部４ａの長さは、水中に位置する錘５が水面Ｓから下方に十分に離間した位置に配置されるのに十分な長さである。第２ケーブル部４ｂは、錘５から（言い換えれば第１ケーブル部４ａの下端部から）浮体物６に向かって上方に延びる。第３ケーブル部４ｃは、浮体物６から（言い換えれば第２ケーブル部４ｂの上端部から）水中ステーション３に向かって下方に延びる。
　水上船２が水上にて停まっているとき、浮体物６は、第３ケーブル部４ｃにより水中ステーション３を吊下げている。より詳しくは、浮体物６に作用する力Ｆと水中ステーション３に作用する力Ｗ１とは、下記の式（１）の関係を満たす。
　Ｆ≧Ｗ１　　・・・（１）
　なお、本実施形態では、ケーブル４の重力及び浮力は、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重力および浮力に比べ無視できるほど小さいものとする。
　また、本実施形態において、浮体物６は、水中に位置するように構成されている。より詳しくは、第２ケーブル部４ｂおよび第３ケーブル部４ｃが浮体物６を下方へと引っ張る張力は、浮体物６に作用する力Ｆ以上に設定されている。この支援システム１において、水上船２が水上にて停まっているときの水中ステーション３の深度は一定の深度に維持されるように調整されるため、第３ケーブル部４ｃの張力は、力Ｗ１である。例えば第１ケーブル部４ａが弛んで、浮体物６が第２ケーブル部４ｂにより錘５を吊下げた状態となったときの第２ケーブル部４ｂの張力は、力Ｗ２である。
　このため、浮体物６が力Ｆで水上まで浮き上がらないための条件は、「Ｆ≦Ｗ１＋Ｗ２」という式で表される。この式を、浮体物６が力Ｆで水上まで浮き上がらないための力Ｗ２の条件として書き換えると、下記の式（２）となる。
　Ｗ２≧Ｆ－Ｗ１　　・・・（２）
　このように、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重量および容積は、上記の式（１）および式（２）を満たすように調整されている。これにより、水中ステーション３がぴんと張った状態の第３ケーブル部４ｃにより吊下げられた状態で、且つ、浮体物６が水中に位置する状態が実現される。
　ただし、水上船２が水上において停まっているときの錘５の水面Ｓからの深さｈが、第２ケーブル部４ｂの長さＬ以下である場合には、浮体物６は水上に達してしまう可能性がある。このため、本実施形態では、浮体物６が確実に水中に位置するように、水上船２が水上において停まっているときの錘５の水面Ｓからの深さｈは、第２ケーブル部４ｂの長さＬ以上となるように調整されている。
　以上に説明したように、本実施形態に係るＡＵＶ用の支援システム１によれば、ケーブル４が、水上船２から錘５に向かって下方に延びた後、当該錘５から浮体物６に向かって上方に延び、浮体物６から水中ステーション３に向かって下方に延びる。このため、水上船２が動いた場合でも、ケーブル４における水上船２と浮体物６の間の錘５が変位することで、浮体物６の変位量を抑えることができる。これにより、水中ステーション３に、ケーブル４を介して水上船２の動きが伝わるのを抑制することができる。
　（ＡＵＶドッキング時）
　図３は、支援システム１において、水中ステーション３にＡＵＶ７がドッキングした状態を示す図である。本実施形態では、水中ステーション３にＡＵＶ７がドッキングした状態でも、ケーブル４が、水上船２から錘５に向かって下方に延びた後、当該錘５から浮体物６に向かって上方に延び、浮体物６から水中ステーション３に向かって下方に延びる。
　水中において、ＡＵＶ７に作用する重力は、ＡＵＶ７に作用する浮力より小さい。このため、図３に示すように、水中のＡＵＶ７には、ＡＵＶ７の重力と浮力の合力である力ΔＦが鉛直上方に作用する。すなわち、力ΔＦは、ＡＵＶ７に作用する浮力からＡＵＶ７に作用する重力を差し引いた値である。
　ＡＵＶ７がドッキングした状態の水中ステーション３が水上に浮き上がらないために、ＡＵＶ７に作用する力ΔＦと水中ステーション３に作用する力Ｗ１とは、下記の式（３）の関係を満たす。
　ΔＦ＜Ｗ１　　　　　　　・・・（３）
　また、浮体物６が、ＡＵＶ７がドッキングした状態の水中ステーション３を第３ケーブル部４ｃにより吊下げている。より詳しくは、浮体物６に作用する力Ｆと水中ステーション３に作用する力Ｗ１とＡＵＶ７に作用する力ΔＦとは、下記の式（４）の関係を満たす。
　Ｆ＋ΔＦ≧Ｗ１　　　　　・・・（４）
　また、浮体物６は、水中に位置するように構成されている。より詳しくは、第２ケーブル部４ｂおよび第３ケーブル部４ｃが浮体物６を下方へと引っ張る張力は、浮体物６に作用する力Ｆ以上に設定されている。この支援システム１において、第３ケーブル部４ｃの張力は、水中ステーション３に鉛直下方に作用する力Ｗ１からＡＵＶ７に鉛直上方に作用する力ΔＦを差し引いた値である。また、例えば第１ケーブル部４ａが弛んで、浮体物６が第２ケーブル部４ｂにより錘５を吊下げた状態となったときの第２ケーブル部４ｂの張力は、力Ｗ２である。
　このため、浮体物６が力Ｆで水上まで浮き上がらないための条件は、「Ｆ≦（Ｗ１－ΔＦ）＋Ｗ２」という式で表される。この式を、浮体物６が力Ｆで水上まで浮き上がらないための力Ｗ２の条件として書き換えると、下記の式（５）となる。
　Ｗ２≧Ｆ＋ΔＦ－Ｗ１　　・・・（５）
　このように、水中ステーション３、錘５、および浮体物６ならびにＡＵＶ７のそれぞれの重量および容積は、上記の式（３）～（５）を満たすように調整されている。これにより、水中ステーション３にＡＵＶ７がドッキングした状態においても、水中ステーション３がぴんと張った状態の第３ケーブル部４ｃにより吊下げられた状態で、且つ、浮体物６が水中に位置する状態が実現される。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図である。また、図４では、図２と同様、水上船２が水上に停止した状態が示されている。
　なお、第２実施形態および後述する第３および第４実施形態において、重複した説明は適宜省略する。また、第２～第４実施形態において、「第１ケーブル部４ａ」を、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたときに、ケーブル４における水上船２から水面Ｓを通過して下方に延びる部分とし、「第２ケーブル部４ｂ」を、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたときに、ケーブル４における第１ケーブル部４ａの下端部から上方へと延びる部分とし、「第３ケーブル部４ｃ」を、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたときに、ケーブル４における第２ケーブル部４ｂの上端部から下方に延びて水中ステーション３につながる部分とする。
　本実施形態では、ケーブル４に、浮体物６が設けられているが、錘５が設けられていない。すなわち、第１ケーブル部４ａと第２ケーブル部４ｂとの間に錘５はない。代わりに、ケーブル４における浮体物６と水上船２との間の部分（すなわち、第１ケーブル部４ａと第２ケーブル部４ｂ）の重量が、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重力および浮力に比べ無視できない大きさとなっている。以下、ケーブル４における浮体物６と水上船２との間の部分を、「負浮力ケーブル部８」と称することとする。例えば、負浮力ケーブル部８は、比重がケーブル４の周りの水（例えば水、海水、湖水）の比重（例えば１）よりも比較的大きい物質で形成したり、伝送線やその周りの絶縁層などで構成されるケーブル本体の周りにケーブル４の周りの水の比重より重い物質が充填される充填層を設けて形成したり、ケーブル本体と比重の重い物質が充填される管とを一体化して形成したり、ケーブル本体の外部に等間隔に錘材を取り付けるなどして実現される。
　水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたとき、負浮力ケーブル部８に作用する重力は、負浮力ケーブル部８に作用する浮力より大きい。このため、図４に示すように、負浮力ケーブル部８には、負浮力ケーブル部８の重力と浮力の合力である力Ｗ３が鉛直下方に作用する。すなわち、力Ｗ３は、負浮力ケーブル部８に作用する重力から負浮力ケーブル部８に作用する浮力を差し引いた値である。負浮力ケーブル部８に作用する力Ｗ３は、下記の式（６）で表される。
　Ｗ３＝ｗａ×ｌａ－ｆａ×ｌｂ　　・・・（６）
　ただし、ｗａは、負浮力ケーブル部８の単位長さあたりの重力、ｌａは、負浮力ケーブル部８の全長、ｆａは、負浮力ケーブル部８の単位長さあたりの浮力、ｌｂは、負浮力ケーブル部８のうち没水部分（言い換えれば水面Ｓより下方部分）の長さである。
　また、本実施形態では、力Ｗ３が下記の式（７）を満たすように、負浮力ケーブル部８の単位長さあたりの重力ｗａおよび浮力ｆａ（つまり、重力ｗａおよび浮力ｆａに影響する単位長さあたりの重量や容積）が調整されている。
　Ｗ３≧Ｆ－Ｗ１　　・・・（７）
　こうして、図４に示すように、負浮力ケーブル部８は、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたときに、水上船２から水面Ｓを通過して下方に延びる第１ケーブル部４ａと、第１ケーブル部４ａの下端部から上方へと延びる第２ケーブル部４ｂとを含むこととなる。ただし、第２ケーブル部４ｂの長さを十分に確保されるように（例えば数ｍ）、負浮力ケーブル部８の単位長さあたりの重力ｗａは調整される。
　本実施形態でも、水上船２が動いた場合でも、第１ケーブル部４ａおよび第２ケーブル部４ｂの各々の下端部が変位することで、第３ケーブル部４ｃの変位量を抑えることができる。これにより、水中ステーション３に、ケーブル４を介して水上船２の動きが伝わるのを抑制することができる。
　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図である。また、図５では、図２および図４と同様、水上船２が水上に停止した状態が示されている。
　本実施形態では、ケーブル４に、錘５が設けられているが、浮体物６が設けられていない。すなわち、第２ケーブル部４ｂと第３ケーブル部４ｃとの間に浮体物６はない。代わりに、ケーブル４における錘５と水中ステーション３との間の部分に作用する浮力が、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重力および浮力に比べ無視できない大きさとなっている。以下、ケーブル４における浮体物６と水中ステーション３との間の部分を、「正浮力ケーブル部９」と称することとする。例えば、正浮力ケーブル部９は、比重がケーブル４の周りの水（例えば水、海水、湖水）の比重（例えば１）よりも比較的小さい物質で形成したり、伝送線やその周りの絶縁層などで構成されるケーブル本体の周りに空気などの気体が充填される気層を設けて形成したり、ケーブル本体と空気などの気体が充填される気管とを一体化して形成したり、ケーブル本体の外部に等間隔に浮力材を取り付けるなどして実現される。
　水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたとき、正浮力ケーブル部９に作用する重力は、正浮力ケーブル部９に作用する浮力より小さい。このため、図５に示すように、正浮力ケーブル部９には、正浮力ケーブル部９の重力と浮力の合力である力Ｆ２が鉛直上方に作用する。すなわち、力Ｆ２は、正浮力ケーブル部９に作用する浮力から正浮力ケーブル部９に作用する重力を差し引いた値である。正浮力ケーブル部９に作用する力Ｆ２は、下記の式（８）で表される。
　Ｆ２＝ｆｂ×ｌｃ－ｗｂ×ｌｃ＝（ｆｂ－ｗｂ）×ｌｃ　　・・・（８）
　ただし、ｆｂは、正浮力ケーブル部９の単位長さあたりの浮力、ｗｂは、正浮力ケーブル部９の単位長さあたりの重力、ｌｃは、正浮力ケーブル部９の全長である。
　また、本実施形態では、力Ｆ２が下記の式（９）および（１０）を満たすように、正浮力ケーブル部９の単位長さあたりの重力ｗｂおよび浮力ｆｂ（つまり、重力ｗｂおよび浮力ｆｂに影響する単位長さあたりの重量や容積）が調整されている。
　Ｆ２≧Ｗ１　　　　　・・・（９）
　Ｗ２≧Ｆ２－Ｗ１　　・・・（１０）
　こうして、図５に示すように、正浮力ケーブル部９は、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたときに、第１ケーブル部４ａの下端部に位置する錘５から上方へと延びる第２ケーブル部４ｂと、第２ケーブル部４ｂの上端部から下方に延びて水中ステーション３につながる第３ケーブル部４ｃとを含むこととなる。
　本実施形態でも、水上船２が動いた場合でも、第１ケーブル部４ａおよび第２ケーブル部４ｂの各々の下端部に位置する錘５が変位することで、第３ケーブル部４ｃの変位量を抑えることができる。これにより、水中ステーション３に、ケーブル４を介して水上船２の動きが伝わるのを抑制することができる。
　＜第４実施形態＞
　次に、本発明の第４実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、第４実施形態に係るＡＵＶ用の支援システムを概略的に示した模式図である。また、図６では、図２、４および５と同様、水上船２が水上に停止した状態が示されている。
　本実施形態では、ケーブル４に、錘５も浮体物６も設けられていない。代わりに、ケーブル４は、第２実施形態で説明された負浮力ケーブル部８と同じ構成の負浮力ケーブル部１０と、第３実施形態で説明された正浮力ケーブル部９と同じ構成の正浮力ケーブル部１１とを含む。負浮力ケーブル部１０は、ケーブル４における、作用する重力が、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重力および浮力に比べ無視できない大きさとなっている部分である。正浮力ケーブル部１１は、ケーブル４における、作用する浮力が、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重力および浮力に比べ無視できない大きさとなっている部分である。
　負浮力ケーブル部１０は、水上船２から延び、負浮力ケーブル部１０の一端が正浮力ケーブル部１１の一端とつながっている。また、正浮力ケーブル部１１の他端が水中ステーション３につながっている。
　負浮力ケーブル部１０には、負浮力ケーブル部１０の重力と浮力の合力である力Ｗ３が鉛直下方に作用し、力Ｗ３は、上記の式（６）で表される。また、正浮力ケーブル部１１には、正浮力ケーブル部１１の重力と浮力の合力である力Ｆ２が鉛直上方に作用し、力Ｆ２は、上記の式（８）で表される。
　また、本実施形態では、力Ｗ３および力Ｆ２が下記の式（１１）を満たすように、負浮力ケーブル部１０の単位長さあたりの重力ｗａおよび浮力ｆａ、ならびに、正浮力ケーブル部１１の単位長さあたりの重力ｗｂおよび浮力ｆｂが調整されている。
　Ｗ３≧Ｆ２－Ｗ１　　・・・（１１）
　こうして、図６に示すように、水上に停止した状態の水上船２からケーブル４により水中ステーション３を水中に吊下げたときに、負浮力ケーブル部１０は、水上船２から水面Ｓを通過して下方に延びる第１ケーブル部４ａと、第１ケーブル部４ａの下端部から上方へと延びる第２ケーブル部４ｂの一部とを含み、正浮力ケーブル部１１は、第１ケーブル部４ａの下端部から上方へと延びる第２ケーブル部４ｂの一部と、第２ケーブル部４ｂの上端部から下方に延びて水中ステーション３につながる第３ケーブル部４ｃとを含むこととなる。言い換えれば、第２ケーブル部４ｂに、負浮力ケーブル部１０と正浮力ケーブル部１１との接続部分が位置する。
　本実施形態でも、水上船２が動いた場合でも、第１ケーブル部４ａおよび第２ケーブル部４ｂの各々の下端部が変位することで、第３ケーブル部４ｃの変位量を抑えることができる。これにより、水中ステーション３に、ケーブル４を介して水上船２の動きが伝わるのを抑制することができる。
　＜その他の実施形態＞
　本発明は、上述した実施形態に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で種々の変形が可能である。
　例えば、図２，３に示した支援システム１の模式図は、支援システム１の各要素の関係を分かり易く説明するために示されたにすぎず、図２，３は、本発明を制限するものではない。例えば、図２，３では、第１ケーブル部４ａが鉛直方向に延びるように示されたが、水上船２が水上にて停まっているときの第１ケーブル部４ａが、鉛直方向に対して若干傾斜していてもよい。また、図２，３では、第２ケーブル部４ｂが鉛直方向に対して傾斜するように示されたが、水上船２が水上にて停まっているときの第２ケーブル部４ｂが、鉛直方向に延びていてもよい。
　また、図１では、ＡＵＶ７は示されていないが、水中ステーション３は、ＡＵＶ７がドッキングされた状態で、ケーブル４に引っ張られて曳航されてもよい。
　また、第２～第４実施形態でも、第１実施形態と同様に、水中ステーション３にＡＵＶ７がドッキングした状態でも、ケーブル４が、水上船２から錘５に向かって下方に延びた後、当該錘５から浮体物６に向かって上方に延び、浮体物６から水中ステーション３に向かって下方に延びてもよい。各式の「Ｆ」，「Ｆ２」はそれぞれ「Ｆ＋ΔＦ」，「Ｆ２＋ΔＦ」に置き換わる。また、第２～第４実施形態でも、水上船２が水上において停まっているときの第２ケーブル部４ｂの下端部（言い換えれば第１ケーブル部４ａの下端部）の水面Ｓからの深さｈが、第２ケーブル部４ｂの長さＬ以上となるように調整されてもよい。
　第２実施形態において、ケーブル４において重量が大きい部分である負浮力ケーブル部８は、ケーブル４における浮体物６と水上船２との間の全体でなくてもよく、その中で水中に浸る一部分であってもよい。第３実施形態において、ケーブル４において浮力が大きい部分である正浮力ケーブル部９は、ケーブル４における浮体物６と水中ステーション３との間の全体でなくてもよく、その中の一部分であってもよい。第４実施形態において、ケーブル４は、負浮力ケーブル部１０の一端が正浮力ケーブル部１１の一端との間や、負浮力ケーブル部１０の他端と水上船２との間、負浮力ケーブル部１０の他端と水中ステーション３との間などに、重力及び浮力が水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重力および浮力に比べ無視できるほど小さいケーブル部分を含んでもよい。
　また、水上船２が水上にて停まっているとき、第１ケーブル部４ａおよび第２ケーブル部４ｂの一方が弛んでいてもよい。例えば、浮体物６に鉛直上方に作用する力Ｆと、水中の水中ステーション３に鉛直下方に作用する力Ｗ１が同程度である場合、第２ケーブル部４ｂは弛むことが考えられる。なお、この場合、水上船２が水上において停まっているときの錘５の水面Ｓからの深さｈが、ケーブル４における浮体物６と錘５の間の部分の長さ以上でなくてもよい。
　また、上記実施形態では、水中ステーション３が、ＡＵＶとドッキングすることにより、水中にてＡＵＶの内蔵バッテリを充電することが可能となる、および／または水中にてＡＵＶが取得したデータを水上船２にケーブル４を介して送ることが可能となるように構成されたが、本発明の水中ステーションはこれに限定されない。例えば、水中ステーションは、ＡＵＶとドッキング可能に構成されていればよい（すなわち、水中ステーションは、ドッキングしたＡＵＶを水上船により曳航させ、当該ＡＵＶを目的地に移動させる役割だけを果たすものであってもよい）。
　なお、水中の水中ステーション３、錘５、および浮体物６にそれぞれ作用する浮力に、水中ステーション３、錘５、および浮体物６が位置する水の比重（例えば支援システム１を海で使用する場合にはその海水の比重）が考慮されることは言うまでもない。水中ステーション３を使用する水の比重が多少変動しても（例えば真水の比重と塩分濃度の高い海水の比重の間で変動しても）、上記の式（１）～（１１）を満たすように、水中ステーション３、錘５、および浮体物６のそれぞれの重量および容積が調整されてもよい。
１　　：支援システム
２　　：水上船
３　　：水中ステーション
４　　：ケーブル
４ａ　：第１ケーブル部
４ｂ　：第２ケーブル部
４ｃ　：第３ケーブル部
５　　：錘
６　　：浮体物
７　　：ＡＵＶ（自律型無人潜水機）
 
 

Claims (6)

  1. 　水上船と、
    　水中を自律航走する自律型無人潜水機を支援するための水中ステーションと、
    　前記水上船と前記水中ステーションとを繋ぐケーブルと、を備え、
    　前記ケーブルは、水上に停止した状態の前記水上船から前記ケーブルにより前記水中ステーションを水中に吊下げたときに、前記水上船から水面を通過して下方に延びる第１ケーブル部と、前記第１ケーブル部の下端部から上方へと延びる第２ケーブル部と、前記第２ケーブル部の上端部から下方に延びて前記水中ステーションにつながる第３ケーブル部とを含む、自律型無人潜水機用の支援システム。
  2. 　前記第１ケーブル部と前記第２ケーブル部との間に位置する錘を更に備える、請求項１に記載の自律型無人潜水機用の支援システム。
  3. 　前記第２ケーブル部と前記第３ケーブル部との間に位置する浮体物を更に備える、請求項１または２に記載の自律型無人潜水機用の支援システム。
  4. 　前記第１ケーブル部と前記第２ケーブル部との間に位置する錘と、前記第２ケーブル部と前記第３ケーブル部との間に位置する浮体物とを更に備え、
    　前記水中ステーション、前記錘、および前記浮体物のそれぞれの重量および容積は、下記の式（１）および式（２）を満たすように調整される、請求項１に記載の自律型無人潜水機用の支援システム。
    　Ｆ≧Ｗ１　　　　　・・・（１）
    　Ｗ２≧Ｆ－Ｗ１　　・・・（２）
    　ただし、Ｆは、水中において前記浮体物の容積に基づき前記浮体物に作用する浮力から、前記浮体物の重量に基づき前記浮体物に作用する重力を差し引いた値であり、Ｗ１は、前記水中ステーションの重量に基づき前記水中ステーションに作用する重力から、水中において前記前記水中ステーションの容積に基づき前記水中ステーションに作用する浮力を差し引いた値であり、Ｗ２は、前記錘の重量に基づき前記錘に作用する重力から、水中において前記錘の容積に基づき前記錘に作用する浮力を差し引いた値である。
  5. 　前記水中ステーションは、前記自律型無人潜水機とドッキング可能に構成されており、
    　前記水中ステーション、前記錘、および前記浮体物、ならびに、前記自律型無人潜水機のそれぞれの重量および容積は、下記の式（３）～（５）を満たすように調整される、請求項４に記載の自律型無人潜水機用の支援システム。
    　ΔＦ＜Ｗ１　　　　　　　・・・（３）
    　Ｆ＋ΔＦ≧Ｗ１　　　　　・・・（４）
    　Ｗ２≧Ｆ＋ΔＦ－Ｗ１　　・・・（５）
    　ただし、Ｆは、水中において前記浮体物の容積に基づき前記浮体物に作用する浮力から、前記浮体物の重量に基づき前記浮体物に作用する重力を差し引いた値であり、Ｗ１は、前記水中ステーションの重量に基づき前記水中ステーションに作用する重力から、水中において前記前記水中ステーションの容積に基づき前記水中ステーションに作用する浮力を差し引いた値であり、Ｗ２は、前記錘の重量に基づき前記錘に作用する重力から、水中において前記錘の容積に基づき前記錘に作用する浮力を差し引いた値であり、ΔＦは、水中において前記自律型無人潜水機の容積に基づき前記自律型無人潜水機に作用する浮力から、前記自律型無人潜水機の重量に基づき前記自律型無人潜水機に作用する重力を差し引いた値である。
  6. 　前記第１ケーブル部と前記第２ケーブル部との間に位置する錘と、前記第２ケーブル部と前記第３ケーブル部との間に位置する浮体物とを更に備え、
    　前記ケーブルにおける前記錘の位置は、前記水上船が水上において停まっているときの前記錘の水面からの深さが、前記ケーブルにおける前記浮体物と前記錘の間の部分の長さ以上となるように調整されている、請求項１または４に記載の自律型無人潜水機用の支援システム。
     
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