JP2008120316A - Buoyancy adjusting device, underwater sailing body, and buoyancy adjusting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海洋調査を行う水中航走体等の浮力調整に用いる浮力調整装置とそれを備えた水中航走体、及び、浮力調整方法に関する。 The present invention relates to a buoyancy adjustment device used for buoyancy adjustment of an underwater vehicle or the like that conducts ocean surveys, an underwater vehicle equipped with the same, and a buoyancy adjustment method.
近年、全地球規模における環境変化の予測に関する研究や環境保全に関する研究が行われるようになってきている。これらの研究には地球環境に大きな影響を及ぼす海洋に関する時間的・空間的な観測データが必要となるため、観測機器を係留して観測が行われてきた。 In recent years, research on prediction of environmental change on a global scale and research on environmental conservation have been conducted. These studies require temporal and spatial observational data on the ocean, which has a major impact on the global environment, so observations have been carried out with mooring equipment.
しかしながら、係留方式では水深方向の離散的なデータしか得ることができないという問題や、係留された観測機器を回収するまで計測データを確認できず、係留終了までは観測の成否を確かめることができないという問題や、観測機器を係留するに際して、その設計から投入までに多大な労力、時間、費用が必要になるという問題等があった。 However, the mooring method can only obtain discrete data in the depth direction, and the measurement data cannot be confirmed until the moored observation equipment is collected, and the success or failure of the observation cannot be confirmed until the mooring is completed. There was a problem, and when mooring the observation equipment, there was a problem that a great deal of labor, time and cost were required from its design to introduction.
このような問題を解決し、観測対象水域において鉛直空間・時間連続データを取得するために、バーチャルモアリング（係留されることなく観測水域に留まる）用の水中ビークルと呼ばれる水中航走体が開発されつつある。この水中航走体は、長期間連続観測を行うためにエネルギー消費量を極力抑え、また、機械的信頼性を確保するために、潜降したり浮上したりする時はグライディング（滑走：gliding)により移動して、観測水域に留まるように構成される。 An underwater vehicle called an underwater vehicle for virtual mooring (which stays in the observation area without being moored) has been developed to solve such problems and to acquire continuous vertical space and time data in the observation area. It is being done. This underwater vehicle will minimize energy consumption for long-term continuous observation, and gliding when descending or ascending to ensure mechanical reliability. Configured to stay in the observation area.
この水中航走体は、その機体内部に各種の観測機器を搭載し、バーチャルモアリングを実施する水域の水面と水底とを往復しながら、観測データを収集する。この水中航走体の潜降時及び浮上時に計測された各種の観測データは、水中航走体が浮上した時に、人工衛星を介して電波により基地局に逐次送信される。また、水面浮上時にはＧＰＳにより自機の位置を確認して、潮流等の影響により観測対象の設定水域から外れている場合には、潜降時に機体の運動を制御して設定水域の設定水深に帰還する。 This underwater vehicle is equipped with various observation devices inside its body and collects observation data while reciprocating between the water surface and the bottom of the water area where virtual mooring is performed. The various observation data measured when the underwater vehicle is descending and ascending are sequentially transmitted to the base station by radio waves via an artificial satellite when the underwater vehicle is ascending. In addition, the position of the aircraft is confirmed by GPS at the time of ascent of the water surface, and if it is out of the set water area to be observed due to the influence of tidal current etc., the movement of the aircraft is controlled at the time of descent to the set water depth of the set water area Return.
この水中航走体は、定期的に潜降と浮上を繰り返しながら、観測水域の計測を続けるが、計測と計測の間では、水底に機体を着底させて待機し、潮流等により機体が流されることを防ぐ。 This underwater vehicle continues to measure the observation water area while periodically descending and ascending, but between the measurements, the aircraft lands on the bottom of the water and waits, and the aircraft flows due to tidal currents, etc. To prevent it.
この水中航走体の一つとして、例えば、図６〜図８に示すような円盤形状の機体を持ち、機体においては、前後方向等の方向性を持たない全方位滑走可能な水中航走体が開発されている。この水中航走体は、中性浮力により水中に留まるように構成されると共に、搭載した浮力調整装置により浮力を減少又は増加して沈降又は浮上を選択し、この沈降時と浮上時において、搭載した重心移動装置により機体の重心位置を任意の方向に移動することにより、その方向にグライディングするように構成される。 As one of the underwater vehicles, for example, an underwater vehicle that has a disk-shaped aircraft as shown in FIGS. 6 to 8 and can be omnidirectionally slidable without any directionality in the front-rear direction or the like. Has been developed. This underwater vehicle is configured to stay in the water by neutral buoyancy, and the buoyancy is reduced or increased by the mounted buoyancy adjustment device to select settlement or levitation. By moving the position of the center of gravity of the airframe in an arbitrary direction by the center of gravity moving device, the gliding is performed in that direction.
即ち、潜降時には浮力調整装置により浮力を減少させ、重量よりも浮力を小さくすると共に、重心移動装置により機体の重心位置を機体の浮心位置からグライディング方向に移動することにより、機体を傾斜させるモーメントを発生し、機体の姿勢を頭下げの状態にしてその方向にグライディングさせる。また、浮上時には浮力調整装置により浮力を増加させ、重量よりも浮力を大きくすると共に、重心移動装置により重心位置を浮心位置からグライディング方向に移動することにより、機体を傾斜させるモーメントを発生し、機体の姿勢を頭上げの状態にしてその方向にグライディングさせる。この潜降時と浮上時のグライディングによる移動で、水中航走体は対象水域内に留まることができる。また、用途によっては目標位置に移動できる。 In other words, the buoyancy is reduced by the buoyancy adjustment device at the time of descent, and the buoyancy is made smaller than the weight, and the center of gravity of the aircraft is moved from the buoyancy position of the aircraft in the gliding direction by the center of gravity moving device to tilt the aircraft A moment is generated, and the attitude of the fuselage is lowered to gliding in that direction. Also, at the time of ascent, the buoyancy is increased by the buoyancy adjustment device, the buoyancy is made larger than the weight, and the moment of gravity is generated by moving the center of gravity position from the buoyancy position to the gliding direction by the center of gravity movement device, Glide in the direction of the aircraft with its head raised. The underwater vehicle can stay in the target water area due to gliding during descent and ascent. Moreover, it can move to a target position depending on the application.
この全方位滑走可能な水中航走体の移動を可能にするためには、浮力調整装置が必要となる。この浮力調整装置として、円筒状のチャンバとピストンを有するシリンダ構造の浮力調整装置を水中に露出させて設けて、ピストンを軸線方向に移動させることにより、チャンバ内の浮力調整室の容積を変化させることにより、浮力を変化させる無人潜水機の浮力調整装置が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。 In order to enable movement of the underwater vehicle capable of omnidirectional sliding, a buoyancy adjusting device is required. As this buoyancy adjustment device, a cylindrical buoyancy adjustment device having a cylindrical chamber and a piston is provided exposed in water, and the volume of the buoyancy adjustment chamber in the chamber is changed by moving the piston in the axial direction. Thus, a buoyancy adjustment device for an unmanned submersible that changes buoyancy is used (for example, see Patent Document 1).
また、船体の側壁に形成された孔部に排水シートを設け、この排水シートを船体の内部側と外部側に移動させたり、ゴム製の蛇腹を伸縮させたりして、船体の排水量を増減し、船体の浮力を調整する潜水玩具用の浮力調整装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。 In addition, a drainage sheet is provided in the hole formed in the side wall of the hull, and this drainage sheet is moved to the inside and outside of the hull, or the rubber bellows is expanded and contracted to increase or decrease the drainage amount of the hull. A buoyancy adjustment device for a diving toy that adjusts the buoyancy of a hull has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、このような浮力調整装置装置は、ピストンの移動に伴って浮心位置および重心位置が変化するため、浮力調整時に水中航走体の重心位置及び浮心位置が変化してしまうので、浮力と重心位置の変更とを独立に制御できず、水中航走体の制御が複雑になり、特に、図６〜図８に示すような可変翼を持たない円盤型の全方位滑走可能な水中航走体には適用が難しいという問題がある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、全方位滑走可能な水中航走体等に搭載可能で、重心位置と浮心位置を変化させることなく、浮力の増減を可能にして、浮力調整と重心移動を切り離して制御でき、水中航走体の滑走制御を簡便にすることができる浮力調整装置とそれを備えた水中航走体及び浮力調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and its purpose is to be able to be mounted on an underwater vehicle capable of omnidirectional sliding, and the buoyancy without changing the position of the center of gravity and the buoyancy position. Provides a buoyancy adjustment device that can control the buoyancy adjustment and the center of gravity movement separately, making it easy to control the underwater vehicle's sliding control, and an underwater vehicle and buoyancy adjustment method provided with the same. There is to do.
上記の目的を達成するための本発明の浮力調整装置は、水密区画から水中へ露出する浮力調整部分を有する浮体を移動して、前記浮力調整部分が水密区画外の水中へ露出する量を増減することにより、浮力調整をおこなう浮力調整装置であって、重心位置と浮心位置の上下方向以外の方向の移動を伴わなずに浮力を変化させるように構成される。この構成によれば、水平方向に関して、浮力調整と重心移動を切り離して制御できるようになるので、水中航走体の滑走制御を簡便にすることができる。 In order to achieve the above object, the buoyancy adjustment device of the present invention moves a floating body having a buoyancy adjustment portion exposed to the water from the watertight compartment, and increases or decreases the amount of the buoyancy adjustment portion exposed to the water outside the watertight compartment. Thus, the buoyancy adjustment device performs buoyancy adjustment, and is configured to change the buoyancy without moving the center of gravity position and the buoyancy position in directions other than the vertical direction. According to this configuration, the buoyancy adjustment and the movement of the center of gravity can be controlled separately in the horizontal direction, so that the underwater vehicle's sliding control can be simplified.
なお、上記の上下方向と水平方向は理解し易くするために仮称しており、浮力調整装置に対して、また、この浮力調整装置を搭載する装置に対しても、特にその方向を特定されることはなく、単に移動を固定する方向を上下方向と称しているに過ぎない。以下も同じである。 Note that the above vertical direction and horizontal direction are tentatively named for ease of understanding, and the direction is specified particularly for the buoyancy adjusting device and also for the device on which the buoyancy adjusting device is mounted. The direction in which movement is fixed is simply referred to as the up-down direction. The same applies to the following.
また、上記の浮力調整装置において、水密区画から水中へ露出する浮力調整部分を有する浮体を移動して、前記浮力調整部分が水密区画外の水中へ露出する量を増減することにより、浮力調整をおこなう浮力調整装置であって、重心位置と浮心位置の上下方向も含む全方向の移動を伴わなずに浮力を変化させるように構成される。この構成によれば、水平方向だけでなく、上下方向に関しても浮力調整と重心移動を切り離して制御できるようになるので、水中航走体の滑走制御をより簡便にすることができる。 Further, in the above buoyancy adjustment device, the buoyancy adjustment is performed by moving a floating body having a buoyancy adjustment portion exposed to the water from the watertight section and increasing or decreasing the amount of the buoyancy adjustment portion exposed to the water outside the watertight section. A buoyancy adjustment device that performs buoyancy without omnidirectional movement including the vertical position of the center of gravity and buoyancy position. According to this configuration, the buoyancy adjustment and the gravity center movement can be separated and controlled not only in the horizontal direction but also in the vertical direction, so that the underwater vehicle's sliding control can be simplified.
上記の浮力調整装置において、互いに直交する３軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とし、該３軸の交点をＯとした時に、水密区画から露出する浮力調整部分を有する浮体を、前記浮力調整部分を対にして交点Ｏに対して点対称に配置すると共に、前記浮力調整部分が出入りする前記水密区画における前記浮力調整部分と接触する出入口を交点Ｏに対して点対称になるように形成し、前記浮体の重心位置と前記浮力調整部分の浮心位置が前記交点Ｏに対して点対称となる状態を維持しながら、前記浮体を同時に移動して、前記浮力調整部分が水密区画外の水中へ露出する量を増減するように構成する。このＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸は必ずしもこの浮力調整装置を搭載する水中航走体の軸線と一致させる必要はなく、水中航走体の軸線とは関係無く別個に設けてよい。 In the above buoyancy adjustment device, the buoyancy adjustment is performed on a buoyant body having a buoyancy adjustment portion exposed from a watertight section when the three axes orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis, and an intersection of the three axes is O. A pair of portions are arranged symmetrically with respect to the intersection point O, and an entrance / exit that contacts the buoyancy adjustment portion in the watertight section where the buoyancy adjustment portion enters and exits is formed to be point symmetric with respect to the intersection point O. The buoyancy adjustment part is moved underwater outside the watertight compartment by simultaneously moving the floating body while maintaining a state where the center of gravity of the floating body and the buoyancy position of the buoyancy adjustment part are point-symmetric with respect to the intersection O. The amount of exposure is increased or decreased. The three axes, the X axis, the Y axis, and the Z axis, do not necessarily have to coincide with the axis of the underwater vehicle on which the buoyancy adjusting device is mounted, and may be provided separately regardless of the axis of the underwater vehicle.
この構成によれば、点対称に配置された浮体が点対称に移動するので、対になっている浮体の全体として重心位置と浮心位置とはこの点対称の中心Ｏから移動しないので、浮力が変化しても、浮力調整装置全体としての重心位置と浮心位置は変化しない。この点対称の構成は比較的容易に形成できるので、上記の重心位置と浮心位置の両方の移動を伴わなずに浮力を変化させる構成を実施できるようになる。 According to this configuration, since the floating body arranged in a point symmetry moves in a point symmetry, the centroid position and the buoyancy position as a whole of the paired floating bodies do not move from the point-symmetric center O. Even if changes, the position of the center of gravity and the position of the buoyancy as the whole buoyancy adjusting device do not change. Since this point-symmetric configuration can be formed relatively easily, it is possible to implement a configuration in which the buoyancy is changed without the movement of both the center of gravity position and the buoyancy position.
あるいは、前記の浮力調整装置において、互いに直交する３軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とし、該３軸の交点をＯとした時に、水密区画から露出する浮力調整部分を有する浮体を、前記浮力調整部分を対にしてＺ軸に対して線対称に配置すると共に、前記浮力調整部分が出入りする前記水密区画における前記浮力調整部分と接触する出入口をＺ軸に対して線対称になるように形成し、前記浮体の重心位置と前記浮力調整部分の浮心位置がＺ軸に対して線対称となる状態を維持しながら、前記浮体を同時に移動して、前記浮力調整部分が水密区画外の水中へ露出する量を増減するように構成する。このＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸は必ずしもこの浮力調整装置を搭載する水中航走体の軸線と一致させる必要はなく、水中航走体の軸線とは関係無く別個に設けてよい。 Alternatively, in the buoyancy adjusting device, a floating body having a buoyancy adjusting portion exposed from a watertight section when the three axes orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis, and an intersection of the three axes is O. A pair of buoyancy adjustment portions are arranged symmetrically with respect to the Z axis, and an entrance / exit in contact with the buoyancy adjustment portion in the watertight compartment where the buoyancy adjustment portion enters and exits is symmetrical with respect to the Z axis. Forming the center of gravity of the floating body and the center of buoyancy adjustment of the buoyancy adjustment portion while maintaining a state of being symmetrical with respect to the Z axis, and simultaneously moving the floating body so that the buoyancy adjustment portion is outside the watertight compartment. Configure to increase or decrease the amount of exposure to water. The three axes, the X axis, the Y axis, and the Z axis, do not necessarily have to coincide with the axis of the underwater vehicle on which the buoyancy adjusting device is mounted, and may be provided separately regardless of the axis of the underwater vehicle.
この構成によれば、線対称に配置された浮体がＺ軸に対して線対称に移動するので、重心位置と浮心位置とはＸＹ面に平行に移動するので、一対の浮体の全体としての重心位置と浮心位置はＸ軸とＹ軸の座標に関して変化せず、浮力調整装置全体としての重心位置と浮心位置はＸ軸とＹ軸の座標に関して変化しない。即ち、平面的な方位に関しては重心位置と浮心位置は変化しない。また、Ｚ軸方向には移動しないので、全方向に対して移動しなくなる。この線対称の構成は比較的容易に形成できるので、上記の重心位置と浮心位置の両方の平面的な方位に関しての移動を伴わなずに浮力を変化させる構成を実施できるようになる。従って、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した浮力調整装置となる。 According to this configuration, since the floating body arranged in line symmetry moves in line symmetry with respect to the Z axis, the center of gravity position and the floating center position move in parallel to the XY plane. The gravity center position and the buoyancy position do not change with respect to the coordinates of the X axis and the Y axis, and the gravity center position and the buoyancy position as the whole buoyancy adjusting device do not change with respect to the coordinates of the X axis and the Y axis. That is, the center of gravity position and the buoyancy position do not change with respect to the planar orientation. Moreover, since it does not move in the Z-axis direction, it does not move in all directions. Since this line-symmetric configuration can be formed relatively easily, it is possible to implement a configuration in which the buoyancy is changed without accompanying movement in the planar orientation of both the gravity center position and the buoyancy position. Therefore, the buoyancy adjustment device is suitable for mounting on an underwater vehicle capable of omnidirectional sliding.
あるいは、前記の浮力調整装置において、互いに直交する３軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とし、該３軸の交点をＯとした時に、水密区画から露出する浮力調整部分を有する浮体を、前記浮力調整部分を対にしてＹＺ平面に対して面対称に配置すると共に、前記浮力調整部分が出入りする前記水密区画における前記浮力調整部分と接触する出入口をＹＺ平面に対して面対称になるように形成し、前記浮体の重心位置と前記浮力調整部分の浮心位置がＹＺ平面に対して面対称となる状態を維持しながら、前記浮体を同時に移動して、前記浮力調整部分が水密区画外の水中へ露出する量を増減するように構成する。このＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸は必ずしもこの浮力調整装置を搭載する水中航走体の軸線と一致させる必要はなく、水中航走体の軸線とは関係無く別個に設けてよい。 Alternatively, in the buoyancy adjusting device, a floating body having a buoyancy adjusting portion exposed from a watertight section when the three axes orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis, and an intersection of the three axes is O. A pair of buoyancy adjustment portions are arranged symmetrically with respect to the YZ plane, and an entrance / exit in contact with the buoyancy adjustment portion in the watertight compartment where the buoyancy adjustment portion enters and exits is symmetrical with respect to the YZ plane. Forming the center of gravity of the floating body and the center of buoyancy adjustment of the buoyancy adjustment portion while maintaining plane symmetry with respect to the YZ plane, and simultaneously moving the floating body so that the buoyancy adjustment portion is outside the watertight compartment. Configure to increase or decrease the amount of exposure to water. The three axes, the X axis, the Y axis, and the Z axis, do not necessarily have to coincide with the axis of the underwater vehicle on which the buoyancy adjusting device is mounted, and may be provided separately regardless of the axis of the underwater vehicle.
この構成によれば、面対称に配置された浮体がＹＺ平面に対して面対称に移動するので、重心位置と浮心位置とはＸ軸上又はＸ軸に平行に移動するので、一対の浮体の全体としての重心位置と浮心位置はＸ軸とＹ軸の座標に関して変化せず、浮力調整装置全体としての重心位置と浮心位置はＸ軸とＹ軸の座標に関して変化しない。即ち、平面的な方位に関しては重心位置と浮心位置は変化しない。この面対称の構成は比較的容易に形成できるので、上記の重心位置と浮心位置の両方の平面的な方位に関しての移動を伴わなずに浮力を変化させる構成を実施できるようになる。従って、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した浮力調整装置となる。この場合はＺ軸方向に関して浮心位置が移動する場合も含んでいる。 According to this configuration, since the floating body arranged in plane symmetry moves in plane symmetry with respect to the YZ plane, the gravity center position and the floating center position move on the X axis or parallel to the X axis. The center of gravity position and the buoyancy position as a whole do not change with respect to the coordinates of the X axis and the Y axis, and the center of gravity position and the buoyancy position as the whole buoyancy adjusting device do not change with respect to the coordinates of the X axis and the Y axis. That is, the center of gravity position and the buoyancy position do not change with respect to the planar orientation. Since this plane-symmetric configuration can be formed relatively easily, it is possible to implement a configuration in which the buoyancy is changed without accompanying movement in the planar orientation of both the gravity center position and the buoyancy position. Therefore, the buoyancy adjustment device is suitable for mounting on an underwater vehicle capable of omnidirectional sliding. This case includes a case where the buoyancy position moves in the Z-axis direction.
上記の浮力調整装置において、前記浮力調整部分をＸＹ平面に対称かつＺＸ平面に対称に形成すると、平面的な方位方向だけでなく、Ｚ軸方向に関しての浮心位置の移動がなくなるので、Ｚ軸方向に関しても浮力調整と重心移動を切り離して制御できるようになり、水中航走体の滑走制御をより簡便にすることができる。 In the above buoyancy adjustment device, if the buoyancy adjustment part is formed symmetrically with respect to the XY plane and symmetrical with respect to the ZX plane, the buoyancy position not only moves in the planar azimuth direction but also moves in the Z axis direction. The buoyancy adjustment and the movement of the center of gravity can be controlled separately with respect to the direction, and the underwater vehicle can be controlled more easily.
更に、上記の浮力調整装置において、前記浮力調整部分を円筒体、楕円筒体、四角柱体、円錐体、角錐のいずれか一つで形成する。これらの形状は比較的簡単に形成することができるので、浮力調整装置の構成が簡略化され、製造も容易となる。 Further, in the above buoyancy adjustment device, the buoyancy adjustment portion is formed of any one of a cylindrical body, an elliptic cylinder, a quadrangular prism, a cone, and a pyramid. Since these shapes can be formed relatively easily, the configuration of the buoyancy adjusting device is simplified and the manufacture is facilitated.
そして、上記の浮力調整装置を備えた水中航走体は、機体の重心位置と浮心位置を変化させることなく、浮力の増減を可能にして、浮力調整と重心移動を切り離して制御でき、水中航走体の滑走制御を簡便にすることができる水中航走体となる。 The underwater vehicle equipped with the buoyancy adjustment device described above can control the buoyancy adjustment and the movement of the center of gravity independently by making it possible to increase or decrease the buoyancy without changing the center of gravity position and buoyancy position of the aircraft. It becomes an underwater vehicle that can simplify the sliding control of the medium vehicle.
本発明の浮力調整方法は、上記の浮力調整装置において、前記浮体を移動させて、前記浮力調整部分が水密区画外の水中へ露出する量を増減することを特徴とする。この浮力調整方法、及び、この浮力調整方法を用いた水中航走体における浮力調整方法によると、非常に簡単に制御できるので、浮力調整装置の構成が単純化される。また、機体の重心位置と浮心位置を変化させることなく、浮力の増減を可能にして、浮力調整と重心移動を切り離して制御でき、水中航走体の滑走制御を簡便にすることができる。そのため、水中航走体の位置制御が容易となる。また、重心位置と浮心位置の移動が無く、方向性が無いので、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した浮力調整方法となる。 The buoyancy adjustment method of the present invention is characterized in that, in the buoyancy adjustment apparatus, the floating body is moved to increase or decrease the amount of the buoyancy adjustment portion exposed to the water outside the watertight compartment. According to this buoyancy adjustment method and the buoyancy adjustment method in an underwater vehicle using this buoyancy adjustment method, control is very simple, so the configuration of the buoyancy adjustment device is simplified. In addition, the buoyancy can be increased or decreased without changing the center of gravity position and the buoyancy position of the airframe, and the buoyancy adjustment and the center of gravity movement can be separated and controlled. Therefore, the position control of the underwater vehicle becomes easy. In addition, since there is no movement between the center of gravity position and the buoyancy position and there is no directionality, the buoyancy adjustment method is suitable for mounting on an underwater vehicle capable of omnidirectional sliding.
本発明の浮力調整装置によれば、浮力調整装置の重心位置と浮心位置を平面的又は立体的に変化させることなく、浮力の増減が可能になる。そのため、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した浮力調整装置となる。また、この浮力調整装置を備えた水中航走体は、機体の重心位置と浮心位置を平面的又は立体的に変化させることなく、浮力の増減が可能となるので、浮力調整と重心移動を切り離して制御でき、滑走制御を簡便なものにすることができる。 According to the buoyancy adjusting device of the present invention, the buoyancy can be increased or decreased without changing the center of gravity position and the buoyancy center position of the buoyancy adjusting device planarly or three-dimensionally. Therefore, it becomes a buoyancy adjustment device suitable for mounting on an underwater vehicle capable of omnidirectional sliding. In addition, the underwater vehicle equipped with this buoyancy adjustment device can increase or decrease buoyancy without changing the center of gravity and buoyancy position of the fuselage planarly or three-dimensionally. It can be controlled separately, and the sliding control can be simplified.
また、本発明の浮力調整方法によれば、浮力調整装置の重心位置と浮心位置を平面的又は立体的に変化させることなく、浮力の増減が可能になる。そのため、この浮力調整装置を備えた水中航走体において、機体の重心位置と浮心位置を平面的又は立体的に変化させることなく、浮力の増減ができるので、浮力調整と重心移動を切り離して制御できる。従って、水中航走体の制御が単純化し、容易となる。 Further, according to the buoyancy adjustment method of the present invention, the buoyancy can be increased or decreased without changing the center of gravity position and the buoyancy position of the buoyancy adjustment device in a planar or three-dimensional manner. Therefore, in an underwater vehicle equipped with this buoyancy adjustment device, the buoyancy can be increased or decreased without changing the center of gravity and buoyancy position of the aircraft in a plane or three-dimensionally. Can be controlled. Therefore, the control of the underwater vehicle is simplified and facilitated.
以下、本発明に係る浮力調整装置、水中航走体、及び、浮力調整方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図３に示すように、この浮力調整装置１０は、水密区画１１から水中に露出する浮力調整部分１２ａ，１３ａを有する浮体１２，１３を移動して、浮力調整部分１２ａ，１３ａが水密区画１１の外の水中へ露出する量を増減することにより、浮力調整を行なう。
Hereinafter, embodiments of a buoyancy adjusting device, an underwater vehicle, and a buoyancy adjusting method according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the
この浮力調整部分１２ａ，１３ａは、任意の形状でよいが、図１、図２に示すように、互いに直交する３軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とし、この３軸の交点をＯとした時に、この交点Ｏに対して、形状、浮心位置、重量、重心位置が同じ浮力調整部分１２ａと浮力調整部分１３ａを対にして交点Ｏに対して点対称に配置する。なお、この交点Ｏは必ずしも浮力調整装置１の中心や重心位置や浮心位置である必要は無い。
The
また、これらの浮力調整部分１２ａ，１３ａが出入りする水密区画１１における浮力調整部分１２ａ，１３ａと接触する出入口１４、１５を交点Ｏに対して点対称になるように形成する。この構成により、出入口１４、１５から水中に出る浮力調整部分１２ａ，１３ａの水中露出部分を同じにする。
Moreover, the
更に、浮体１２、１３の重心位置と浮力調整部分１２ａ，１３ａの浮心位置が交点Ｏに対して点対称となる状態を維持しながら、浮体１２、１３を同時に移動して、浮力調整部分１２ａ，１３ａが水密区画１１の外の水中へ露出する量を増減するように構成する。この構成は、次のようにして実施できる。
Further, while maintaining the state where the center of gravity of the floating
図３及び図４に示すように、浮体１２と浮体１３の内部に雌ねじ部を設け、この雌ねじ部に雄ねじのスライド軸１６とスライド軸１７をそれぞれ螺合して、浮体１２と浮体１３とを支持すると共に、浮体１２をガイド軸１８，１９Ａで、浮体１３をガイド軸１８，１９Ｂで支持する。これらのガイド軸１８、１９Ａ，１９Ｂは、浮体１２と浮体１３を滑らせて往復移動可能に支持すると共に、浮体１２と浮体１３がスライド軸１６、１７周りに回転するのを防止する役割を果たす。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, a female screw portion is provided inside the floating
このスライド軸１６とスライド軸１７は、モータ２１で駆動される歯車２２により、同時に同じ回転速度で逆方向に回転するように構成される。この構成は傘歯車の組合せ機構２０で容易に構成できる。このスライド軸１６，１７の回転により、浮体１２と浮体１３はスライド軸１６、１７上を逆方向に同じ速度で移動する。このスライド軸１６，１７をＸ軸上に配置することにより、浮体１２、１３の重心位置と浮力調整部分１２ａ，１３ａの浮心位置が交点Ｏに対して点対称となる状態を維持しながら、浮体１２、１３がスライド軸１６，１７上（Ｘ軸上）を同時に移動することになる。
The
この浮体１２と浮体１３が互いに遠ざかるＸｂ方向に移動すると、図１に示すように、水密区画１１から浮力調整部分１２ａ，１３ａの露出量が共に増加し、浮力調整装置１の浮力が増加する。また、この浮体１２と浮体１３が互いに近づくＸａ方向に移動すると、図２に示すように、水密区画１１から浮力調整部分１２ａ，１３ａの露出量が共に減少し、浮力調整装置１の浮力が減少する。つまり、浮体１２、１３の移動によって、浮力調整部分１２ａ，１３ａが水密区画１１の外の水中へ露出する量が増減し、浮力調整装置１の浮力が増減する。
When the floating
これらの浮体１２，１３の移動に際して、浮体１２の重心位置と浮力調整部分１２ａの浮心位置と浮体１３の重心位置と浮力調整部分１３ａの浮心位置とは、それぞれ中心Ｏに対して点対称に移動するので、浮力調整装置１の全体としての重心位置と浮心位置は変化しない。従って、浮力調整装置１としては、装置全体としての重心位置と浮心位置を変化させることなく、浮力の増減を行なうことができる。
When the floating
次に、上記のような交点Ｏに対する点対称の構成とは、別の面対称の構成について説明する。図１〜図４の構成は、浮力調整部分１２ａ，１２ｂを円筒形状としているために、両方の構成を満たしている。従って、説明を簡単にするために、同じ図を用いて、説明する。なお、この構成においても、交点Ｏは必ずしも浮力調整装置１の中心や重心位置や浮心位置である必要は無く、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸のいずれも浮力調整装置１の各軸方向と同一である必要は無い。
Next, a description will be given of a plane-symmetric configuration different from the point-symmetric configuration with respect to the intersection point O as described above. The configurations of FIGS. 1 to 4 satisfy both configurations because the
この面対称の構成では、浮体１２、１３の浮力調整部分１２ａ，１３ａをＸＹ平面に対称かつＺＸ平面に対称に形成する。この形状としては、円筒体、楕円筒体、四角柱体、円錐体、角錐等がある。これらの形状のいずれか一つで形成すると、これらの形状は比較的簡単に形成することができるので、浮力調整装置１０の構成が簡略化され、製造も容易となる。
In this plane-symmetric configuration, the
浮体１２、１３の浮力調整部分１２ａ，１３ａをＸＹ平面に対称に形成することにより、浮体１２，１３をＹＺ平面に対称に移動させた時に（例えば、浮体１２，１３をＸ軸上に移動させた時に）、浮心位置がＺ軸方向に移動しなくなる。また、ＺＸ平面に対称に形成することにより、浮体１２，１３をＹＺ平面に対称に移動させた時に（例えば、浮体１２，１３をＸ軸上に移動させた時に）、浮心位置がＹ軸方向に移動しなくなる。
By forming the
そして、この浮力調整部分１２ａ，１３ａをＹＺ平面に対して対称に配置すると共に、この浮力調整部分１２ａ，１３ａが出入りする水密区画１１における浮力調整部分１２ａ，１３ａと接触する出入口１４、１５をＹＺ平面に対して対称になるように形成する。この構成により、出入口１４、１５から水中に出る浮力調整部分１２ａ，１３ａの水中露出部分を同じにする。
The
そして、浮力調整部分１２ａ，１３ａの浮心位置と浮体の重心位置がＹＺ平面に対して対称となる状態を維持しながら、浮体１２、１３を同時に移動して、浮力調整部分１２ａ，１３ａが水密区画１１の外の水中へ露出する量を増減するように構成する。この構成は、上記で説明した図１〜図４の構成で実施できる。つまり、図１〜図４の構成においては、浮体１２，１３の移動に際して、浮体１２の重心位置と浮力調整部分１２ａの浮心位置と浮体１３の重心位置と浮力調整部分１３ａの浮心位置とは、それぞれ中心Ｏに対して点対称に移動すると共に、ＹＺ平面に対して面対称に移動するので、浮体１２，１３の全体としての重心位置と浮心位置は変化しない。従って、この面対称の構成であっても、浮力調整装置１は、装置全体としての重心位置と浮心位置を変化させることなく、浮力の増減を行なうことができる。
Then, while maintaining the state where the
そして、上記の点対称の構成と面対称の構成によれば、水密区画１１から露出する浮力調整部分１２ａ，１３ａを有する浮体１２，１３を移動して、浮力調整部分１２ａ，１３ａが水密区画１１外の水中へ露出する量を増減することにより、浮力調整を行なうことができ、しかも、浮力調整装置１０としての重心位置と浮心位置の両方の移動を伴わなずに浮力を変化させる構成とすることができる。また、この点対称の構成及び面対称の構成は比較的容易に形成できるので、重心位置と浮心位置の両方の移動を伴わなずに浮力を変化させる浮力調整装置１０を容易に提供できる。この浮力調整装置１０は方向性が無いので、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した浮力調整装置となる。
And according to said point symmetrical structure and plane symmetrical structure, the floating
そして、図５に示すように、この浮力調整装置１０を備えて水中航走体１を構成する。この浮力調整装置１０を用いると、機体の重心位置と浮心位置を変化させることなく、浮力の増減が可能であるので、浮力調整と重心移動を切り離して制御できるようになる。そのため、水中航走体の滑走制御を簡便にすることができ、特に水中航走体１が全方位滑走可能な水中航走体の場合にその効果を最大に発揮できる。
And as shown in FIG. 5, this
なお、この浮体１２、１３に関するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸は、必ずしもこの浮力調整装置１０を搭載する水中航走体１の軸線と一致させると、構成や制御で多くの座標系を使用しなくて済むので好ましいが、必ずしも、一致させる必要はなく、水中航走体１の各軸線とは関係無く設けてよい。
It should be noted that if the three axes X, Y and Z relating to the floating
次に、この浮力調整装置１０及びこの浮力調整装置１０を搭載した水中航走体における浮力調整方法について説明する。この浮力調整方法は、上記の浮力調整装置１０において、浮体１２，１３を移動させて、浮力調整部分１２ａ，１３ａが水密区画１１外の水中へ露出する量を増減する。
Next, the
この浮力調整方法、及び、この浮力調整方法を用いた水中航走体１における浮力調整方法によれば、非常に簡単に制御できるので、浮力調整装置１０の構成が単純化される。また、浮力調整装置１０及び水中航走体１の重心位置及び浮心位置が変化しない状態のままで浮力を調整できるので、浮力調整中に、この浮力調整装置１０を搭載した水中航走体１が目標の方向とは別の方向に移動するのを防止又は抑制できる。また、浮力調整と重心移動を切り離して制御できる。従って、水中航走体の滑走制御を簡便にすることができ、水中航走体の位置制御が容易となる。また、重心位置、浮心位置の移動が無く、方向性が無いので、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した浮力調整方法となる。
According to this buoyancy adjustment method and the buoyancy adjustment method in the underwater vehicle 1 using this buoyancy adjustment method, the configuration of the
１ 水中航走体（水中ビークル）
１０ 浮力調整装置
１１ 水密区画
１２ａ，１３ａ 浮力調整部分
１２，１３ 浮体
１４，１５ 浮力調整部分と接触する出入口
１６，１７ スライド軸
１８，１９Ａ，１９Ｂ ガイド軸
２０ 傘歯車の組合せ機構
２１ モータ
２２ 歯車
1 Underwater vehicle (underwater vehicle)
DESCRIPTION OF
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|---|---|---|---|
| JP2006308820A JP2008120316A (en) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Buoyancy adjusting device, underwater sailing body, and buoyancy adjusting method |
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