(57)【要約】  水中又は水上に設置され又は輸送される物体（１）で、水中衝撃波（３）に対して物体を防護する構造体を持ち、その構造体（７）が水中で動作可能な位置にある物体の外殻（１４）上に設けられた弾性部材から成っている。その部材は少なくともその外側（１７）にガスを充填された材料から成っている。その材料は水中衝撃波から生じる水の変位の少なくとも１振幅分となる距離以上に圧縮可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中又は水上に設置され、又は、輸送される物体で、水中衝撃波に対してその物体を防護するための構造体を持ち、その構造体が、水中に動作可能に配置された物体の外殻上に設けられた弾性部材から成っていて、
その部材は少なくともその物体から離れた側にガスを充填された空間が存在する一層の弾性材料から製造され、その部材が水中衝撃波から生じる水の変位の少なくとも１振幅分となる距離以上に圧縮可能になるようにしたことを特徴とする物体。
【請求項２】
その空間にガス圧力調節装置を接続したことを特徴とする請求項１に基づく物体。。
【請求項３】
その空間にガス・バッファー部材を接続したことを特徴とする請求項２に基づく物体。
【請求項４】
圧縮可能な材料の比重が、その物体から離れた外側では相対的に非常に低い比重で、内側では相対的に高い比重となる勾配を有することを特徴とする前記請求項の少なくともひとつに基づく物体。
【請求項５】
圧縮可能な材料の外側に比較的薄く剛性のあるプレートを設けていることを特徴とする前記請求項の少なくともひとつに基づく物体。
【請求項６】
ガスを充填された圧縮可能な材料が約１０−２０ｃｍの厚みを持つ実質的に均質で不透過性の発泡材から製造されていることを特徴とする前記請求項の少なくともひとつに基づく物体。
【請求項７】
ガスを充填された圧縮可能な材料が、長手方向の側面に亘ってお互いに溶着された柔軟なチューブから成り、それに事前設定のガス圧力が加えられ、そのチューブが約１０−２０ｃｍの厚みとなる直径を持つことを特徴とする前記請求項の少なくともひとつに基づく物体。
【請求項８】
水中衝撃波に対して前記請求項の少なくともひとつに基づく物体を防護するための構造体。
【請求項９】
その構造体が一層の厚くて実質的に均質で不透過性の発泡材であり、その外側が比較的薄い剛性のあるプレートに結合されていることを特徴とする請求項８に基づく構造体。
【請求項１０】
その構造体がその外側が比較的薄い剛性のあるプレートに結合されたエア・マットレス又は連続した層状になっている事前に加圧されたホースから成ることを特徴とする請求項８に基づく構造体。
【請求項１１】
その構造体が、溶接、ボルト、糊付けにより、又は、磁力による付着により物体上に設けられていることを特徴とする少なくとも請求項８−１０に基づく構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水中又は水上に設置され又は輸送される物体で、水中衝撃波に対して物体を防護する構造体を持ち、その構造体が水中で動作可能な位置にある物体の外殻上に設けられた弾性部材から成っている物体に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような物体は、特許文献１に基づいて改良された船舶として知られている。その特許明細書では、水中爆発から生じる水中の衝撃波が船舶の心臓部に伝搬するのを防止し、又は少なくとも抑制するために、ガラス繊維のプレートのような事前に応力を加えた膜で船舶の外殻をカバーしている。
【０００３】
その膜は、その構造体が使用中にかなり傷つきやすく、複雑であり、その膜と船舶の間に水が侵入する結果として容易に水漏れを生じやすい、それが船舶の操縦特性に悪影響を与える。さらに、その漏洩により、衝撃波に対する防護が低減するか行なわれなくなる。さらに、膜のエッジに隣接した比較的大きな表面が衝撃波の影響を受けやすいままになっている。この位置で、実際に、衝撃波が船舶に部分的に伝搬される。
【０００４】
本発明の目的はそのような構造体を改良することである。その改良は比較的単純で製造と保守のコストが低い。そして、それは操縦特性に悪影響を与えない。
【０００５】
この目的は、冒頭で述べたような構造体を持つ物体を設け、その一方で、その部材を一層の弾性材料から製造し、少なくともその物体から離れた側にガスを充填された空間が存在し、その部材が、水中衝撃波により生じる水の変位の少なくとも１振幅分の距離以上に圧縮可能になっていることで達成される。
【０００６】
そのような構造体により、船舶の周囲に防護層が形成されるので、水中爆発により生じる圧力波は船舶に達することができない。防護層は非常に低い音響インピーダンスを有しているので、圧力波は水中に反射波としてはね返る。そして、衝撃波のエネルギーは水面近くのものと類似した形で水中に吸収される。即ち、この反射の結果として、バルク・キャビテーション(bulk-cavitation)が発生する。結果として、水中衝撃波のエネルギーはほとんど伝搬せず、圧力波の経路上の変位が圧縮可能な材料の最大変位距離を超えない限り、船舶内に追加の耐衝撃手段を設ける必要性はほとんど無い。このことは水中衝撃波に対して防護するための在来設計と比較して、船舶内部構造による耐衝撃手段を大幅に軽減できる。さらに、本発明を用いれば、保守費用がかさみ、故障の原因になりやすい複雑な機械的構造を用いないで良い。
【０００７】
さらに言うと、この反射現象は船舶とその船舶に打ち寄せる波浪の間の衝突低減とは全く異なる特性を有している。例えば、特許文献２からの構造が知られている。その場合、衝撃エネルギーはガス・チャンバー(chamber)内に弾性エネルギーとして蓄積され、遅れて船舶に伝搬される。即ち、ピークの力が低くなる。水中衝撃波から生じる水の変位の最大振幅は比較的小さいので（原則として、これは約６−１０ｃｍ）、比較的限定的な厚みの材料で十分であり、非常に頑丈で容易に適用できる構造体が得られる。
【０００８】
好ましい実施例では、空間はガス圧力調節装置に接続している。特に潜水艦の場合、大深度で運航し、調節しない場合、通常の水圧によりチャンバーの体積は小さくなり過ぎる。それで、圧力波の経路上の変位がチャンバーの直径又はチャンバーの高さより大きくなる。チャンバー内のガスの量（＝質量）と圧力を調節することで、「ボトミング(bottoming)」即ち弾性材料が内部で衝撃を受け、それにより衝撃波がもはや反射せず、船舶に打ち寄せることを防げる。さらに、調節装置は例えばチャンバーからのガスの局部的漏洩ないし拡散による小さな漏洩を無くすことができる利点を持っている。
【０００９】
さらに好ましい実施例では、空間にガス・バッファー(gas buffer)部材を接続している。そのような部材はチャンバー内のガス圧力が上昇しすぎるのを防止する。即ち、圧縮中にガスの一部がバッファーに流出する。結果として、チャンバーを比較的小さく設計できる。
【００１０】
さらに、圧縮可能な材料の比重が、その物体から離れた外側では相対的に非常に低い比重で、内側では相対的に高い比重となる勾配を有する時に利点がある。外側で比重が低くなることにより、周辺の水と衝撃波防護構造体の間のインピーダンスの差が大きくなる。その結果として、衝撃波が反射しやすくなる。内部に向かって比重が高くなることにより、その構造体を頑丈な設計にでき、その一方で、圧縮可能な材料それ自体の衝撃波吸収特性を最適に使用できる。
【００１１】
操縦特性と機械的強度を改善するために、比較的薄くて、剛性のあるプレートを圧縮可能な材料の外側に設けることができる。このプレートは鋼、アルミ、ガラス繊維、又は、その厚みが大きすぎない限り、衝撃波に対して比較的トランスペアレント(transparent)のままである比較的軽量の材料から製作できる。
【００１２】
好ましい実施例では、ガスを充填された圧縮可能な材料は約１０−２０ｃｍの厚みを持ち、実質的に均質な不透過性発泡材から製造される。
【００１３】
別の好ましい実施例には、ガスを充填された圧縮可能な材料が、長手方向の側面に亘ってお互いに溶着された柔軟なチューブから成り、そのチューブに事前設定のガス圧力が加えられ、そのチューブが約１０−２０ｃｍの厚みとなる直径を持つことが含まれている。好ましくは、チューブはお互いに連続して隣接し、沿うように配置される。それにより、防護すべき船舶の表面を好ましくは完全にカバーする。
【００１４】
さらに、本発明は上記の側面のどれかに基づき、水中衝撃波による影響に対して物体を防護するための構造体に関する。
【００１５】
さらに本発明について図面を参照して詳しく示す。
【特許文献１】米国特許第4,193,367号
【特許文献２】米国特許第3,960,100号
【実施例】
【００１６】
図１では、水中爆発２に曝された船舶１の概要を示している。爆発２により、衝撃波３（圧力波）が発生し、水中を音速の球面として半径方向外側に移動する。衝撃波が水面４に到着すると、その衝撃波は負方向に反射し、反射波５として戻る。「バルク・キャビテーション」が発生し、その結果として、キャビテーションの泡６を形成することがある。
【００１７】
衝撃波３の特徴は水が距離ｓ以上の階段状変位をすることである。変位の大きさは爆発の強度と爆発までの距離に依存し、せいぜい６ｃｍのオーダーである。この衝撃波による変位の発生中に、瞬間的ピーク圧力が１００バール以上のオーダーで生じうる。
【００１８】
衝撃波が船舶１に到達したとき、本発明に基づく防護手段を用いなければ、衝撃波３の一部が船舶の構造体に導入される。衝撃波の伝搬が行なわれ、船舶に衝撃波が加えられる。これが極端に大きな局部的加速を生じる。原則として、船舶内の変位ｓは水の変位と同じオーダーであり、それゆえ、これもせいぜい６ｃｍである。その衝撃波の結果として、船舶搭載機器に故障を生じることがある。さらに、船舶の外殻に損傷を生じる。特に、低延性の材料の場合、これが実際の脅威になる（ガラス繊維強化ポリエステルの機雷除去船、アルミ製船舶）。
【００１９】
本発明に基づくと、船舶の外殻上に、弾性的で、ガスを充填されたプラスチック又はゴム状の材料７が設置され、水中衝撃波から生じる水の変位の振幅の少なくとも２倍の距離に亘って圧縮可能である。ガスを充填されたプラスチック又はゴム状の材料により実現することは、材料内にガスが存在することにより圧縮特性が改善されて、「ボトミング」のリスクを伴わずに、衝撃波による変位の２倍の大きさの変位を容易に生じる。このボトミングを生じた場合、材料が材料が内部で衝撃を受け、ガス及び材料の内部圧力が上昇する。
【００２０】
他方、構造体が相対的に低い密度なので、プラスチック又はゴム状の材料に対して、周辺の水の音響インピーダンスは鋭い不連続を示す。事実、ガス（窒素又は空気等）の密度ρと音速ｃの積として定義されたこのガス・ダンパー(gas damper)の音響インピーダンスは（ρｃ＝１．２５＊３３０＝４１２．５）で、水のそれ（ρｃ＝１０００＊１５００＝１，５００，０００）と比較するとかなり小さくなる。
【００２１】
結果として、ダンパーは空気として機能し、そのバッファーでは、バルク・キャビテーションを生じる。ダンパーの位置では、衝撃波が負の反射をして反射波として水中に戻るので、衝撃波は（事実上）船舶に導入されない。
【００２２】
水の衝撃波による変位は約６−１２ｃｍに亘って生じるに過ぎない。この変位は衝撃波ダンパー（発泡材又はエア・ベッド(air bed)）により問題なく吸収される。
【００２３】
十分な弾性的経路（１２ｃｍ超）と十分に低い剛性を持つ衝撃波ダンパーを用いていることにより、ダンパーにより船舶の外殻に伝達される力は著しく低減される。
【００２４】
図２では、潜水艦８の概要を示している。潜水艦の周囲には、空気チャンバー９が設けられている。チャンバー内でガスの量（又はガスの質量）を調節できる。潜航深度を変える間にガスを追加又は吹き出すことにより、空気チャンバーの高さを事実上一定に維持できる。その一方で、チャンバーの圧力は各潜航深度での実際の周辺水圧にほぼ等しくなる。チャンバー９の高さがほぼ一定なので、水中深度が大きくなっても衝撃波への抵抗力は適正レベルを維持し、浮力に悪影響を与えない。
【００２５】
ダクト・システム１１により、ガス・バッファー部材１０が空気チャンバー９に接続されている。チャンバーのガス圧力及び（又は）ガス体積を調節するために、ガス・バッファー部材が圧縮機及び（又は）高圧ガスを入れたガス・ボンベ１２に接続されている。それに加えて、又は、代替案として、最大許容圧力が加わると開く吹き出し弁を用いることができる。
【００２６】
図３では、柔軟なプラスチック・ホース又はエア・マットレス(air mattress)１３により船舶の外殻１４をカバーできる。ホースは長手方向の側面に亘ってお互いに溶着されていて、事前設定のガス圧力が加えられている。ホースは約１２−２０ｃｍの直径としうる。ホース１３は一端を閉じていて、他端も閉じるか、又は、圧縮機／ガス・ボンベ（図示せず）に接続される。
【００２７】
図４では、好ましい実施例で水中衝撃波に対して防護するための構造体を構成する方法を概略的に示している。ガスを充填された圧縮可能な材料が約１０−２０ｃｍの厚みを持つ実質的に均質で、不透過性の発泡材１５から製造される。発泡材１５上に、防護のために、又は、操縦抵抗を低下させるために、圧縮可能な材料の外側に、例えば鋼、アルミ、プラスチックの比較的薄く、剛性のあるプレート１６が設けられる。防護層の厚みはできるだけ薄くする必要があり、好ましくは１０ｍｍ未満とする。
【００２８】
圧縮可能な材料の比重は、外側１７では相対的に非常に低い比重で、内側１８では相対的に高い比重となる勾配を有している。全体を鋼製船舶の外郭１４に例えば接着剤で又は加硫処理により取り付けられる。
【００２９】
図５では、本発明に基づいて水中衝撃波に対する防護用構造体を用いて、例えば、フリゲート艦ないし潜水艦のような船舶の外殻１４をカバーできる方法を概略的に示している。その構造体は層状エレメント１９から成っていて、例えば１メートル四方の標準サイズとすることができる。エレメントは、ボルト結合、糊付け／溶接及び（又は）磁気結合（図示せず）により船舶の外殻１４上でお互いに接近させて取り付けられる。磁気結合という手法は船舶の外殻にエレメントを磁気的に固定することにより水中爆発に対して船舶を一時的に防護する可能性を提供する。
【００３０】
エレメントは約２５ｃｍの厚みを持つ一層の発泡ゴム１５から成っていて、両側を鋼、アルミ及び（又は）ガラス繊維の比較的薄く、剛性のあるプレート１６でカバーされている。
【００３１】
本発明は図面に示した好ましい実施例に限定されず、あらゆる種類のその変形を含められる。例えば、防護構造体内で、膨張可能なエレメントと発泡ゴムのエレメントの組み合わせを使用できて、船舶の衝撃抵抗を一時的に高めることができる。さらに、防護エレメント内にエレメントの自立能力を高めるために補強セクションを加えられる。そのような変形は全て請求項に示されている本発明の範囲内に入ると理解されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に基づく防護構造体を備えた例えばフリゲート艦のような船舶の断面の概要を示す。
【図２】本発明に基づく防護構造体を備えた潜水艦の断面の概要を示す。
【図３】第一の実施例に基づく防護構造体の詳細を示す。
【図４】第二の実施例に基づく防護構造体の詳細を示す。
【図５】第三の実施例に基づく防護構造体の概要を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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