(57)【要約】【課題】３基のプロペラ推進器の回転軸を機体の機軸から離間して機体の機軸方向に向けて配置した水中機器において、水中航行時におけるロール回転を抑制できる水中機器及び水中機器のロール回転抑制方法を提供する。【解決手段】３基のプロペラ推進器１１、１２、１３を機体１０の長手方向Ｘに向けて配置した水中機器１において、プロペラ推進器１１、１２、１３の３基のうちの第１プロペラ推進器１１の第１プロペラ１１ｐと第２プロペラ推進器１２の第２プロペラ１２ｐの回転方向Ａに対して、残りの１基の第３プロペラ推進器１３の第３プロペラ１３ｐの回転方向Ｂを逆方向にして、水中機器１の機体１０のロール方向の回転Ｒを抑制するように構成する。【選択図】図１
2018171961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３基のプロペラ推進器を機体の長手方向に向けて配置した水中機器において、
前記プロペラ推進器の３基のうちの第１プロペラ推進器の第１プロペラと第２プロペラ推進器の第２プロペラの回転方向に対して、残りの１基の第３プロペラ推進器の第３プロペラの回転方向を逆方向にして、当該水中機器の機体のロール方向の回転を抑制するように構成していることを特徴とする水中機器。
【請求項２】
前記第１プロペラの回転軸と機体の機軸との間の第１距離と、前記第２プロペラの回転軸と機体の機軸との間の第２距離と、前記第３プロペラの回転軸と機体の機軸との間の第３距離とに関して、前記第３距離を、前記第１距離よりも大きく、かつ、前記第２距離よりも大きくすると共に、前記第３距離を、前記第１距離と前記第２距離の和よりも小さくしている請求項１に記載の水中機器。
【請求項３】
前記第１プロペラのトルクと推進力との関係を、前記第２プロペラのトルクと推進力との関係と同じとすると共に、前記第３プロペラのトルクと推進力との関係に関しては、同じ推進力を発生するときのトルクの大きさが、前記第３プロペラでは前記第１プロペラよりも大きくなるように構成している請求項１または２に記載の水中機器。
【請求項４】
３基のプロペラ推進器を機体の長手方向に向けて配置した水中機器のロール回転抑制方法において、
前記プロペラ推進器の３基のうちの第１プロペラ推進器の第１プロペラと第２プロペラ推進器の第２プロペラの回転方向に対して、残りの１基の第３プロペラ推進器の第３プロペラの回転方向を逆方向にして、当該水中機器の機体のロール方向の回転を抑制することを特徴とする水中機器のロール回転抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中機器及び水中機器のロール回転抑制方法に関し、より詳細には、水中機器が水中を航行中に機体の機軸回りのロール回転をしないように、ロール回転を抑制することができる水中機器及び水中機器のロール回転抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水産資源や海底資源等の海底調査や、沈没船の水中遺跡の調査などにおいて、水上からオペレーターが制御する遠隔操作無人探査機（ＲＯＶ）や自律型無人潜水機（ＡＵＶ）等、種々の水中機器が使用されている。水中機器には、一般的に推進力を発生させるスラスタやフィン等が装備されており、遠隔操作無人探査機等では、操作用データや観測結果のデータの転送のために、光ケーブル等を備えたケーブルが接続されている。
【０００３】
この水中機器においては、３基以上のスラスタを機体の長手方向に向けて配置した無人潜水機において、機体の左右両側に夫々垂直方向に向けてスラスタを配置して、各垂直スラスタの推力を調整することにより、ロールを抑制している無人潜水機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、機体の後端部に３つの推進器を有し、各推進器の後端側を内向きに傾斜させて、各推進器の軸線が機体の軸線上の一点で会するように各推進器を取り付けることにより、機体の軸線と平行な方向の成分と、機体の軸線と直交した方向の成分との推進力を機体に与える潜水機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この潜水機では、すべての推進器の出力を同じにして機体の軸線方向に機体を進める推力を得ている。
【０００５】
このような機体の基軸周りにプロペラ推進器を設けて、同じ方向にプロペラを回転させている装置では、プロペラを回転する方向と反対の方向のモーメントが作用反作用の法則に従って発生する。このモーメントは機体の機軸周りのロール回転モーメントとして機体に作用する。通常は、機体は円筒形状をしているが、そのほかにフィンなどの付加物があり、機体の機軸回りのロール回転に対しては、機体の表面の摩擦抵抗と共に付加物の抵抗によりロール回転力を相殺しており、ロール回転はほとんど生じない。
【０００６】
しかしながら、機体の容器内への収納等のために付加物の大きさを小さくすると、このプロペラの回転モーメントの反作用に起因するロール回転力により、水中機器の機体が水中航行中にロール回転してしまうという問題が顕在化してきた。そのため、このロール回転を抑制することが重要になってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１６９３９８号公報
【特許文献２】特開２００２−１４５１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、３基のプロペラ推進器の回転軸を機体の機軸から離間して機体の機軸方向に向けて配置した水中機器において、水中航行時におけるロール回転を抑制できる水中機器及び水中機器のロール回転抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための本発明の水中機器は、３基のプロペラ推進器を機体の長手方向に向けて配置した水中機器において、前記プロペラ推進器の３基のうちの第１プロペラ推進器の第１プロペラと第２プロペラ推進器の第２プロペラの回転方向に対して、残りの１基の第３プロペラ推進器の第３プロペラの回転方向を逆方向にして、当該水中機器の機体のロール方向の回転を抑制するように構成している。
【００１０】
この構成によれば、３基のプロペラ推進器を機体の長手方向に向けて配置した水中機器において、３基のプロペラ推進器のプロペラ全部を同じ回転方向にする場合に比べて、２基の第１プロペラ及び第２プロペラが発生する回転モーメントと反対方向の回転モーメントを１基の第３プロペラが発生するので、プロペラの回転により発生する機体の機軸周りのロール回転モーメントを減少することができ、機体のロール回転を抑制することができる。なお、ロール回転に対しては、機体の表面の摩擦抵抗やプロペラ推進器やフィンなどの付加物のロール回転への抵抗力が作用するので、プロペラの回転に起因するロール回転モーメントを完全に相殺してゼロにしなくても、ロール回転を抑制することができる。
【００１１】
上記の水中機器において、前記第１プロペラの回転軸と機体の機軸との間の第１距離と、前記第２プロペラの回転軸と機体の機軸との間の第２距離と、前記第３プロペラの回転軸と機体の機軸との間の第３距離とに関して、前記第３距離を、前記第１距離よりも大きく、かつ、前記第２距離よりも大きくすると共に、前記第３距離を、前記第１距離と前記第２距離の和よりも小さくしていると、第１距離と第２距離と第３距離を同じにしている場合に比べて、次のように、ロール回転力をより効率よく減少することができる。
【００１２】
つまり、第１プロペラと第２プロペラの回転と反対方向に回転する第３プロペラの第３回転軸と機体の機軸との第３距離であるモーメントレバーが、第１プロペラの第１回転軸と機体の機軸の第１距離であるモーメントレバーよりも大きくなるので、第３プロペラで発生するトルクの大きさを第１プロペラでは発生するトルクの大きさの大きくしなくてもロール回転モーメントを相殺することができるようになる。なお、第３距離を、第１距離と第２距離の和よりも大きくしてしまうと、第３プロペラによる逆方向のロール回転力が勝ってしまうので、第３距離を第１距離と第２距離の和よりも小さくする。
【００１３】
上記の水中機器において、前記第１プロペラのトルクと推進力との関係を、前記第２プロペラのトルクと推進力との関係と同じとすると共に、前記第３プロペラのトルクと推進力との関係に関しては、同じ推進力を発生するときのトルクの大きさが、前記第３プロペラでは前記第１プロペラよりも大きくなるように構成していると、次のような効果を発揮できる。
【００１４】
つまり、収納容器などの制約から、第３距離を大きくできず、モーメントレバーの差だけではロール回転を抑制しきれない場合には、第３プロペラで発生するトルクの大きさを、回転数やプロペラのピッチのコントロール等で、第１プロペラ及び第２プロペラの一方で発生するトルクの大きさよりも大きくすることで、第３プロペラで発生する反対方向のロール回転モーメントをより大きくすることができ、全体としての機体の機軸周りのロール回転をより抑制できるようになる。
【００１５】
上記のような目的を達成するための本発明の水中機器のロール回転抑制方法は、３基のプロペラ推進器を機体の長手方向に向けて配置した水中機器のロール回転抑制方法において、前記プロペラ推進器の３基のうちの第１プロペラ推進器の第１プロペラと第２プロペラ推進器の第２プロペラの回転方向に対して、残りの１基の第３プロペラ推進器の第３プロペラの回転方向を逆方向にして、当該水中機器の機体のロール方向の回転を抑制することを特徴とする方法である。
【００１６】
この方法によれば、３基のプロペラ推進器を機体の長手方向に向けて配置した水中機器において、３基のプロペラ推進器のプロペラ全部を同じ回転方向にする場合に比べて、プロペラの回転により発生する機体の機軸周りのロール回転モーメントを減少することができ、機体のロール回転を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の水中機器及び水中機器のロール回転抑制方法によれば、３基のプロペラ推進器の回転軸を機体の機軸から離間して機体の機軸方向に向けて配置した水中機器において、水中航行時におけるロール回転を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施の形態の水中機器の構成を模式的に示す正面図である。
【図２】図１の水中機器の構成を模式的に示す側面図である。
【図３】図１の水中機器の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】水中機器のロール回転とプロペラの回転方向を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の水中機器及び水中機器の故障対策方法を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１〜図３に示すように、本発明に係る実施の形態の水中機器１は、海域や湖水域や川などの水中を航走する水中機器であり、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３を機体１０の長手方向Ｘに向けて配置して構成される。また、垂直スラスタ１４が上下方向Ｚに、左右方向Ｙに関しては機体１０の中央で、前後方向Ｘに関しては機体１０の後側に設けられている。また、機体１０の後部に３枚のフィン２１がプロペラ推進器１１、１２、１３の後方にそれぞれ設けられている。そして前部にはカメラ２２が設けられ、機体１０の前側部分の下部に下部浮力体２３と、前後方向Ｘに関して機体１０の半分くらいの範囲に上部浮力体２４を設けている。
【００２１】
そして、本発明においては、図４に示すように、プロペラ推進器１１、１２、１３の３基のうちの第１プロペラ推進器１１の第１プロペラ１１ｐと第２プロペラ推進器１２の第２プロペラ１２ｐの回転方向Ａに対して、残りの１基の第３プロペラ推進器１３の第３プロペラ１３ｐの回転方向Ｂを逆方向にして、この水中機器１の機体１０のロール方向Ｒの回転を抑制する。
【００２２】
この構成によれば、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３のプロペラ１１ｐ、１２ｐ、１３ｐの全部を同じ回転方向Ａにする場合に比べて、２基の第１プロペラ１１ｐと第２プロペラ１２ｐが発生する回転モーメントＭ１、Ｍ２と反対方向Ｂの回転モーメントＭ３を残りの１基の第３プロペラ１３ｐが発生するので、プロペラ１１ｐ、１２ｐ、１３ｐの回転により発生する機体１０の機軸１０ｃ周りのロール回転モーメントＭｒを減少することができ、機体１０のロール回転Ｒを抑制することができる。
【００２３】
なお、ロール回転Ｒに対しては、機体１０の表面の摩擦抵抗やプロペラ推進器１１、１２、１３やフィン２１や下部浮力体２３や上部浮力体２４などの付加物のロール回転Ｒへの抵抗力が作用するので、プロペラ１１ｐ、１２ｐ、１３ｐの回転に起因するロール回転モーメントＭｒを完全に相殺してゼロにしなくても、ロール回転Ｒを抑制することができる。
【００２４】
さらに、図４に示すように、水中機器１０において、第１プロペラ１１ｐの回転軸１１ｃと機体１０の機軸１０ｃとの間の第１距離Ｌ１と、第２プロペラ１２ｐの回転軸１２ｃと機体１０の機軸１０ｃとの間の第２距離Ｌ２と、第３プロペラ１３ｐの回転軸１３ｃと機体１０の機軸１０ｃとの間の第３距離Ｌ３とに関しては、第１距離Ｌ１、第２距離、及び第３距離Ｌ３を同じ（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）にしてもよいが、第３距離Ｌ３を、第１距離Ｌ１よりも大きく、かつ、第２距離Ｌ２よりも大きくすると共に、第３距離Ｌ３を、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２の和（Ｌ１＋Ｌ２）よりも小さくすることが好ましい。つまり、「Ｌ３＞Ｌ１」、かつ、「Ｌ３＞ｌ２」かつ、「Ｌ３＜Ｌ１＋Ｌ２」とすることが好ましい。
【００２５】
これにより、第１プロペラ１１ｐの第１回転軸１１ｃと第２プロペラ１２ｐの第２回転軸１２ｃと第３プロペラ１３ｐの第３回転軸１３ｃを頂点とし、第１回転軸１１ｃと第２回転軸１２ｃを結ぶ線分を底辺とする三角形（点線）を考えると、この三角形は不等辺三角形となる。
【００２６】
そして、このように、プロペラ回転が反対方向Ｂの第３プロペラ１３ｐの第３回転軸１１ｃと機体１０の機軸１０ｃとの間の第３距離Ｌ３であるモーメントレバーが、第１プロペラ１１ｐの第１回転軸１１ｃと機体１０の機軸１０ｃとの間の第１距離Ｌ１であるモーメントレバーよりも大きくなるので、第３プロペラ１３ｐで発生するトルクＴ３の大きさを第１プロペラ１１ｐで発生するトルクＴ１の大きさの２倍にしなくてもロール回転モーメントＭｒを相殺することができるようになる。なお、第３距離Ｌ３を、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２の和よりも大きくしてしまうと、第３プロペラ１３ｐによる逆方向のロール回転モーメントＭ３が勝ってしまい、逆方向のロール回転モーメントＭｒが発生してしまうので、第３距離Ｌ３を第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２の和よりも小さくする。
また、第１プロペラ１１ｐのトルクＴ１と推進力との関係を、第２プロペラ１２ｐのトルクＴ２と推進力との関係と同じとすると共に、第３プロペラ１３ｐのトルクＴ３と推進力との関係に関しては、同じ推進力を発生するときのトルクＴの大きさが、第３プロペラ１３ｐでは第１プロペラ１１ｐよりも大きくなるように構成する。
【００２７】
これにより、水中機器１の収納容器などの制約から、第３距離Ｌ３を大きくできず、モーメントレバーの差だけではロール回転Ｒを抑制しきれない場合には、第３プロペラ１３ｐで発生するトルクＴ３の大きさを、回転数やプロペラのピッチのコントロール等で、第１プロペラ１１ｐ及び第２プロペラ１２ｐの一方で発生するトルクＴ１（Ｔ２）の大きさよりも大きくすることで、第３プロペラ１３ｐで発生する反対方向のロール回転モーメントＭ３をより大きくすることができ、全体としての機体１０の機軸１０ｃ周りのロール回転Ｒをより抑制できるようになる。
【００２８】
次に、上記のような水中機器１における、本発明に係る実施の形態の水中機器のロール回転抑制方法は、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３を機体１０の長手方向Ｘに向けて配置した水中機器のロール回転抑制方法である。この方法において、プロペラ推進器１１、１２、１３の３基のうちの第１プロペラ推進器１１の第１プロペラ１１ｐと第２プロペラ推進器１２の第２プロペラ１２ｐの回転方向Ａに対して、残りの１基の第３プロペラ推進器１３のプロペラ１３ｐの回転方向Ｂを逆方向にして、この水中機器１の機体１０のロール方向の回転Ｒを抑制する。
【００２９】
この方法によれば、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３を機体１０の長手方向Ｘに向けて配置した水中機器１において、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３のプロペラ１１ｐ、１２ｐ、１３ｐの全部を同じ回転方向にする場合に比べて、プロペラ１１ｐ、１２ｐ、１３ｐの回転により発生する機体１０の機軸１０ｃ周りのロール回転モーメントＭｒを減少することができ、機体１０のロール回転Ｒを抑制することができる。
【００３０】
従って、本発明に係る実施の形態の水中機器１及び水中機器のロール回転抑制方法によれば、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３の回転軸１１ｃ、１２ｃ、１３ｃを機体１０の機軸１０ｃから離間して機体１０の機軸１０ｃの方向Ｘに向けて配置した水中機器１において、水中航行時におけるロール回転Ｒを抑制できる。なお、ここでいう方向Ｘに向けて配置とは、回転軸１１ｃ、１２ｃ、１３ｃと機体１０の機軸１０ｃとは完全に平行である必要は無く、他の方向Ｙ，Ｚに対して方向Ｘに近いという意味である。
【符号の説明】
【００３１】
１  水中機器
１０  機体
１０ｃ  機体の機軸
１１  第１プロペラ推進器
１１ｃ  第１プロペラの第１回転軸
１１ｐ  第１プロペラ
１２  第２プロペラ推進器
１２ｃ  第２プロペラの第２回転軸
１２ｐ  第２プロペラ
１３  第３プロペラ推進器
１３ｃ  第３プロペラの第３回転軸
１３ｐ  第３プロペラ
１４  垂直スラスタ
２１  フィン
２２  カメラ
２３  下部浮力体
２４  上部浮力体
Ａ  第１プロペラと第２プロペラの回転方向
Ｂ  第３プロペラの回転方向
Ｌ１  第１回転軸と機体の機軸との間の距離
Ｌ２  第２回転軸と機体の機軸との間の距離
Ｌ３  第３回転軸と機体の機軸との間の距離
Ｍ１  第１プロペラが発生する回転モーメント
Ｍ２  第２プロペラが発生する回転モーメント
Ｍ３  第３プロペラが発生する回転モーメント
Ｍｒ  機体の機軸周りのロール回転モーメント
Ｒ  機体のロール方向の回転
Ｘ  機体の長手方向
Ｙ  機体の左右方向（幅方向）
Ｚ  機体の上下方向
【図１】
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【図２】
2018171961.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018171961.tif 000006