(57)【要約】【課題】水中航走体の運動の解析を簡易かつ精度高く行う、ことを目的とする。【解決手段】模擬実験装置１０は、水槽と、水中航走体を模擬し、内部に蓄えられた水を水槽へ排出する排水機構、及び内部に水槽の水を浸入させる浸水機構が設けられる供試体１２と、水槽内での供試体１２の運動方向を一つの軸方向とするガイド１３と、供試体１２の軸方向の位置を検出する位置検出計７６と、を備える。供試体１２は、内部が複数の領域に仕切られており、水が蓄えられる排水タンク３２に排水機構が設けられ、水が蓄えられない空気タンク３４に浸水機構が設けられる。【選択図】図２
2015127671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽と、
水中航走体を模擬し、内部に蓄えられた水を前記水槽へ排出する排水機構、及び前記内部に前記水槽の水を浸入させる浸水機構が設けられる供試体と、
前記水槽内での前記供試体の運動方向を一つの軸方向とするガイドと、
前記供試体の前記軸方向の位置を検出する位置検出計と、
を備える水中航走体模擬実験装置。
【請求項２】
前記供試体は、前記内部が複数の領域に仕切られており、水が蓄えられる第１領域に前記排水機構が設けられ、水が蓄えられない第２領域に前記浸水機構が設けられる請求項１記載の水中航走体模擬実験装置。
【請求項３】
前記第１領域及び前記第２領域に、各々水位計が設けられる請求項２記載の水中航走体模擬実験装置。
【請求項４】
前記排水機構に、水を前記内部から排出させるために圧縮空気が送られる請求項１から請求項３の何れか１項記載の水中航走体模擬実験装置。
【請求項５】
前記浸水機構に、水を前記内部に浸入させるために異なる口径の破口が複数設けられる請求項１から請求項４の何れか１項記載の水中航走体模擬実験装置。
【請求項６】
前記ガイドは、前記供試体を前記軸方向に対して傾かせた状態で維持しつつ、前記供試体の運動方向を一方向とする請求項１から請求項５の何れか１項記載の水中航走体模擬実験装置。
【請求項７】
水中航走体を模擬し、内部に蓄えられた水を水槽へ排出する排水機構、及び前記内部に前記水槽の水を浸入させる浸水機構が設けられた供試体を用いた水中航走体模擬実験方法であり、
前記水槽内での前記供試体の運動方向を一つの軸方向とするガイドに沿って、前記供試体を浮上又は沈降させ、
前記供試体の前記軸方向の位置を検出する位置検出計を用いて、前記供試体の速度を計測する水中航走体模擬実験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中航走体模擬実験装置及び水中航走体模擬実験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中航走体を模擬した供試体を用いて水槽内で各種実験が行われている。
特許文献１には、水槽内で供試体を上下方向に移動させて試験を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１３７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の試験方法では、供試体は尾部に設けられた安定板によって安定した状態で沈降又は浮上といった上下方向に移動するとされている。しかしながら、安定板が設けられていても、供試体が傾いたり回転しながら上下方向に移動する可能性がある。供試体が、安定した状態で上下方向に移動しないと、運動の解析が複雑になり、実験の再現性も得難くなる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水中航走体の運動の解析を簡易かつ精度高く行える、水中航走体模擬実験装置及び水中航走体模擬実験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の水中航走体模擬実験装置及び水中航走体模擬実験方法は以下の手段を採用する。
【０００７】
本発明の第一態様に係る水中航走体模擬実験装置は、水槽と、水中航走体を模擬し、内部に蓄えられた水を前記水槽へ排出する排水機構、及び前記内部に前記水槽の水を浸入させる浸水機構が設けられる供試体と、前記水槽内での前記供試体の運動方向を一つの軸方向とするガイドと、前記供試体の前記軸方向の位置を検出する位置検出計と、を備える。
【０００８】
本構成に係る水中航走体模擬実験装置は、水中航走体を模擬した供試体を水中で浮上又は沈降させるものである。
【０００９】
供試体には、内部に蓄えられた水を水槽へ排出する排水機構、及び内部に水槽の水を浸入させる浸水機構が設けられる。排水機構によって排水されると、供試体は水槽内で浮上する。浸水機構によって浸水されると、供試体は水槽内で沈降する。
供試体は、ガイドによって水槽内での運動方向が一つの軸方向とされる。供試体を浮上又は沈降させる場合には、供試体はガイドによって例えば上下方向への運動のみが可能とされる。すなわち、供試体は、上下方向以外の軸方向には運動をしないように固定され、ガイドに沿って移動することとなる。
【００１０】
一方、供試体が複数の軸方向に運動する状態は、供試体が姿勢を乱していることであり、その運動の解析が困難となり、また実験の再現性も得難くなる。本構成は、ガイドという安価で簡便な構成により、姿勢を乱さずに安定した供試体の運動を可能としている。
【００１１】
そして、供試体の軸方向の位置を検出する位置検出計によって、供試体の位置の時間変化が検出されることにより、供試体の移動速度が算出される。
【００１２】
このように、本構成は、供試体がガイドによって一つの軸方向にのみ運動することとなるので、水中航走体の運動の解析を簡易かつ精度高く行える。
【００１３】
上記第一態様では、前記供試体が、前記内部が複数の領域に仕切られており、水が蓄えられる第１領域に前記排水機構が設けられ、水が蓄えられない第２領域に前記浸水機構が設けられることが好ましい。
【００１４】
本構成は、第１領域から排水されることで供試体は浮上し、第２領域に浸水することで供試体は沈降する。従って、本構成は、簡易な構成で供試体を浮上及び沈降可能とする。
【００１５】
上記第一態様では、前記第１領域及び前記第２領域に、各々水位計が設けられることが好ましい。
【００１６】
本構成は、第１領域から排水した水量、第２領域に浸水した水量を各々水位計で計測することで、供試体に働く浮力を計測できる。
【００１７】
上記第一態様では、前記排水機構に、水を前記内部から排出させるために圧縮空気が送られることが好ましい。
【００１８】
本構成は、供試体から排出される水量を容易に制御できる。
【００１９】
上記第一態様では、前記浸水機構に、水を前記内部に浸入させるために異なる口径の破口が複数設けられることが好ましい。
【００２０】
本構成は、供試体に浸入する水量を容易に制御できる。
【００２１】
上記第一態様では、前記ガイドが、前記供試体を前記軸方向に対して傾かせた状態で維持しつつ、前記供試体の運動方向を一方向とすることが好ましい。
【００２２】
本構成は、姿勢を変えて供試体を浮上又は沈降させられる。
【００２３】
本発明の第二態様に係る水中航走体模擬実験方法は、水中航走体を模擬し、内部に蓄えられた水を水槽へ排出する排水機構、及び前記内部に前記水槽の水を浸入させる浸水機構が設けられた供試体を用いた水中航走体模擬実験方法であり、前記水槽内での前記供試体の運動方向を一つの軸方向とするガイドに沿って、前記供試体を浮上又は沈降させ、前記供試体の前記軸方向の位置を検出する位置検出計を用いて、前記供試体の速度を計測する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、水中航走体の運動の解析を簡易かつ精度高く行える、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る模擬実験装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る供試体及びガイドの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る供試体の縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る供試体の浮上速度の時間変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係るガイドの他の例を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る水中航走体模擬実験装置及び水中航走体模擬実験方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る模擬実験装置１０の概略構成図である。図２は、供試体１２及びガイド１３の構成を示す斜視図である。図３は、供試体１２の縦断面図である。
図１に示されるように、模擬実験装置１０は、供試体１２を水槽１４内で浮上又は沈降させるものである。模擬実験装置１０は、例えば、水中航走体である潜水艦の緊急浮上等を模擬することができる。
【００２８】
供試体１２は、空気供給源２０から圧縮空気が送られることで、排水穴１６から内部の水が排水されて浮上する。また、供試体１２は、破口１８から水を内部に浸水させることで、沈降する。なお、供試体１２は、図２に示されるガイド１３に沿って浮上又は沈降する。
供試体１２の運動（浮上及び沈降）に関する情報は、供試体１２に備えられた各種計測器で計測され、計測装置２２に送信される。
なお、図１，２に示される排水穴１６及び破口１８の位置、大きさ、形状、及び数は一例であり、図示されているものに限られない。
【００２９】
供試体１２は、略円筒形とされており、内部に蓄えられた水を水槽１４へ排出する排水機構、及び内部に水槽１４の水を浸入させる浸水機構が設けられる。そして、供試体１２は、図３に示されるようにその内部が仕切り３０によって複数の領域に仕切られる。仕切り３０により仕切られた領域のうち、水が蓄えられる領域である排水タンク３２に排水機構が設けられる。一方、水が蓄えられない領域である空気タンク３４に浸水機構が設けられる。
【００３０】
本実施形態では、排水タンク３２と空気タンク３４は、供試体１２の中央部に設けられる。供試体１２は、仕切り３０によって中央部で上下に仕切られ、排水タンク３２の上方に空気タンク３４が設けられる。
【００３１】
排水タンク３２は、いわゆるバラストタンクであり、排水穴１６から水が排水されると、供試体１２は水槽１４内で浮上する。排水タンク３２の中央部分には、排水タンク３２内の水量を計測するための水位計３６Ａが設けられる。
なお、排水穴１６は、一例として、常時開いた状態とされる。
【００３２】
空気タンク３４が浸水機構によって浸水すると、供試体１２は水槽１４内で沈降する。空気タンク３４には、破口１８及び破口１８を封止するための破口栓３８が設けられる。この破口１８及び破口栓３８等によって浸水機構が構成される。
なお、破口栓３８は、一例として、水槽１４外から紐４０を引っ張ることで破口１８から外される。
【００３３】
空気タンク３４の中央部分には、空気タンク３４内の水量を計測するための水位計３６Ｂが設けられる。
また、空気タンク３４には、異なる口径の破口１８が複数設けられてもよい。
【００３４】
また、供試体１２は、排水タンク３２及び空気タンク３４の前後方向に、機器収納タンク４２及びバランス調整用タンク４４を備える。
【００３５】
機器収納タンク４２は、供試体１２に備えられる各種計測器（水位計３６Ａ，３６Ｂ、後述する流量計６８や位置検出計７６等）に関連する機器（アンプやＡ／Ｄ変換機等）、及び供試体１２に供給される圧縮空気の流量を調整するバルブ等の機器が収納される。
機器収納タンク４２には、電源ケーブル４６や伝送ケーブル４８が接続される。
電源ケーブル４６は、計測器へ電力を供給するためのケーブルである。伝送ケーブル４８は、水槽１４外に設けられた計測装置２２と供試体１２の各種計測器との間で情報の伝送を行うためのケーブル（例えばＬＡＮケーブル）である。
また、機器収納タンク４２には、排水タンク３２の空気ブロー穴５０へ圧縮空気を送る空気供給部５２が設けられる。
【００３６】
空気は圧縮機６０によって圧縮空気とされ、チューブ６１で接続された一時的にチャンバー６２に保持される。そして、圧縮空気は、レギュレータ６４によって圧力が調整され、ニードルバルブ６６によって流量が調整された後に空気供給部５２へ送られる。供試体１２には、流量計６８が設けられ、排水タンク３２へ供給される圧縮空気の流量が計測される。また、機器収納タンク４２には、バルブが設けられており、このバルブによって排水タンク３２に供給される圧縮空気の最終的な流量が調整される。
この空気供給部５２及び排水穴１６等によって排水機構が構成される。なお、圧縮機６０、チャンバー６２、レギュレータ６４、及びニードルバルブ６６は、水槽１４外に設置される空気供給源２０である。
【００３７】
バランス調整用タンク４４は、供試体１２を水平に保つためのカウンターウェイトである。バランス調整用タンク４４は、供試体１２の重心が中央部分となるように、機器収納タンク４２に収納される機器と同等の重量を有するバラストが収納される。なお、バラストは、水であってもよいし、金属であってもよい。
【００３８】
供試体１２は、金属、例えば鉄等によって形成されればよいが、排水タンク３２及び空気タンク３４は、その内部が視認可能なようにアクリル等の透明性を有する材質で形成されることが好ましい。
【００３９】
ガイド１３は、水槽１４内での供試体１２の運動方向を一つの軸方向とするものである。このため、ガイド１３は、供試体１２と共に水槽１４内に沈められる。
【００４０】
ガイド１３は、供試体１２の４隅に対応して４本のレール７０を備える。供試体１２とレール７０は、スライダ７２によって組み合わされる。供試体１２は、スライダ７２によってレール７０に沿って上下方向（ｚ軸方向）への運動、すなわち浮上又は沈降が可能とされる。
本実施形態では、供試体１２が上下方向という一つの軸方向にのみ運動するように、供試体１２の４隅に対応して４本のレール７０を備えるが、これに限らず、供試体１２の運動方向を一つの軸方向とできれば、レール７０の数を４本以上、又は３本以下としてもよい。例えば、レール７０の数を１本とする形態では、供試体１２の縦方向にスライダ７２を２つ備え、２つのスライダ７２によって１本のレール７０に沿って供試体１２を運動させる。
【００４１】
なお、供試体１２は、不図示のフック等によってガイド１３に繋ぎ止められる。このため、供試体１２を浮上又は沈降させる場合には、係留切り離し装置７４によって、フックが外される。
【００４２】
また、模擬実験装置１０は、位置検出計７６を備える。
位置検出計７６は、供試体１２が運動する軸方向の位置を検出する。すなわち、位置検出計７６は、レール７０に沿って備えられ、供試体１２の位置の時間変化が検出されることにより、供試体１２の上下方向への移動速度が検出される。
【００４３】
次に、供試体１２を用いた模擬実験方法について説明する。
【００４４】
供試体１２を浮上させる場合には、係留切り離し装置７４によって供試体１２がガイド１３から切り離される。そして、圧縮空気が排水タンク３２に送られることで、排水タンク３２内の水が排水穴１６から排水される。これにより、供試体１２の浮力が増し、供試体１２が浮上する。
【００４５】
ここで、供試体１２はガイド１３によって上下方向への運動のみが可能とされる。すなわち、供試体１２は、上下方向以外の軸方向には運動をしないように固定され、ガイド１３に沿って移動することとなる。
一方、供試体１２が複数の軸方向に運動すると状態は、供試体１２にピッチング、ヨーイング、又はローリングが発生し、供試体１２が姿勢を乱している状態である。この状態では、供試体１２が模擬する水中航走体の運動の解析が困難となり、また実験の再現性も得難くなる。
本実施形態に係る模擬実験装置１０は、ガイド１３という安価で簡便な構成により、姿勢を乱さずに安定した供試体１２の運動を可能としている。
【００４６】
そして、供試体１２の浮上速度が、位置検出計７６の計測結果に基づいて求められる。
図４は、供試体１２の浮上速度の時間変化を示すグラフの一例である。
図４に示されるように、供試体１２は浮上を開始してから一定期間は速度が時間と共に増加するが、その後、略速度は一定となる。
【００４７】
このように、模擬実験装置１０では、供試体１２を用いて速度の増加を模擬する。このため、水槽１４の深さは、供試体１２の初期速度における加速が終了し、速度が一定となることが計測できる深さであればよく、例えば３ｍである。
また、模擬実験装置１０は、供試体１２へ供給する圧縮空気の流量を変えることで、供試体１２から排出される水量を容易に制御できる。その結果、供試体１２の浮上速度も変化する。
【００４８】
また、排水タンク３２に設けられる水位計３６Ａによって、排水タンク３２内の水量が計測される。これによって、排水タンク３２内の水量の変化、すなわち浮力の変化と供試体１２の浮上速度の変化との関係を求めることができる。
【００４９】
一方、供試体１２を沈降させるためには、破口栓３８を破口１８から外されることによって、空気タンク３４内を浸水させる。これにより、供試体１２の浮力が減り、供試体１２は沈降する。
【００５０】
破口１８は、水中航走体に何らかの理由によって破損が生じ、浸水する場合を模擬しているものである。このため、異なる口径の破口１８から浸水させることで、供試体１２に浸入する水量を容易に制御できる。この結果、水中航走体の異なる破損状態が模擬されることとなる。
【００５１】
また、空気タンク３４に設けられる水位計３６Ｂによって、排水タンク３２内の水量が計測される。これによって、空気タンク３４内の水量の変化、すなわち浮力の変化と供試体１２の沈降速度の変化との関係を求めることができる。
【００５２】
さらに、模擬実験装置１０は、破口１８から破口栓３８を外すと共に、排水タンク３２へ圧縮空気を送ることで、水中航走体が破損して浸水した場合における浮上を模擬した実験を行える。
【００５３】
また、ガイド１３は、供試体１２を上下方向（ピッチ方向）に対して傾かせた状態で維持しつつ、供試体１２の運動方向を上下方向とさせてもよい。例えば、供試体１２は、前方を後方よりも上げた状態、又は後方を前方よりも上げた状態でスライダ７２に固定される。そして、供試体１２はこの傾いた状態が維持され、ガイド１３に沿って浮上又は沈降する。これにより、模擬実験装置１０は、姿勢を変えて供試体１２を浮上又は沈降させられる。
【００５４】
また、図２に示されるガイド１３は、上下方向にレール７０が延在し、供試体１２の運動方向を上下方向としている。しかし、これに限らず、例えば、図５に示されるように、レール７０が上下方向に対して傾斜を有して延在し、供試体１２の運動方向が斜め上下方向の軸とされてもよい。
【００５５】
そして、模擬実験装置１０による実験結果と水中航走体の運動計算（シミュレーション）の計算結果とを比較し、計算結果が実験結果と一致するように運動計算式を改良することで、運動計算結果の精度を向上させることができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係る模擬実験装置１０は、水槽１４と、水中航走体を模擬し、内部に蓄えられた水を水槽１４へ排出する排水機構、及び内部に水槽１４の水を浸入させる浸水機構が設けられる供試体１２と、水槽１４内での供試体１２の運動方向を一つの軸方向とするガイド１３と、供試体１２の軸方向の位置を検出する位置検出計７６と、を備える。
【００５７】
本実施形態に係る模擬実験装置１０は、供試体１２がガイド１３によって一つの軸方向にのみ運動することとなるので、水中航走体の運動の解析を簡易かつ精度高く行える。
【００５８】
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、供試体１２の形状を円筒形とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、供試体１２を模擬する水中航走体と同じ形状等、他の形状とする形態としてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、供試体１２を円筒形とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、供試体１２を模擬する水中航走体と同じ形状等、他の形状とする形態としてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、仕切り３０によって供試体１２の内部を排水タンク３２及び空気タンク３４の２つの領域に分ける形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、仕切り３０によって３つ以上の領域に分けられる形態としてもよい。この形態の場合、例えば、排水タンク３２が一つに対して空気タンク３４が２つ以上とされる。
【００６２】
また、供試体１２が傾斜計を備え、その姿勢が計測されてもよい。
【００６３】
また、供試体１２は、空気タンク３４に水を侵入しやすくするために、破口１８とは異なる位置に空気抜き用の穴が空気タンク３４に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０    模擬実験装置
１２    供試体
１３    ガイド
１４    水槽
１６    排水穴
１８    破口
３２    排水タンク
３４    空気タンク
３６Ａ  水位計
３６Ｂ  水位計
３８    破口栓
５２    空気供給部
７６    位置検出計
【図１】
2015127671.tif 000003
【図２】
2015127671.tif 000004
【図３】
2015127671.tif 000005
【図４】
2015127671.tif 000006
【図５】
2015127671.tif 000007