(57)【要約】  無人水中輸送装置（UUV）の改良型ノズルとその操作方法を開示した。ノズルは、UUVステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材を含む。ノズルはまた第２剛性部材を有し、第１剛性部材に、調整可能な作動角度に従って可撓性ベローズによって連結される。ノズルは、格納時は境界面を越えて延びないが、展開時は延びる。第１剛性部材を通過し、第２剛性部材に接触する水は、調整可能な作動角度に従って反作用力を発生する。UUV内のいくつかのこのようなノズルを通過する流体の体積、及びそれらのそれぞれの方向及び作動角度の同時かつ独立した制御が、別のガイダンス目標に従った自動ステーション保持又はナビゲーションを可能にする。
2021512018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置のための拡張可能で方向操作可能なノズルであって：
前記装置に取り付けられ、前記装置のステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材；
前記装置の第２剛性部材；及び
調整可能な作動角度に従って、前記第１剛性部材を前記第２剛性部材に結合する可撓性ベローズであり、前記第１剛性部材を通過して前記第２剛性部材に接触する流体に前記作動角度に従って反作用力を発生させる、可撓性ベローズ；
を含み、
前記可撓性ベローズは、前記ノズルが境界面を越えて延びない第１構成と、前記ノズルが前記境界面を越えて延びる第２構成とを有する、
ノズル。
【請求項２】
前記第１剛性部材及び前記第２剛性部材のいずれか又は両方が、プラスチック、金属、複合材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記可撓性ベローズは、ゴム、可撓性プラスチック、布、又はこれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載のノズル。
【請求項４】
前記装置の前記ステアリング機構は歯車を備え、前記第１剛性部材は、該歯車の歯と歯合する歯を有するリングを備える、請求項１に記載のノズル。
【請求項５】
前記可撓性ベローズは、前記第２構成において、前記作動角度が0〜90度であるように成形されている、請求項１に記載のノズル。
【請求項６】
前記作動角度は、約15度である、請求項５に記載のノズル。
【請求項７】
前記ノズルを前記ステアリング機構に保持するための第３剛性部材をさらに備え、該第３剛性部材は前記第２剛性部材に機械的に結合される、請求項１に記載のノズル。
【請求項８】
前記第１剛性部材が、前記第３剛性部材のための軸受を備える、請求項７に記載のノズル。
【請求項９】
前記第３剛性部材は、金属、プラスチック、複合材料、又はこれらの任意の組合せを含むロッドである、請求項７に記載のノズル。
【請求項１０】
無人水中輸送装置であって：
ステアリング機構と；
拡張可能で方向操作可能なノズルであり、
前記ステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材；
第２剛性部材；及び
調整可能な作動角度に従って、前記第１剛性部材を前記第２剛性部材に結合する可撓性ベローズであり、前記第１剛性部材を通過して前記第２剛性部材に接触する流体に前記作動角度に従って反作用力を発生させる、可撓性ベローズ；
を含むノズルと；
を有し、
前記可撓性ベローズは、前記ノズルが境界面を越えて延びない第１構成と、前記ノズルが前記境界面を越えて延びる第２構成とを有する、
輸送装置。
【請求項１１】
前記第１剛性部材及び前記第２剛性部材のいずれか又は両方が、プラスチック、金属、複合材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０に記載の輸送装置。
【請求項１２】
前記可撓性ベローズは、ゴム、可撓性プラスチック、布、又はこれらの任意の組合せを含む、請求項１０に記載の輸送装置。
【請求項１３】
前記ステアリング機構は歯車を備え、前記第１剛性部材は、該歯車の歯と歯合する歯を有するリングを備える、請求項１０に記載の輸送装置。
【請求項１４】
前記可撓性ベローズは、前記第２構成において、前記作動角度が0〜90度であるように成形されている、請求項１０に記載の輸送装置。
【請求項１５】
前記作動角度は、約15度である、請求項１４に記載の輸送装置。
【請求項１６】
前記ノズルを前記ステアリング機構に保持するための第３剛性部材をさらに備え、該第３剛性部材は前記第２剛性部材に機械的に結合される、請求項１０に記載の輸送装置。
【請求項１７】
前記第１剛性部材が、前記第３剛性部材のための軸受を備える、請求項１６に記載の輸送装置。
【請求項１８】
前記第３剛性部材は、金属、プラスチック、複合材料、又はこれらの任意の組合せを含むロッドである、請求項１６に記載の輸送装置。
【請求項１９】
無人水中輸送装置（UUV）を操作する方法であって：
前記輸送装置をハウジング内に収容するステップであり、前記輸送装置は、ステアリング機構と、（a）該ステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材、（b）第２剛性部材、及び（c）調整可能な作動角度に従って前記第１剛性部材を前記第２剛性部材に結合する可撓性ベローズを有する拡張可能な操作可能なノズルとを含み、前記ハウジングの内面によって前記可撓性ベローズを第１構成に圧縮するステップを含む、前記輸送装置をハウジング内に収容するステップ；
前記ハウジングから前記輸送装置を排出するステップであり、可撓性ベローズを、前記第１構成とは異なる作動角度を有する第２構成へと拡張させる、ステップ；
水に前記第1剛性部材を通過させ、前記第２剛性部材に接触させ、前記第2構成の前記作動角度に従って反作用力を発生させる、ステップ；
を含む方法。
【請求項２０】
前記第１剛性部材を通過する前記水の体積を自動的に変化させること、前記ステアリング機構を用いて前記反作用力を自動的に方向操作すること、前記可撓性ベローズの作動角度を自動的に変化させること又はこれらの任意の組み合わせによって、ガイダンス目標に従って前記水中輸送装置の位置又は向きを制御するステップ、をさらに含む、請求項19に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輸送装置のための拡張可能で方向操作可能なノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
無人水中輸送装置（unmanned  underwater  vehicles,  UUV）は、様々な目的で使用され、水中物体に関する情報を提供するためにカメラ又は他のセンサーを含むことができる。例えば、UUVは、通常、検査及びデータ収集に使用される。典型的なUUVは、多軸航行制御（multi-axis  flight  control）のための推進システムを含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の開示された実施形態は、展開時に円筒状の格納又は発射ハウジングの境界を越えて拡張する可撓性ベローを含む、拡張可能で方向操作可能なノズルを提供する。このようなノズルは、周囲の水中へと拡張することによって、都合良く、単一の剛性部品から作られた従来の固定ノズルよりも大きな開口部を提供し、それらを通過するのでより多くの体積の水の流れを許容する。本発明のノズルの実施形態が実験的に測定され、総推力を著しく増加させ、より迅速にミッション目標を達成することが可能になった。さらに、開示されたノズルは方向操作可能であり、従って、多軸制御の利点を含む。
【０００４】
かくして、第１の実施形態は、装置のための拡張可能で方向操作可能なノズルを含む。ノズルは、前記装置に取り付けられ、前記装置のステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材；  前記装置の第２剛性部材；及び  調整可能な作動角度に従って、前記第１剛性部材を前記第２剛性部材に結合する可撓性ベローズであり、前記第１剛性部材を通過して前記第２剛性部材に接触する流体に前記作動角度に従って反作用力を発生させる、可撓性ベローズ；を含む。前記可撓性ベローズは、前記ノズルが境界面を越えて延びない第１構成と、前記ノズルが前記境界面を越えて延びる第２構成とを有する。
【０００５】
拡張可能で方向操作可能なノズルは、互いに交互に、又は累積的に、異なるバリエーションで実施することができる。第１の変形例では、前記第１剛性部材及び前記第２剛性部材のいずれか又は両方が、プラスチック、金属、複合材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む。第２の変形例では、前記可撓性ベローズは、ゴム、可撓性プラスチック、布、又はこれらの任意の組合せを含む。第３の変形例では、前記装置の前記ステアリング機構は歯車を備え、前記第１剛性部材は、該歯車の歯と歯合する歯を有するリングを備える。第４の変形例では、前記可撓性ベローズは、前記第２構成において、前記作動角度が0〜90度であるように成形されており、約15度であってもよい。第５の変形例では、前記ノズルを前記ステアリング機構に保持するための第３剛性部材をさらに備え、該第３剛性部材は前記第２剛性部材に機械的に結合される。前記第１剛性部材が、前記第３剛性部材のための軸受を備えてもよい。前記第３剛性部材は、金属、プラスチック、複合材料、又はこれらの任意の組合せを含むロッドであってもよい。
【０００６】
第２の実施形態は、上述のように、ステアリング機構と拡張可能なで方向操作可能なノズルとを備える無人水中輸送装置を含む。ノズルは、前記ステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材；  第２剛性部材；及び  調整可能な作動角度に従って、前記第１剛性部材を前記第２剛性部材に結合する可撓性ベローズであり、前記第１剛性部材を通過して前記第２剛性部材に接触する流体に前記作動角度に従って反作用力を発生させる、可撓性ベローズ；を含む。前記可撓性ベローズは、前記ノズルが境界面を越えて延びない第１構成と、前記ノズルが前記境界面を越えて延びる第２構成とを有する。
【０００７】
このようなUUV（輸送装置）は、上述の変形例に従って、そのノズルを具体化することができる。したがって、第1の変形例では、前記第１剛性部材及び前記第２剛性部材のいずれか又は両方が、プラスチック、金属、複合材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む。第２の変形例では、前記可撓性ベローズは、ゴム、可撓性プラスチック、布、又はこれらの任意の組合せを含む。第３の変形例では、前記ステアリング機構は歯車を備え、前記第１剛性部材は、該歯車の歯と歯合する歯を有するリングを備える。第４の変形例では、前記可撓性ベローズは、前記第２構成において、前記作動角度が0〜90度であるように成形されており、約15度であってもよい。第５の変形例は、前記ノズルを前記ステアリング機構に保持するための第３剛性部材をさらに備え、該第３剛性部材は前記第２剛性部材に機械的に結合される。前記第１剛性部材が、前記第３剛性部材のための軸受を備えてもよく、前記第３剛性部材は、金属、プラスチック、複合材料、又はこれらの任意の組合せを含むロッドであってもよい。
【０００８】
第３の実施形態は、上述のUUV（又はその変形の１つ）を操作する方法を含む。このような方法は、前記輸送装置をハウジング内に収容するステップであり、前記輸送装置は、ステアリング機構と、（a）該ステアリング機構に動作可能に結合された第１剛性部材、（b）第２剛性部材、及び（c）調整可能な作動角度に従って前記第１剛性部材を前記第２剛性部材に結合する可撓性ベローズを有する拡張可能な操作可能なノズルとを含み、前記ハウジングの内面によって前記可撓性ベローズを第１構成に圧縮するステップを含む、前記輸送装置をハウジング内に収容するステップ；  前記ハウジングから前記輸送装置を排出するステップであり、可撓性ベローズを、前記第１構成とは異なる作動角度を有する第２構成へと拡張させる、ステップ；  水に前記第1剛性部材を通過させ、前記第２剛性部材に接触させ、前記第2構成の前記作動角度に従って反作用力を発生させる、ステップ；を含む。
【０００９】
１つのさらなる変形例において、方法の実施形態は、前記第１剛性部材を通過する前記水の体積を自動的に変化させること、前記ステアリング機構を用いて前記反作用力を自動的に方向操作すること、前記可撓性ベローズの作動角度を自動的に変化させること又はこれらの任意の組み合わせによって、ガイダンス目標に従って前記水中輸送装置の位置又は向きを制御するステップ、をさらに含む。
【００１０】
開示された実施形態を製造及び使用する方法及びプロセスは、図面を参照することにより理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の無人水中輸送装置（UUV）の例示的な実施形態の側面図である。
【図１Ｂ】本発明の無人水中輸送装置（UUV）の例示的な実施形態の平面図である。
【図２Ａ】拡張可能で方向操作可能なノズルを取り囲む領域の拡大平面図であり、ノズルの格納された構成を示している。
【図２Ｂ】拡張可能で方向操作可能なノズルを取り囲む領域の拡大平面図であり、ノズルの展開された構成を示している。
【図３Ａ】拡張可能で方向操作可能なノズルの第１実施形態の正面斜視図である。
【図３Ｂ】拡張可能で方向操作可能なノズルの第１実施形態の右側面図である。
【図３Ｃ】拡張可能で方向操作可能なノズルの第１実施形態の底面図である。
【図４Ａ】拡張可能で方向操作可能なノズルの第２実施形態の正面図である。
【図４Ｂ】拡張可能で方向操作可能なノズルの第２実施形態の右側面図である。
【図４Ｃ】拡張可能で方向操作可能なノズルの第２実施形態の底面図である。
【図５Ａ】ステアリング機構に連結されたノズルの第２実施形態の格納された構成の右側面図である。
【図５Ｂ】ステアリング機構に連結されたノズルの第２実施形態の格納された構成の正面図である。
【図６Ａ】ステアリング機構に連結されたノズルの第２実施形態の展開された構成の右側面図である。
【図６Ｂ】ステアリング機構に連結されたノズルの第２実施形態の展開された構成の正面図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った、拡張可能で方向操作可能なノズルを有する水中輸送装置を操作する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の無人水中輸送装置（UUV、以下「UUV」という。）の例示的な実施形態を示す。側面図１Ａは、第１及び第２の拡張可能で（expandable）操作可能な（steerable）ノズル12a、12bを示す。図示された実施形態によれば、UUV  10は、格納された構成で格納されてもよく、その構成では、ノズル12a、12bは、図２に示され、それに関連して以下に説明されるように、UUV  10の境界面を越えて延びていない。しかし、ノズル12a、12bは、いわゆる展開又は拡張構成で拡張することができ、その場合、各ノズル12a、12bを通過する流体が、それぞれの推力14a、14b、14c、及び14dを生成する。UUV  10の場合、このような流体の主成分は水であるが、他の用途で他の流体を使用してもよい。展開された構成では、それぞれの推力14a、14bは、方向性回転矢印16a、16bによって示されるように、ノズル12a、12bを軸を中心に回転させることによってベクトル化又は方向操作され得る。かくして、ノズルは、拡張可能であり且つ方向操作可能である。
【００１３】
図１に示されるUUV  10は、拡張可能で方向操作可能なノズルが具体化され得る例示的な装置にすぎないことが理解されるべきである。当業者は、本明細書に記載される発明の概念又は以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、このようなノズルを実施することができる他の装置（芝生スプリンクラ、ホストアタッチメント、及び一般的な流体分散装置など）を着想することができる。さらに、UUV  10は、拡張可能で方向操作可能なノズルの任意の数又は構成を備えることができる。かくして、図１Ｂは、UUV  10の平面図であり、４個の拡張可能で方向操作可能なノズル12a、12b、12c、12dを２列の縦列で示し、UUV  10の左側及び右側の両方にそれぞれのスラストベクトル（thrust  vectors）14a、14b、14c、14dを生成する。別の実施形態では、このような３列以上のノズル列を、等しい又は不等な角度変位で設けることができ、他方、他の実施形態では、ノズルを、UUV  10の表面上の点で非線形又は不規則に設けることができる。
【００１４】
図２Ａ及び図２Ｂは、拡張可能で方向操作可能なノズルを取り囲む装置20の面積の拡大図であり、ノズルの格納された又は圧縮された構成の平面図２Ａ、及びノズルの展開された又は拡張された構成の平面図２Ｂを示す。装置20は、図１に示すUUV  10又は他の装置であってもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示されるノズル22は、図１に示されるノズル12a、12b、12c、12dのいずれか、又は本明細書に開示される本発明の概念に従ったその他の拡張可能で方向操作可能なノズルであってもよい。
【００１５】
図２Ａに示される格納又は圧縮された構成では、ノズル22は、境界面24を越えて延びない。境界面24は、ノズル22が動作可能に連結されている装置20の一部を形成しているわけではないので、破線で示されている。むしろ、境界面24は、装置20又はノズル22（場合により）が展開前に格納されるときに、装置20がそれを越えて延びないような境界である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、境界面24は、装置20を包囲する格納ハウジングの内面によって画定される。そのような実施形態では、そのようなハウジングの内面は、ノズル22を格納された構成に圧縮することができる。図２Ａはノズル22と物理的に接触したハウジングを示していないが、当業者は、このような格納ハウジングがノズル22にどのように圧縮力を及ぼすかを理解すべきである。
【００１７】
水中輸送装置の場合、このような格納ハウジングは、例えば、複数の射出成形された円筒形セクションを一緒に結合することによって製造された成形プラスチック型の円筒形ソノブイ（cylindrical  sonobuoy）発射キャニスタ（launch  canisters）であってもよく、これは、分離（break-away）されたノズルキャップと発射開始プランジャとを有する１つの長いチューブを形成する。代替のハウジング又は発射キャニスタは、UUVが直接挿入されるPVCパイプ又は類似の金属パイプ又はチューブで作られた円筒形形態を含んでもよい。当業者は、それぞれの内部表面が物理的境界を画定し、そこを越えて収容された装置が延びることができない、本明細書に開示された装置と共に使用され得る他の収納ハウジングを理解することができる。
【００１８】
図２Ｂは、展開又は拡張構成におけるノズル22を示す。展開された構成では、ノズル22は、それが境界面24を越えて延びるように拡張している。図２Ａ及び図２Ｂを比較することによって分かるように、ノズル22は、装置20のハウジング内に格納するための低プロファイル構成に格納されてもよく、また装置ハウジングの外側に配置するための高プロファイル構成を得ることができる。
【００１９】
図２Ｂに示すように、展開された構成のノズル22は、ノズル22を通過する流体がスラスト26をもたらすように開かれる。ノズル22は、装置20の外面の凹部28内に配置され、この推力26の構成要素を装置20の縦軸に実質的に平行な方向に提供し、それによって装置20の横方向の動きを安定化又は減少させることができる。ノズル22が方向操作可能であるように、装置20の表面の凹部28は、ノズル22の回転軸の周りに対称的に配置され、それにより、ノズル22が中央に位置する円錐状、放物線状その他の回転対称の凹部28を形成する。
【００２０】
変形的に、凹部28は、回転軸の周りで回転対称ではなくてもよい。かくして、凹部28は、ノズル22の前方（すなわち、図２の左方向）の第１の形状、及びノズル22の後方（すなわち、図２の右方向）の第２の形状を有してもよい。このような異なる形状は、ノズル22の角度回転に関する制限の関数とすることができる。当業者は、装置20の設計の他のパラメータを最適化するために凹部28をどのように形成することができるかを理解することができる。
【００２１】
図３は、ノズルが結合され得る任意の装置から分離された、拡張可能で方向操作可能なノズル30の第１の実施形態を示す。図３は、正面斜視図３Ａ、右側面図３Ｂ、及び底面図３Ｃを含む。図３Ａは、頂部剛性部材31、可撓性ベローズ32、歯34を有する底部剛性部材33、及び軸受35を含むノズル30の特徴を示す。
【００２２】
頂部剛性部材31及び底部剛性部材33は、例えば、可変デュロメータープラスチック（variable  durometer  plastics）を用いた３Ｄ印刷によって形成されてもよく、可撓性ベローズ32はゴム化合物を用いて形成されてもよい。変形的には、頂部剛性部材31及び底部剛性部材33は、射出成形により硬質プラスチックから形成することができる。この製造方法を使用する場合、可撓性ベローズは、後に、これらの剛性部材に結合されなければならない。その一つの方法は、剛性部材31,33を第２の型に挿入し、剛性部材31,33に既に接合されている可撓性ゴムからベローズ32を形成することによる。或いは、ベローズ32は、型を使用せずに、剛性部材31及び33に接合された薄いプラスチック膜から作られてもよい。当業者は、ノズル30を製造することができる他の材料、及びそれを製造するための関連技術を理解することができる。
【００２３】
図３に示す配置構成では、ノズル30は、以下のように動作する。流体は、底部剛性部材33を垂直に通過して、ベアリング35の周りを流れ、頂部剛性部材31に接触するまで流れる。しかしながら、上部剛性部材31の底面と底部剛性部材33の上面は、図３Ｂに示すように、作動角度αを形成する。かくして、上部剛性部材31は、移動流体に反力を発生させ、流体を再方向付けし、下部剛性部材33の上面に対してほぼαの角度でノズル30の開口部36を出るように流体を方向転換させる。可撓性ベローズ32は、流体が開口部36の方向にノズル30を出るように流体を含む。反対に、流出流体は、頂部剛性部材31及びベローズ32に力を及ぼし、これが反作用（react）してノズル30を図３Ｂの左に向かう方向に推進する。例示的な実施形態では、展開された構成の角度αは、約15度であるが、他の角度を使用してもよいことを理解されたい。
【００２４】
いくつかの実施態様によれば、ノズル30は、方向操作可能である。かくして、底部剛性部材33は、ノズル30にステアリング入力を提供するためのステアリング（方向操作）機構を有する装置に取り付けることができる。このような装置は、図１に関連して上述したUUV又は他のこのような装置であってもよい。この目的のために、底部剛性部材33を方向操作機構またはステアリング機構（steering  mechanism）に連結することができる。かくして、図３は、歯34を有する底部剛性部材33を示しており、これは、装置のステアリング機構の一部を形成する歯車に連結されてもよい。この結合は、図５及び図６に示されており、以下により詳細に説明する。しかしながら、ノズル30と歯車以外の装置との間の機械的結合を用いてステアリングを行うことは可能であり、当業者は、他のステアリング機構を理解することができる。これに関連して、ノズル30の様々な実施形態は、歯34を欠いてもよく、その代わりに、異なる形態の結合を使用してもよい。ノズル30は、中心枢軸点からの直接駆動によって方向操作できる。歯車の歯インターフェースは、底部剛性部材33と駆動スピンドル又はチェーン又はベルトとの直接接触などのような摩擦面によって交互に駆動することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、ノズル30は、頂部剛性部材31に取り付けられた第３の剛性部材（例えば、頭付きピン（headed  pin））を使用して、ステアリング機構に保持される。図３の実施形態では、ピンは短く、底部剛性部材33のベアリング35を介してノズル30を保持し、可撓性ベローズ32は容易に拡張及び圧縮されるように残す。この実施形態では、可撓性ベローズ32は、流体流の再方向付けからの負荷の急激な変化に対応するのに構造的に十分でなければならない。
【００２６】
図４は、拡張可能で方向操作可能なノズル40の第２の実施形態を示し、正面図４Ａ、右側立面図４Ｂ、及び平面図４Ｃを含む。図４Ａは、ノズル40のいくつかの関連する特徴を示し、頂部剛性部材41、可撓性ベローズ42、及び歯44を有する底部剛性部材43を含む。これらの構造構成要素の各々は、図３に示され、上述された第１の実施形態の対応する構成要素と同様である。
【００２７】
図４はまた、軸受45を示している。ノズル40を輸送装置に保持するために、第３の剛性部材（例えば、頭付きピン）が、頂部剛性部材41のベアリング45を介して頂部剛性部材41に取り付けられてもよい。この実施形態では、ピンの頭が、流体の流れの方向転換からの負荷を負担するので、可撓性ベローズ42は、負荷の突然の変化から解放される。かくして、可撓性ベローズ42は、より弱い材料から作ることができる。
【００２８】
図５及び図６に示す第３の剛性部材は、ノズル40が取り付けられた装置の角度制御システムに作動的に結合された金属ロッドであってもよい。このような結合を用いて、角度制御システムは、第３の剛性部材の移動によって、上部剛性部材41の底面と底部剛性部材43の上面との間の図４Ｂに示す作動角度αに対して正の制御を行うことができる。上述のベアリング35のようなベアリングを使用して、第３の剛性部材の横方向の動きを制限することができる。しかしながら、ノズル40（及びノズル30）の様々な実施形態は、展開中に作動角度αに対する正の制御が望まれない場合には、このような第３の剛性部材、ベアリング、又はその両方を欠いてもよいことを理解されたい。
【００２９】
図５Ａ，Ｂは、右側面図５Ａ及び正面図５Ｂにおいて、ステアリング機構52に結合されたノズル40の格納された構成を示す。図５Ａ、Ｂは、図２Ａの部分切断図であり、ノズル40及びステアリング機構52のみを示すために、装置20の外面が取り除かれている。上述したように、図５Ａ、Ｂのステアリング機構は、歯56を有する歯車54であり、ノズル40の底部剛性部材43は、噛合歯44を介して歯56に作動的に連結される。図５Ａ、Ｂには、第３の剛性部材58が示されており、これは孔45を通じてノズル40の頂部剛性部材41に連結されており、ノズル40をステアリング機構に保持し、ノズル40の作動角度を制御する。
【００３０】
図６Ａ、Ｂは、右斜視図６Ａ及び正面図６Ｂにおいて、ステアリング機構52に結合されたノズル40の配置構成を示す。図６Ａ、Ｂは、図２Ｂの部分断面図であり、ノズル40及びステアリング機構52のみを示すために、装置20の外面が取り除かれている。上述したように、図６のステアリング機構は、歯56を有する歯車54であり、ノズル40の底部剛性部材43は、噛合歯44を介して歯56に作動的に連結される。図６に示すのは、ノズル40の頂部剛性部材41に結合された第３の剛性部材58であり、ノズル40をステアリング機構に保持し、ノズル40の作動角度を制御する。
【００３１】
図５Ａ、Ｂでは、第３の剛性部材58は収縮構成であるが、図６Ａ、Ｂでは拡張構成であることに留意されたい。当業者は、第３の剛性部材58を伸長させると作動角度αが増加し（図３及び図４に示すように）、第３の剛性部材58を後退させると作動角度αが減少することを理解すべきである。かくして、装置20の角度制御システムは、そのような延長又は収縮の距離がノズル40の幾何学的形状に対して適切に較正されていれば、作動角度αを正確に制御することができる。そのような較正は、装置20（及びノズル40）が格納された構成にある間、展開の前に実行されてもよい。同様に、第３の剛性部材58を移動させるために必要な力の較正が、展開の前に実施することができ、あるいは、実際の動作条件を感知する環境センサ（図示せず）によって提供されるフィードバックを使用して、装置20及びノズル40が展開された構成にある間に実施することもできる。
【００３２】
図７は、本発明の一実施形態に従った拡張可能で方向操作可能なノズルを有する水中輸送装置を操作する方法70のフローチャートである。水中輸送装置は、例えば、図１に示すUUV  10、又は別の水中輸送装置であってもよい。ノズル自体には３種の構成要素がある。第１の構成要素は、水中輸送装置の方向操作機構に動作可能に結合された第１の剛性部材である。第２の構成要素は、第２の剛性部材である。第３の構成要素は、第１の剛性部材を構成可能な作動角度に従って第２の剛性部材に結合する可撓性ベローズである。したがって、例えば、ノズルは、上述のノズル12、22、30、又は40であってもよいが、図７の水中輸送装置は必ずしもそのように限定されない。
【００３３】
第１のプロセス71は、ハウジング内部にUUVを収容することを含む。UUVを収容することは、ハウジングの内面によってノズルの可撓性ベローを圧縮して、格納された構成にすることを含む。そのように収納されると、水中輸送装置は、容易に格納され、必要であれば、その展開位置の近傍に移され得る。一実施形態では、水中輸送装置は、すでにハウジング内に収容されており、可撓性ベローは、すでに格納された構成に圧縮されていることが理解されるべきである。別の実施形態では、ハウジングと水中輸送装置は別々に提供され、プロセス71は、水中輸送装置をハウジング内部に配置するステップを含む。
【００３４】
第２のプロセス72は、UUVをハウジングから排出する。排出は、当技術分野で既知の種々の技術に従って行うことができる。例えば、UUVは、ピストンをUUVの後端部に押し付けてUUVをハウジングから押し出す爆発性チャージ（explosive  charge）を用いて排出されてもよい。他の排出方法は、先ずハウジングを下向きの角度で配向し、次いで、UUVが重力によりハウジングから滑り出ることを可能にするようハッチを開けることを含む。種々の実施形態によれば、排出は、格納された構成内にあらかじめ圧縮された可撓性ベローズを、展開された構成内に自動的に拡張させる。そのような拡張は、ベローズの可撓性及びバネ力、又は水中輸送装置の通常の動作に従ったノズル通過流体などのような１つ以上の要因によって引き起こされ得る。いずれにしても、可撓性ベローズの拡張により、第１の剛性部材及び第２の剛性部材がそれらの間の作動角度を得るので、第１の剛性部材を通過する水が、第２の剛性部材に接触する際に、作動角度に応じて反作用を発生する。
【００３５】
第３のプロセス73は、水にノズルを通過させて、作動角度に従って反作用力（reactive  force）を発生させることを含む。より詳細には、水は、第１の剛性部材を通過して、作動角度に応じて位置決めされた第２の剛性部材に接触する。このような接触は、図３に関連して上述したように、反作用力を発生させる。このようにして、水は、ノズルから出るように方向転換され、反作用力は、UUVを推進する。
【００３６】
水中輸送装置の位置又は向きは、排出後、上述のように拡張可能で方向操作可能なノズルの能力を使用する種々の方法で制御することができる。かくして、例えば、水にノズルを通過させることにより推進力を提供することができる。また、いくつかのこのような方向操作可能なノズルを有する水中輸送装置は、ノズルを独立して方向操作するか、或いはそれぞれの作動角度を変えるように構成することができる。さらに、水中輸送装置は、有利には、ガイダンス目標（guidance  objective）に従ってこれらの技術の任意の組み合わせを自動的に実行することができる。そのような目的は、例えば、荒れた又は乱流の水域にステーションを維持すること、又はナビゲーション・ソリューションに従って関心対象のターゲットに向かって航行することである。このような自動制御は、水中輸送装置が、幾つかの拡張可能で方向操作可能なノズル、ならびに当技術分野で既知であるが本明細書では説明されていないナビゲーション用コンピュータ、種々のセンサー等を有することを必要とする場合があることを理解されたい。
【００３７】
本明細書に記載される技術及び構造は、種々の異なる形態のいずれかで実施することができる。例えば、本発明の特徴は、有線及び無線の両方の通信装置；テレビ；セットトップボックス；オーディオ／ビデオ装置；ラップトップ、パーソナル・デジタル・アシスタント；電話；ポケットベル；衛星通信機；通信能力を有するカメラ；ネットワーク・インターフェース・カード（NICs）及び他のネットワーク・インターフェース構造；基地局；アクセス・ポイント；集積回路；命令及び／又は機械可読媒体に記憶されたデータ構造；及び／又は他のフォーマットで、種々の形態の通信装置内に具体化することができる。使用され得る様々な種類の機械読取り可能媒体の例としては、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、コンパクトディスク読取り専用メモリ（CD-ROMs）、デジタルビデオディスク（DVD）、ブルーレイディスク、磁気光学ディスク、読取り専用メモリ（ROMs）、ランダムアクセスメモリ（RAMs）、消去可能プログラマブルROM（EPROMs）、電気的消去可能プログラマブルROM（EEPROMs）、磁気もしくは光学カード、フラッシュメモリ、及び／又は電子的命令もしくはデータを記憶するのに適した他の種類の媒体が挙げられる。
【００３８】
前述の詳細な説明において、本発明の様々な特徴は、開示を合理化するために、１つ以上の個々の実施形態にまとめられる。本開示のこの方法は、権利請求する発明が、各請求項において明白に述べられているよりも多くの特徴を必要とするという意図を表すものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の態様は、開示された各実施形態のすべての特徴よりも小さいものであってもよい。
【００３９】
本開示の主題である種々の概念、構造、及び技術を例示するのに役立つ実装を記載したが、これらの概念、構造、及び技術を組み込んだ他の実装が使用され得ることは、当業者には明らかであろう。従って、当該特許の範囲は、記載された実施例に限定されるべきではなく、むしろ、以下の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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