(57)【要約】【課題】軽量小型であり、全体に所望の指向性をもち、特定の空間領域の指向性を抑制した音響特性を有する水中音響機器とその水中音響機器を搭載した水中航走体を提供しようとする。【解決手段】従来の液の中を航走する水中航走体にかわって、液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体である密閉構造体と、密閉構造体に固定され水中を推進するための推力を発生する推進機器と、音響を送波または受波する送受波素子と、を備え、前記送受波素子が前記前端部の前方に固定されているものとした。【選択図】　　図１
2004085500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液の中で音響を送波または受波する水中音響機器であって、音響を送波または受波する送受波素子と、
液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体である密閉構造体と、
を備え、
前記送受波素子が前記密閉構造体の前記前端部の前方に固定されていることを特徴とする水中音響機器。
【請求項２】
液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の後端部を持った中空の筒状体である他の密閉構造体を備え、
前記送受波素子が前記他の密閉構造体の前記後端部の後方に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の水中音響機器。
【請求項３】
音響を送波または受波する他の送受波素子を備え、
前記他の送受波素子が前記密閉構造体の後方に位置することを特徴とする請求項１または請求項２のうちのひとつに記載の水中航走体。
【請求項４】
前記送受波素子を駆動する電子回路である音響駆動機器を、備え、
前記音響駆動機器が前記前端部の内側に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の水中音響機器。
【請求項５】
前記送受波素子が球状の圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の水中音響機器。
【請求項６】
液の中を航走する水中航走体であって、
液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体である密閉構造体と、
密閉構造体に固定され水中を推進するための推力を発生する推進機器と、
音響を送波または受波する送受波素子と、
を備え、
前記送受波素子が前記前端部の前方に固定されていることを特徴とする水中航走体。
【請求項７】
液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の後端部を持った中空の筒状体である他の密閉構造体を備え、
前記送受波素子が前記他の密閉構造体の前記後端部の後方に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の水中航走体。
【請求項８】
少なくとも内部が液の密度とほぼ等しい密度をもった素材ででき前記送受波素子を覆うフェアリングを、
備え、
前記フェアリングの外壁と前記密閉構造体の外壁とが繋がっていることを特徴とする請求項６または請求項７のうちのひとつに記載の水中航走体。
【請求項９】
前記送受波素子が球状の圧電素子であることを特徴とする請求項６乃至請求項８に記載の水中航走体。
【請求項１０】
前記先細り形状が略台形円錐形状であることを特徴とする請求項６乃至請求項９の水中音響機器。
【請求項１１】
音響を送波または受波する他の送受波素子を備え、
前記他の送受波素子が前記密閉構造体の後方に曳航されることを特徴とする請求項６乃至請求項１０に記載の水中航走体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海中、水中等の液の中で使用される水中音響機器とその水中音響機器を搭載して液の中を航走する水中航走体とに係る。特に優れた音響特性を発揮するために所望の指向性を要求される場合に好適な構造を有する水中機器と水中構造体とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中音響機器が、水中において探査や通信等の目的で使用される。
水中音響機器に用いられる送受波器を所定の距離だけ離れた場所からみた指向性は、目的用途に対応して所望のパターンが選定される。所望のパターンの例は、球形パターン、円錐形パターンもしくはバタフライ形パターンである。
音響素子を用いて構成された送受波器の指向性パターンを所望の形状パターンにするためには２つの方式がある。
第一の方式では、複数の音響素子を組み合わせてその音響素子を駆動する駆動電源のそれそれの位相を電気的に変化させる。複数の音響素子から放射された位相の異なる音響が干渉しあって、所定の距離だけ離れた位置から観察すると所望のパターンを持った一つの音響素子として認識される。
第二の方式では、音響素子の近傍に音響反射板を設けて音響素子から放射される音響の伝搬を遮る。伝搬を遮られた領域の音響感度が低下するので、所定の距離だけ離れた位置から観察すると所望のパターンを持った一つの音響素子として認識される。
これらの方法を用いることで、事実上半周単位で指向性を変化させることができる。
【０００３】
これらの水中音響機器を小型の水中航走体に搭載し、その水中航走体を水中で航走させることがある。例えば、水中を航走しつつ、外部からの音響を探知して、その音響信号を加工して再度水中に放射するための水中航走体がある。
【０００４】
従来の水中航走体の一例を、図をもとに、簡単に説明する。図６は、従来の水中航走体の断面図である。図７は、従来の水中航走体の部分断面図である。
水中航走体１は、水中を航走する運動体であり、密閉構造体１０と送波素子（送受波素子に相当する）２０と音響駆動機器３０と推進機器４０とフェアリング５０と受波素子（他の送受波素子に相当する）６０とえい航ケーブル７０とを備える。
【０００５】
密閉構造体１０は、略円筒形状の耐圧壁をもった構造体である。音響駆動機器３０と推進機器４０の一部とが、密閉構造体１０の内部に格納される。密閉構造体１０の前端部は、平坦な円盤状板で閉塞されている。
送波素子２０は、水中に音響を送波する素子であり、密閉構造体１０の前端部の外側に設けられる。図では、単体で無指向性の音響特性を有する球形の送波素子２０が、支持体２１を介して密閉構造体１０の前端部に支持された構造が示されている。
【０００６】
音響駆動機器３０は、送受波素子２０を駆動する電子回路であり、マッチングネットワーク回路３１とパワーアンプ３２と音響信号発生装置３３とを有する。音響駆動機器３０は、密閉構造体１０の内部に格納される。
推進機器４０は、水中構造体を航走させるためのものであり、密閉構造体１０に固定される。推進機器４０は、水中を推進するための推力を発生する機器であり、プロペラと舵と電源と制御装置と電動モータと操舵装置等で構成され、密閉構造体１０に固定される。例えば、電源と制御装置と電動モータと操舵装置とが、密閉構造体１０の内部に格納される。プロペラと舵とが、密閉構造体１０の後部外側に設けられる。
フェアリング５０は、送波素子２０を覆うものであり、流線型をした外壁が密閉構造体１０の外壁に滑らかにつながっている。フェアリング５０は、液の密度とほぼ等しい密度をもった素材（例えば、ポリウレタン）できている。
受波器６０は、水中の音響を受波する音響素子であり、えい航ケーブル７０に繋がれて、密閉構造体１０の後部から曳航される。
【０００７】
次に、上記で説明した水中航走体の運用の一例を説明し、プロジェクタ２やトランスデューサ３に要求される音響特性を説明する。図８は、水中航走体の運用図である。
プロジェクタ２は、水中に音響を送波するのに使用される音響機器であり、上記の構成要素のうち、密閉構造体１０と送波素子２０と音響駆動機器３０とで構成される。
トランスデューサ３は、水中の音響を受波するのに使用される音響機器であり、上記の構成要素のうち、密閉構造体１０と音響駆動機器３０と受波素子６０とで構成される。
水中航走体１が水中を航走する際に、外部から音響が水中航走体１に放射される。トランスデューサ３が音響を受信する。受信された音響の音響データがデータ処理される。所望の処理プログラムにより加工された音響データに基づいてプロジェクタ２０から音響を送波する。送波された音響は液中を伝搬して周囲へ放射される。
【０００８】
図８は、トランスデューサ３とプロジェクタ２に望まれる指向性を斜線で模式的に示している。
トランスデジューサ３は、全方位からの音響を受信できる様に無指向性であるのが望ましい。但し、推進機器から発生する機械振動ノイズを受信するとＳ／Ｎ比が悪化してしまうので、前方の一部が不感帯になっていることが要求される。プロジェクタ２は、全方位へ音響を放射できるように無指向性であるのが望ましい。但し、プロジェクタ２から放射した音響が後方のトランスデジューサ３に回り込み、いわゆるハウリングをおこさないように、またトランスデジューサ３のＳ／Ｎ比を悪化させないように、後方の一部に音響を放射しない領域（説明の便宜上、不感帯と呼ぶ。）をもつことが要求される。
【０００９】
音響の特性上、音響の伝搬経路は可逆性をもっており、音響が一方へ伝搬する音響経路が「真」ならば、音響が他方へも伝搬する音響経路も「真」であるので、水中航走体におけるトランスデジューサ３とプロジェクタ２の配置を交換しても、同じことが言える。
【００１０】
上記で説明したのは一例であるが、水中音響機器の設計において、所望の指向性を要求される。特に、感度が全体としては一様であって一部の空間領域に不感帯を持った指向性の音響特性を要求されることが極めて多い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
これらの水中航走体に搭載する水中音響機器の音響特性（特に指向性）を所望の値にするために従来の手法を使用すると以下の様になる。
（１）複数の音響素子を組み合わせて、各音響素子へ供給する位相を変化させる手法では、複数の音響機器を組み合わせて搭載する。全体の音響素子の大きさと重量が増加し、さらにその複数の音響素子の支持構造体が大きくなり、さらに、各音響素子に電子回路を設けるので、電子機器の大きさと重量が増す。
【００１２】
（２）音響素子の近傍に反射板を設ける手法では、音の望ましくない回り込みを防止するために、波長に対して反射板を十分に大きくする必要が有り、音響感度の低い空間領域が増大し、望ましい指向性を得ることが困難になる。もちろん、音響素子と反射板の距離を離せば、反射板の影響が小さくなり、望ましい指向性を得ることができるが、音響の特性から少なくとも波長の４倍の距離を離す必要が有る。例えば音響周波数が２０ＫＨｚである場合、海水中での波長は約７５ｍｍであるので、音響素子と反射板との距離は約３００ｍｍだけ離す必要がある。
【００１３】
水中航走体は、水中で高い運動性能を確保するために、可能な限り中正浮力に近いことが望ましいが、一般的には正浮力を確保できず、僅かに負浮力になっているので、水中音響機器の大型化は水中航走体の重量バランスを乱し、重量化は負浮力の増加をまねき、水中航走体の運動性能に極めて重大な影響を与える。従って、可能なかぎり軽量な音響機器を得たいという要請がある。
また、小型の水中航走体用に好適な音響機器を得たいという要請が有る。
【００１４】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、従来の液の中で使用する水中音響機器と液の中を航走する水中航走体にかわって、軽量小型であり、全体に所望の指向性をもち、特定の空間領域の指向性を抑制した音響特性を有する水中音響機器とその水中音響機器を搭載した水中航走体を提供しようとする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る液の中で音響を送波または受波する水中音響機器は、音響を送波または受波する送受波素子と、液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体である密閉構造体と、を備え、前記送受波素子が前記密閉構造体の前記前端部の前方に固定されているものとした。
【００１６】
上記本発明の構成により、送受波素子が音響を送波または受波し、密閉構造体が液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体であり、前記送受波素子が前記密閉構造体の前記前端部の前方に固定されているので、送受波素子が送波または受波する音響は、密閉構造体の前端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、送受波素子の後方に不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
【００１７】
さらに、本発明に係る水中音響機器は、液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の後端部を持った中空の筒状体である他の密閉構造体を備え、前記送受波素子が前記他の密閉構造体の前記後端部の後方に固定されているものとした。
上記本発明の構成により、他の密閉構造体が液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の後端部を持った中空の筒状体であり、前記送受波素子が前記他の密閉構造体の前記後端部の後方に固定されているので、送受波素子が送波または受波する音響は、他の密閉構造体の後端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、送受波素子の前方と後方とに不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
【００１８】
さらに、本発明に係る水中音響機器は、音響を送波または受波する他の送受波素子を備え、前記他の送受波素子が前記密閉構造体の後方に位置するのが好ましい。
上記本発明の構成により、他の送受波素子が音響を送波または受波し、前記他の送受波素子が前記密閉構造体の後方に位置するので、他の送受波素子が送受波素子の指向性パターンの不感帯に位置し、送受波素子と他の送受波素子との間の音響の回り込みを抑制できる。
【００１９】
さらに、本発明に係る水中音響機器は、前記送受波素子を駆動する電子回路である音響駆動機器を、備え、前記音響駆動機器が前記前端部の内側に設けられるのが好ましい。
上記本発明の構成により、電子回路である音響駆動機器が前記送受波素子を駆動し、前記音響駆動機器が前記前端部の内側に設けられるので、音響駆動機器に駆動され送受波素子が送波または受波する音響は、端部を通過する際に電子回路にぶつかり拡散され、密閉構造体の端部側に感度がさらに低下した不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
【００２０】
さらに、本発明に係る水中音響機器は、前記送受波素子が球状の圧電素子であるのが好ましい。
上記本発明の構成により、前記送受波素子が球状の圧電素子であるので、単体での音響特性が無指向性である送受波素子を実現しやすく、不感帯以外の領域での感度が一様な指向パターンを有する指向性を実現しやすい。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明に係る液の中を航走する水中航走体は、液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体である密閉構造体と、密閉構造体に固定され水中を推進するための推力を発生する推進機器と、音響を送波または受波する送受波素子と、を備え、前記送受波素子が前記前端部の前方に固定されているものとした。
【００２２】
上記本発明の構成により、密閉構造体が液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体であり、水中を推進するための推力を発生する推進機器が密閉構造体に固定され、送受波素子が音響を送波または受波し、前記送受波素子が前記前端部の前方に固定されているので、送受波素子が送波または受波する音響は、前端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、後方に不感帯のある指向パターンを有する指向性を持った音響機器を水中で移動させることが出来る。
【００２３】
さらに、本発明に係る水中航走体は、液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の後端部を持った中空の筒状体である他の密閉構造体を備え、前記送受波素子が前記他の密閉構造体の前記後端部の後方に固定されているものとした。
上記本発明の構成により、他の密閉構造体が液の密度とは異なる密度をもった媒質を内部に充満され外形が先細り形状の後端部を持った中空の筒状体であり、前記送受波素子が前記他の密閉構造体の前記後端部の後方に固定されているので、送受波素子が送波または受波する音響は、他の密閉構造体の後端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、前方と後方とに不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
【００２４】
さらに、本発明に係る水中航走体は、少なくとも内部が液の密度とほぼ等しい密度をもった素材ででき前記送受波素子を覆うフェアリングを、備え、前記フェアリングの外壁と前記密閉構造体の外壁とが繋がっているのが好ましい。
上記本発明の構成により、フェアリングが少なくとも内部が液の密度とほぼ等しい密度をもった素材ででき前記送受波素子を覆い、前記フェアリングの外壁と前記密閉構造体の外壁とが繋がっているので、音響機器を水中で移動させる際に、指向性に影響を与えることなく液による抵抗が小さくでき、航走に必要な動力を節約できる。
【００２５】
さらに、本発明に係る水中航走体は、前記送受波素子が球状の圧電素子であるのが好ましい。
上記本発明の構成により、前記送受波素子が球状の圧電素子であるので、単体での音響特性が無指向性である送受波素子を実現しやすく、不感帯以外の領域での感度が一様な指向パターンを有する指向性を実現しやすい。
【００２６】
さらに、本発明に係る水中航走体は、前記先細り形状が略円錐形状であるのが好ましい。
上記本発明の構成により、前記先細り形状が略円錐形状であり、不感帯の境での音線が前端部の壁と略平行になるので、前端部の壁の構造による送受波素子の音響への干渉を少なくでき、不感帯の領域でのサイドローブの発生を抑制できる。
【００２７】
さらに、本発明に係る水中航走体は、音響を送波または受波する他の送受波素子を備え、前記他の送受波素子が前記密閉構造体の後方に曳航されるのが好ましい。
上記本発明の構成により、他の送受波素子が音響を送波または受波し、前記他の送受波素子が前記密閉構造体の後方に曳航されるので、他の送受波素子が送受波素子の指向性パターンの不感帯に位置し、送受波素子と他の送受波素子との間の音響の回り込みを抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい第一の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２９】
水中音響機器を水中構造体に適用したものを例として、説明する。図１は、本発明の第一の実施形態の側面断面図である。
【００３０】
第一の実施形態に係る水中航走体１は、水中を航走する運動体であり、密閉構造体１０と前部送受波素子（送受波素子に相当する。）２０と音響駆動機器３０と推進機器４０とフェアリング５０と後部送受波素子（他方の送受波素子に相当する。）６０とえい航ケーブル７０とを備える。
ここでは、プロジェクタ２は、水中で使用される音響機器であり、上記の構成要素のうち、密閉構造体１０と前部送受波素子２０と音響駆動機器３０とが水中音響機器２とで構成される。
推進機器４０と後部送受波素子６０とえい航ケーブル７０との構造は従来の水中航走体での構造と同じなので省略する。
【００３１】
密閉構造体１０は、外形が先細り形状の前端部を持った中空の筒状体であり、液の密度とは異なる密度をもった媒質が内部に充満していいる。
媒質は、例えば空気、窒素、不活性ガス等の気体であるのが、取り扱いが容易であり、好ましい。
密閉構造体１０の前端部と後端部とを除いた部分は、同一半径の外径を持った円筒部１３である。前端部Ｇは、最前端部１１と円錐部１２とで構成される。最前端部１１は、円筒部１３の径よりも小さい径を持った円盤である。テーパ部１２は、前側から後側に移るに従い順次大きくなり、前側が最前端部１１の外周と液密につながり、後側が円筒部１３に液密につながっている。
テーパ部１２の外形形状は略円錐形であるのが好ましい、
【００３２】
前部送受波素子（送受波素子に相当する。）２０は、音響振動を送波する送波素子または音響振動を受波する受波素子のうちのすくなくとも一方であり、図では送波素子が例示される。
前部送受波素子２０は、後述する音響駆動機器３０により駆動され、音響を放射する。前部送受波素子は、球殻の圧電素子であるのが好ましい。球殻の圧電素子では、広い領域に一様な感度を持った音響特性を実現するのが容易である。
【００３３】
音響駆動機器３０は、前部送受波素子２０を駆動する電子回路であり、マッチングネットワーク回路３１とパワーアンプ３２と音響信号発生装置３３とを有する。音響駆動機器３０は、密閉構造体１０の前端部Ｇの内側に格納されるのが好ましい。マッチングネットワーク回路３１は、最前端部１１を液密に貫いたケーブルにより前部送受波素子２０に電気的接続される。
音響信号発生装置３３が、送波する音響の音響データを生成し、その音響データをＤ／Ａ変換した音響出力を出力する。パワーアンプ３２がその音響出力を増幅し、マッチングネットワーク回路３１を介して前部送受波素子２０を駆動する。
【００３４】
フェアリング５０は、少なくとも内部が液の密度とほぼ等しい密度をもった素材ででき前記送受波素子を覆うものである。フェアリングの外形は流線形状を有し、その外壁が前記密閉構造体１０の円筒部１３の前端部の外壁とが大きな段差まく又折れ目なく滑らかに繋がっているのが好ましい。
素材は液の密度とほぼ等しい密度をもっているので、液中の音響速度と素材中の音響速度が等しく、音響は液中とフェアリング中とを区別せず透過できる。
素材として、例えばポリウレタンフォームが用いられることが多い。フェアリング５０の外壁は、強度のために、薄い金属板（例えばアルミ板）で覆われることもある。
【００３５】
以下に、第一の実施形態に係る水中航走体と水中音響機器の作用を説明する。
前部送受波器２０が、パワーアンプ３２に駆動されて、音響を放射する。音響は、全周囲に放射される。後方に放射された音響は、密閉構造体１０の前端部Ｇに充満する媒質（気体）に邪魔をされ、音響の伝搬方向が偏向するので、後方へ放射される音響エネルギーが低下する。さらに後方へ放射された音響エネルギーは、前端部Ｇに格納された音響駆動機器によりさらに減衰される。
前端部Ｇと前部送受波素子２０との距離、及び音響駆動機器３０と前部送受波素子２０との距離を、音響の波長の４倍長さに比べて短い距離におくことが容易なので、前端部Ｇと音響駆動機器３０の存在は、前部送受波素子２０から放射されえた音響伝搬に極めて効果的な影響をあたえ、前部送受波素子２０から後方を中心とした所定の領域に放射される音響の音響音圧は低下する。
【００３６】
一方、斜め後方に放射された音響は、密閉構造体１０のテーパ部１２の外側をかすめ、邪魔されることなく斜め後方へ放射される。
前方及び左右上下方向へ放射された音響は、遮られることなく、音響エネルギーを減ずることなく周囲に放射される。
音響は音響伝搬経路に沿って可逆に移動できるので、前部送受波素子が、受波素子である場合にも、同様の現象が発生し、前部送受波素子（受波素子）２０へ後方を中心とした所定の領域から放射される音響の音響感度は劇的に低下する。従って、テーパ部１２のテーパ角度を調整することで、全体として無指向であり、密閉構造体の端部のある方向を中心として所定の角度の空間領域だけが不感帯となった、プロジェクタやトランスデューサを設計できる。
【００３７】
次に、本発明の好ましい第二の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３８】
水中音響機器を水中構造体に適用したものを例として、説明する。図２は、本発明の第二の実施形態の側面断面図である。
第二の実施形態に係る水中航走体は、水中音響機器をその筒状構造体の中間部に備えている。
【００３９】
第二の実施形態に係る水中航走体１は、水中を航走する運動体であり、前部密閉構造体（他の密閉構造体に相当する。）１０ｆと後部密閉構造体（密閉構造体に相当する。）１０ｒと中央送受波素子（送受波素子に相当する。）２０と音響駆動機器３０と推進機器４０とフェアリング５０と後部送受波素子６０とえい航ケーブル７０とを備える。
ここでは、プロジェクタ２は、水中で使用される音響機器であり、上記の構成要素のうち、前部密閉構造体１０ｆと後部密閉構造体１０ｒと中央送受波素子２０と音響駆動機器３０とで構成される。
推進機器４０と後部送受波素子６０とえい航ケーブル７０との構造は従来の水中航走体での構造と同じなので省略する。
【００４０】
前部密閉構造体１０ｆは、液の密度とは異なる密度をもった媒質が内部に充満した中空の筒状体であって、外形が先細り形状の後端部を持った構造体である。
媒質は例えば空気、窒素、不活性ガス等の気体であるのが、取り扱いが容易であり、好ましい。
前部密閉構造体１０ｆの前端部と後端部Ｇとを除いた部分は、同一の外径を持った円筒部１３である。前端部は、流れの抵抗が小さいほうが好ましく、例えば流線型である。後端部Ｇは、最後端部１１とテーパ部１２とで構成される。最後端部１１は、円筒部１３の径よりも小さい径を持った円盤である。テーパ部１２は、後側から前側にいくに従い順次大きくなり、後側が最後端部１１の外周と液密につながり、前側が円筒部１３に液密につながっている。
【００４１】
後部密閉構造体１０ｒは、液の密度とは異なる密度をもった媒質が内部に充満した中空の筒状体であって、外形が先細り形状の前端部を持った構造体である。
媒質は、例えば空気、窒素、不活性ガス等の気体であると、取り扱いが容易であり、好ましい。
後部密閉構造体１０ｒの前端部と後端部とを除いた部分は、同一半径の外径を持った円筒部１３である。前端部分Ｇは、最前端部１１とテーパ部１２とで構成される。最前端部１１は、円筒部１３の径よりも小さい径を持った円盤である。テーパ部１２は、前側から後側にいくに従い順次大きくなる略円錐形状であり、後側が最前端部１１の外周と液密につながり、前側が円筒部１３に液密につながっている。
舵とプロペラとが、後部密閉構造体１０ｒの後端部に設けられる。
【００４２】
中央部送受波素子（一方の送受波素子に相当する。）２０は、音響振動を送波する送波素子または音響振動を受波する受波素子のうちのすくなくとも一方であり、図ではプロジェクタが例示される。
中央部送受波素子２０は、前部密閉構造体１０ｆの後端部１１と後部密閉構造体２０ｒの前端部１１とに挟まれて固定される。
中央部送受波素子２０は、後述する音響駆動機器３０により駆動され、音響を放射する。単体での前部送受波素子は、完全な無指向性の音響特性を持っているのが好ましい。
【００４３】
音響駆動機器３０の構造は第一実施形態の音響駆動機器３０の構造と同じなので、説明を省略する。
図では、音響駆動機器３０は、前部密閉構造体１０ｆの後端部に格納されているのが図示される。
【００４４】
フェアリング５０は、少なくとも内部が液の密度とほぼ等しい密度をもった素材ででき前記送受波素子を覆うものである。フェアリング５０の外壁は円筒形状を有し、その外壁が前部密閉構造体１０ｆの円筒部１３の外壁、及び後部密閉構造体１０ｒの円筒部１３の外壁とに折れ目や大きな段差なく滑らかに繋がっているのが好ましい。
素材は液の密度とほぼ等しい密度をもっているので、液中の音響速度と素材中の音響速度が等しく、音響は液中とフェアリング中とを区別せず透過できる。
素材として、例えばポリウレタンフォームが用いられることが多い。フェアリング５０の外壁は、強度のために、薄い金属板（例えばアルミ板）で覆われることもある。
【００４５】
以下に、第二の実施形態に係る水中航走体と水中音響機器の作用を説明する。
中央部送受波器２０が、パワーアンプ３２に駆動されて、音響を放射する。音響は、全周囲に放射される。後方に放射された音響は、後部密閉構造体１０ｒの前端部Ｇに充満する媒質（気体）に邪魔をされ、音響の伝搬方向が偏向するので、後方へ放射される音響エネルギーが低下する。さらに後方へ放射された音響エネルギーは、前部部分Ｇに格納された推進機器によりさらに減衰される。
【００４６】
前方に放射された音響は、前部密閉構造体１０ｆの後端部Ｇに充満する媒質（気体）に邪魔をされ、音響の伝搬方向が偏向するので、前方へ放射される音響エネルギーが低下する。さらに前方へ放射された音響エネルギーは、前部部分Ｇに格納されたその他の補機（例えば、音響用バッテリ）によりさらに減衰される。
【００４７】
前端部Ｇまたは後端部Ｇと中央部送受波素子２０との距離、及び音響駆動機器３０と中央部送受波素子２０との距離を、音響の波長の４倍長さに比べて短い距離におくことが容易なので、前端部Ｇまたは後端部Ｇと音響駆動機器３０の存在は、中央部送受波素子２０から放射されえた音響伝搬に極めて効果的に影響をあたえ、中央部送受波素子２０から後方を中心とした所定の領域と前方を中心とした所定の空間領域に放射される音響の音響音圧は低下する。
斜め後方又は斜め前方とに放射された音響は、前部密閉構造体１０ｆ又は後部密閉構造体１０ｒのテーパ部１２の外側をかすめ、邪魔されることなく斜め後方又は斜め前方へ放射される。
【００４８】
左右上下方向へ放射された音響は、遮られることなく、音響エネルギーを減ずることなく周囲に放射される。
音響は音響伝搬経路に沿って可逆に移動できるので、前部送受波素子が、受波素子（例えば、ハイドロフォン）である場合にも、同様の現象が発生し、前部送受波素子（受波素子）２０へ後方を中心とした所定の領域から放射される音響の音響感度は低下する。
従って、テーパ部１２の円錐角度を調整することで、全体として無指向であり、所定の角度の円錐で囲われた空間領域だけが不感帯となった、送受波器を設計できる。
【００４９】
【実施例】
第一の実施形態に係る水中航走体の音響特性を実測した例を説明する。
実測に供した水中航走体の諸元は以下の通りである。図３は、本発明の実施例の結果その１である。図４は、本発明の実施例の結果その２である。図５は、本発明の実施例の結果その３である。
図５は、球形プロジェクタの単体の指向性パターンを示している。
全長：１Ｍ
直径：１５２ｍｍ
送受波器：球形プロジェクタ（直径４インチ）
送波音響周波数：２０ＫＨｚ
テーパ部円錐角：２７°または５０°
【００５０】
（１）テーパ部円錐角は２７°である場合。
図３は、上記条件における指向性パターンの計測結果を示している。
評価しきい値をー６ｄＢであるとして評価すると、後方を中心として約±４５°の頂角の円錐で囲われた空間領域に不感帯を作ることができた。
【００５１】
（２）テーパ部円錐角は５０°である場合。
図４は、上記条件における指向性パターンの計測結果を示している。
評価しきい値をー６ｄＢであるとして評価すると、後方を中心として約±３５°の頂角の円錐で囲われた空間領域に不感帯を作ることができた。
【００５２】
上述の実施形態の水中音響機器と水中航走体を用いれば、テーパ部の傾斜角を調整することにより、所望の不感帯のある指向性を持った水中音響機器とその水中航走体を実現できる。
また、送受波器の所望の位置に密閉構造体を配することで、所望の方向に不感帯のある指向性を持った水中音響機器とその水中航走体を実現できる。
また、送受波素子の単体の音響特性が無指向性である送受波素子を選択することで、不感帯を除く領域での音圧感度レベルがほぼ一定の指向性を持った水中音響機器とその水中航走体を実現できる。
また、フェアリングを送受波素子に被せるので、水中構造体が液中を航走中に抵抗を小さくすることができ、さらに、指向性を乱さず、水中構造体に好適な水中音響機器を実現できる。
また、音響駆動機器を最端部の内側に格納するので、テーパ部を透過してきた音響の音響エネルギーを効果的に減衰できる。
【００５３】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
説明では、水中航走体に適用した礼を説明したがこれに限定されず、固定式やえい航式の水中音響機器に適用してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の液の中で音響を送信または受信する水中音響機器は、その構成により、以下の効果を有する。
送受波素子を密閉構造体の前端部の前方に固定したので、送受波素子が送波または受波する音響は、密閉構造体の前端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、送受波素子の後方に不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
また、送受波素子を密閉容器の前端部の前方で他の密閉容器の後端部の後方に固定したので、送受波素子が送波または受波する音響は、他の密閉構造体の後端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、送受波素子の前方と後方とに不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
また、他の送受波素子を密閉構造の後方に位置させたので、他の送受波素子が送受波素子の指向性パターンの不感帯に位置し、送受波素子と他の送受波素子との間の音響の回り込みを抑制できる。
また、前端部に音響駆動機器を固定したので、音響駆動機器に駆動される送受波素子が送波または受波する音響は、端部を通過する際に電子回路にぶつかり拡散され、密閉構造体の端部側に感度がさらに低下した不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
また、送受波素子を球状の圧電素子としたので、単体での音響特性が無指向性である送受波素子を実現しやすく、不感帯以外の領域での感度が一様な指向パターンを有する指向性を実現しやすい。
【００５５】
また、本発明の液の中で液の中を航走する水中航走体は、その構成により、以下の効果を有する。
水中航走体の密閉構造体の先細りの前端部の前方に送受波素子を固定したので、送受波素子が送波または受波する音響は、端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、水中航走体の後方に不感帯のある指向パターンを有する指向性を持った音響機器を水中で移動させることが出来る。
また、送受波素子の前方に先細りの後端部をもった他の密閉構造体を置いたので、送受波素子が送波または受波する音響は、他の密閉構造体の後端部を通過する際に媒質により偏向または減衰をうけ、水中航走体の前方と後方とに不感帯のある指向パターンを有する指向性を実現できる。
また、送受波素子の周囲をフェアリングで覆ったので、音響機器を水中で移動させる際に、指向性に影響を与えることなく液による抵抗が小さくでき、航走に必要な動力を節約できる。
また、送受波素子を球状の圧電素子としたので、単体での音響特性が無指向性である送受波素子を実現しやすく、不感帯以外の領域での感度が一様な指向パターンを有する指向性を実現しやすい。
また、先細り形状を略円錐形状としたので、不感帯の境での音線が前端部の壁と略平行になるので、前端部の壁の構造による送受波素子の音響への干渉を少なく出来き、不感帯の領域でのサイドローブの発生を抑制できる。
また、前記密閉構造体の後方に曳航したので、他の送受波素子が送受波素子の指向性パターンの不感帯に位置し、送受波素子と他の送受波素子との間の音響の回り込みを抑制できる。
従って、軽量小型であり、全体に所望の指向性をもち、特定の空間領域の指向性を抑制した音響特性を有する水中音響機器とその水中音響機器を搭載した水中航走体を提供できる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の側面断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の側面断面図である。
【図３】本発明の実施例の結果その１である。
【図４】本発明の実施例の結果その２である。
【図５】本発明の実施例の結果その３である。
【図６】従来の水中航走体の断面図である。
【図７】従来の水中航走体の部分断面図である。
【図８】水中航走体の運用図である。
【符号の説明】
１　　水中航走体
２　　プロジェクタ
３　　トランスデューサ
４　　液（海水）
５　　音響
６　　プロジェクタの指向性パターン
７　　トランスデューサの指向性パターン
１０　　密閉構造体
１０ｆ　前部密閉構造体（他の密閉構造体）
１０ｒ　後部密閉構造体（密閉構造体）
２０　　送受波素子
２１　　送受波素子支持体
３０　　音響駆動機器
３１　　マッチングネットワーク回路
３２　　パワーアンプ
３３　　音響信号発生装置
４０　　推進機器
５０　　フェアリング
６０　　送受波素子（他の送受波素子）
７０　　えい航ケーブル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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