(57)【要約】【課題】  本発明は、本体のほとんどを気相で覆えて、摩擦抵抗を低減した水中航走体を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の水中航走体は、本体３の先端部に設けられ、後方部において全周に渡りキャビティを発生するキャビテータ５と、キャビテータ５により発生したキャビティを後方に成長させるベンチレータ７とを備えたことを特徴とする。  本体３の先端部で全周に渡り発生したキャビティを、ベンチレータ７が後方へ成長させ、本体３は全体がキャビティに覆われるので、本体にかかる摩擦抵抗が大幅に減少する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の先端部に設けられ、後方部において全周に渡りキャビティを発生するキャビテータと、
該キャビテータにより発生したキャビティを後方に成長させるベンチレータと、
を備えたことを特徴とする水中航走体。
【請求項２】
前記キャビテータは、その後方部に、流線に対して内側方向に離れる形状のエッジ部を備えたことを特徴とする請求項１に記載された水中航走体。
【請求項３】
前記ベンチレータは、前記エッジ部の後方部にガスを流線に沿って噴出する放出部を備えていることを特徴とする請求項２に記載された水中航走体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦抵抗を低減する手段を有する水中航走体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中航走体は、水中を航走する際に、周囲流体が水であるため、大きな摩擦抵抗を受ける。そのため、現在、水中航走体に採用されているような電池電動機あるいは酸化剤と燃料を混合した燃料を使用する一液式エンジン等の推進装置では、水中航走体の航走速度は６０ノット程度が限界である。
この摩擦抵抗を減少させて推進性能を向上させるものとして、特許文献１に示されるマイクロバブル推進法が提案されている。これは、船首部にその下半周に亘り開口部を設けて、この開口部から空気を吹き出すものである。吹き出した空気により発生する微小気泡が、流線に乗って船底や、船尾の方向へ送られる。これにより、船体の一部表面が微小気泡で覆われるので、その部分に作用する摩擦抵抗を低減することができるというものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１００９８９号公報（段落［０００７］〜［００１４］，及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された水中航走体は、単に、空気を噴出して微小気泡を発生させて、流線に乗せて後方へ送るだけであるので、気泡が流れる部分だけ、あるいは船体の下半分だけなど、船体は完全に気体で覆われることはない。したがって、特許文献１に記載の水中航走体では、部分的に摩擦抵抗を減少させるものでしかない。しかも、推進機構がプロペラであるので、プロペラが気泡で覆われると推進力が作用しなくなることもあって、摩擦抵抗の低減は十分には行われない。
【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、本体の略全域を気相で覆い、摩擦抵抗を低減した水中航走体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は以下の手段を採用する。
本発明の水中航走体は、本体の先端部に設けられ、後方部において全周に渡りキャビティを発生するキャビテータと、該キャビテータにより発生したキャビティを後方に成長させるベンチレータと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように、キャビテータが、本体の先端部で全周に渡りキャビティを発生し、このキャビティをベンチレータが後方へ成長させるので、本体は全体がキャビティに覆われる。これにより、本体は、水に比べて粘性が非常に少ない気相で覆われるので、本体にかかる摩擦抵抗が大幅に減少する。したがって、水中航走体は、水中を高速で航走することができる。
なお、水中航走体の速度が増すにつれて、キャビテータで発生したキャビティはより安定して壊れることなく後方へ移動する。いわゆるスーパーキャビテーション状態になる。
【０００８】
また、本発明の水中航走体は、前記キャビテータは、その後方部に、流線に対して内側方向に離れる形状のエッジ部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように、流線に対して内側に離れる形状のエッジ部を有しているので、この部分において流体の流れがはく離される。そのため、エッジ部の後方に流体が廻り込まないので、その部分の圧力が減少する。これにより、キャビティが良好に発生する。
【００１０】
さらに、本発明の水中航走体によれば、前記ベンチレータは、前記エッジ部の後方部にガスを流線に沿って噴出する放出部を備えていることを特徴とする。
【００１１】
このように、放出部からガスを流線に沿って噴出して、エッジ部で発生したキャビティを後方に成長させ導いているので、発生初期の不安定なキャビティでも安定して後方へ成長させて導くことができる。これにより、噴出したガスがキャビテーションの発達を助長することができるので、スーパーキャビテーション状態になることを支援することになる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、キャビテータが、本体の先端部で全周に渡りキャビティを発生し、ベンチレータが発生したキャビティを後方へ成長させるので、本体にかかる摩擦抵抗が大幅に減少する。したがって、水中航走体は、水中を高速で航走することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、流線に対して急激に内側に離れる形状のエッジ部を有しているので、この部分において安定してキャビティが発生することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、放出部からガスを流線に沿って噴出して、エッジ部で発生したキャビティを後方に成長させ導いているので、スーパーキャビテーション状態になることを支援することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１および図２を用いて説明する。図１は、水中航走体の全体を示す側面図である。
水中航走体１は、推進機関、燃料タンク、制御装置等を内蔵した本体３と、本体３の先端部に取り付けられたキャビテータ５と、本体３とキャビテータ５との間に配設されたベンチレータ７とを備えている。
本体３は、前方部が若干先細りである細長い円筒形状をしており、その後端には、推進機関としてのロケットエンジンのノズル９が設けられている。本体３の先端部分には、キャビテータ５と、ベンチレータ７とが取り付けられている。
【００１６】
図２は、水中航走体１の先端部分の一部を破断して示す部分断面図である。
本体３の先端は、中央部分が平坦で、外周部分が曲率の大きな曲面で形成されている。本体３の先端には、本体３と同一軸線を有する略円筒状の取付け部材１１が取り付けられている。
取付け部材１１の先端側に、円錐形状のキャビテータ５が取り付けられている。キャビテータ５の後端部は、水中航走体１の長手方向に対して直行する面を有しており、その径は、本体３の平坦部の外径より小さくなっている。したがって、キャビテータ５の後端部には、流線に対して水中航走体１の中心線の方向に急激に離れる形状をしたエッジ部６が全周に亘り設けられていることになる。
【００１７】
ベンチレータ７は、取付け部材１１の後端側の突起を利用して流線に平行になる方向に空けられた孔（放出部）１５を備えている。孔１５は、取付け部材１１の周囲を囲むように周方向に多数設けられており、図示しない高圧ガスボンベからの高圧ガスを、流線に平行になるように、斜め後方に噴出する。
【００１８】
以上説明した本実施形態にかかる水中航走体１は、次のように走行する。
水中で発射された水中航走体１は、ロケットエンジンの燃焼ガスをノズル９から噴出させて、先端のキャビテータ５が流体を掻き分ける形で水中を航走する。この時、キャビテータ５に沿って流れる流体が、エッジ部６において全周に亘りはく離される。このため、エッジ部６の後方に流体が廻り込まないので、その部分の圧力が減少し、全周に亘りキャビティが発生する。
ベンチレータ７の孔１５からガスを噴出すると、斜め後方に向かって噴出される。噴出したガスは本体３に沿って後方に移動することで、エッジ部６で発生したキャビティを後方に安定して導くことになる。また、このベンチレータ７の孔１５からガスを噴出したガスは、キャビティを成長させる役目も有する。
本体３は、キャビティ、ガスよりなる気相で覆われることになり、本体３にかかる摩擦抵抗が大幅に減少する。これにより、水中航走体１の航走速度が上昇すると、エッジ部６においてキャビティがより多くかつ安定して発生することになり、いわゆるスーパーキャビテーション状態になる。スーパーキャビテーション状態になると本体３は完全にキャビティに覆われることになり、気相中を移動しているのと同じことになる。
この状態では、キャビテータ５にかかる動圧による圧力抵抗のみが速度のほとんどを制限することになるので、少なくとも２００ノット以上の航走速度が得られることになる。
【００１９】
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。
キャビテータ５が、本体３の先端部で全周に渡りキャビティを発生し、ベンチレータ７が発生したキャビティを後方へ成長させ導くので、本体３は全体がキャビティおよびガスからなる気相に覆われる。これにより、本体３は、水に比べて粘性が非常に少ない気相で覆われるので、本体にかかる摩擦抵抗が大幅に減少する。したがって、水中航走体１は、水中を高速で航走することができる。
なお、水中航走体１の速度が増すにつれて、キャビテータで発生したキャビティはより安定して壊れることなく後方へ移動する。いわゆるスーパーキャビテーション状態になり、より高速で航走することができる。
【００２０】
また、流線に対して急激に内側に離れる形状のエッジ部６を有しているので、この部分において流体の流れがはく離される。そのため、エッジ部６の後方に流体が廻り込まないので、その部分の圧力が減少する。これにより、キャビティが発生する。
【００２１】
孔１５から噴出したガスを斜め後方に向かって噴出して、エッジ部６で発生したキャビティを後方に導いているので、発生初期の不安定なキャビティでも安定して後方へ導き成長させることができる。これにより、噴出したガスがキャビテーションの発達を助長することができるので、スーパーキャビテーション状態になることを支援することになる。
【００２２】
なお、本実施形態では、ベンチレータ７は、孔１５から直接斜め後方に噴出しているが、ベンチレータ７は、これに限定されるものではない。例えば、前方に噴出したガスを反射板で斜め後方に方向転換させてもよい。
また、本実施形態では、噴出するガスとして、高圧ガスボンベからのガスを利用しているが、これは、例えばロケットエンジン、ジェットエンジン等の推進機関の燃焼ガスを利用してもよい。このように、燃焼ガスを利用すれば、本実施形態のように高圧ガスボンベを持つ必要がないので、水中航走体１のスペースを有効に活用できることになる。
【００２３】
図３には、キャビテータ５の他の実施形態が示されている。
水中航走体１が定常航走になると、水中航走体１にかかる抵抗は、ほとんどキャビテータ５にかかる動圧による圧力抵抗のみになるが、第一実施形態のようにキャビテータ５が円錐形状であると、この圧力抵抗が比較的大きくなるので、航走速度に制限が出てくることも考えられる。この圧力抵抗を少なくするものとして、図３に示すものを考えたものである。
すなわち、このキャビテータ５は、断面形状が放物線状をしている。
【００２４】
このように、キャビテータ５の断面形状を放物線状とすると、流体が、キャビテータ５の表面を滑らかに移動するので、キャビテータ５にかかる動圧による圧力抵抗は、円錐形状のものに比べて少なくなる。したがって、水中航走体１の航走速度はより速くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態の水中航走体を示す側面図である。
【図２】図１のベンチレータ部分を示す一部を破断して示す部分断面図である。
【図３】本発明のキャビテータの他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  水中航走体
３  本体
５  キャビテータ
６  エッジ部
７  ベンチレータ
１５  孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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