(57)【要約】      （修正有）【課題】波浪推進船の翼に発生する揚力を最大化することが可能となり、より大きな推進力が得られる波浪推進船を提供する。【解決手段】波浪による水流の流向を測定する流向計３０７と、前記流向計により測定された流向に基づいて、前記流向により発生する揚力により前記波浪に向かう推進力を発生させる翼３０４のピッチ角を制御するピッチ角制御部とを有する波浪推進船を提供する。また、波浪による水流の流速を測定する流速計を有し、前記ピッチ角制御部は、前記流速計により測定された流速にも基づいて、前記翼のピッチ角を、制御することもできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波浪による水流の流向を測定する流向計と、
前記流向計により測定された流向に基づいて、前記流向により発生する揚力により前記波浪に向かう推進力を発生させる翼のピッチ角を、制御するピッチ角制御部と
を有する波浪推進船。
【請求項２】
波浪による水流の流速を測定する流速計を有し、
前記ピッチ角制御部は、前記流速計により測定された流速にも基づいて、前記翼のピッチ角を、制御することを特徴とする請求項１に記載の波浪推進船。
【請求項３】
前記ピッチ角制御部は、前記流速計により測定された流速が大きいときには、前記流速計により測定された流速が小さい場合に比べて、前記翼のピッチ角の絶対値を小さく制御することを特徴とする請求項２に記載の波浪推進船。
【請求項４】
前記ピッチ角制御部は、前記流向により前記翼に発生する揚力が最大になるピッチ角を算出する算出部を有し、前記翼のピッチ角を前記算出されたピッチ角に近づけることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波浪推進船。
【請求項５】
前記流向計は、前記翼の前方に配置され、前記ピッチ角制御部は、前記翼に流入する水流の流向を予測することを特徴とする請求項４に記載の波浪推進船。
【請求項６】
前記ピッチ角制御部は、前記予測された流向により前記翼に発生する前記翼のピッチ角を小さくする力が発生するように前記翼のピッチ角を大きく制御可能であることを特徴とする請求項５に記載の波浪推進船。
【請求項７】
前記翼は、前記波浪推進船の全部に設けられたストラットに第一接続部を介して取り付けられ、
前記ストラットは、第２接続部を介して前記翼に接続されるロッドを上下させる翼駆動部を有し、
前記翼駆動部は、前記ピッチ角制御部により制御されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の波浪推進船。
【請求項８】
前記翼駆動部は、前記翼のピッチ角の絶対値が大きくなると、前記ピッチ角を小さくする復元力を発生させることを特徴とする請求項７に記載の波浪推進船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波浪の水流によって翼に発生する揚力により推進力を得る波浪推進船に関する。
【背景技術】
【０００２】
波浪の水流によって翼に発生する揚力により、波浪に向かう推進力を得る技術が知られている（例えば特許文献１。）。また、この技術を用いて推進を行なう波浪推進船が知られている（例えば非特許文献１参照。）。
【０００３】
図１は、波浪推進船の模式図を示す。船体１０１に翼１０３が支持機構１０２を用いて接続がされている。翼１０３の少なくとも一部または全体は水中に位置する。図１においては、船体１０１の進行方向とは逆向きに進行する波浪１０４が存在し、船体１０１の斜め下方から斜め上方へ向かう水流１０５が発生している。また、翼１０３は、水流１０５を翼１０３の下面で受けるようにピッチ角（迎角）が設定されている。このような場合には、翼１０３には、水流１０５による揚力が発生し、この揚力が船体１０１の進行方向の成分を有するため、船体１０１を前方に推進させる推進力を得ることができる。
【０００４】
図２は、翼に発生する揚力によって推進力が得られる原理を説明する図である。翼２０１は、基準線２０３に対してピッチ角αを有しているとする。基準線２０３は、例えば船体１０１における座標系での水平線として定義できる。ピッチ角は、翼２０１の前端と後端とを結ぶ直線２０２と基準線２０３とがなす角として定義できる。この場合、直線２０２と基準線２０３とが一致すればピッチ角αは０となり、翼２０１の前端が後端より上方に位置する場合にピッチ角αは正の値となるとする。
【０００５】
このとき、直線２０２に対して斜め下方から斜め上方へ向かう水流２０４が発生しているとする。水流２０４と基準線２０３とのなす角をβとすると、０＜α＋βであり、α＋βはストールが発生する角度より小さいとする。このとき、翼２０１には揚力２０５が発生する。揚力２０５の向きは、水流２０４と垂直となる。α＋β＜９０°であれば、揚力２０５が翼２０１の前方方向の成分２０６を有することとなる。この成分２０６が翼２０１に発生する推進力となり、この推進力により船体１０１が前方に推進する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４３３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"堀江健一オフィシャルサイト"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２３年７月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ１．ｓｕｎｔｏｒｙ−ｍｅｒｍａｉｄ２．ｃｏｍ／ｓｍ２＿ｉｍａｇｅ．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１に開示されている波浪推進船は、７８００キロメートルの航海を行なうことができることを実証し、波浪推進船は実用段階にあると言ってよい。また、従来知られているこのような波浪推進船は、波浪による力により翼が揺動するようにも構成されており揚力による推進力に加えて、翼のドルフィンキックのような動きにより、推進力を増大させている。しかしながら、翼は波浪によって受動的に揺動するのみであり、水流の向きに応じて揚力を最大化することは考慮されておらず、推進力が不十分である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態として、波浪による水流の流向を測定する流向計と、前記流向計により測定された流向に基づいて、前記流向により発生する揚力により前記波浪に向かう推進力を発生させる翼のピッチ角を、制御するピッチ角制御部とを有する波浪推進船を提供する。
【００１０】
また、本発明の別の実施形態として、上記の波浪推進船が、波浪による水流の流速を測定する流速計を有し、前記ピッチ角制御部は、前記流速計により測定された流速にも基づいて、前記翼のピッチ角を、制御するようになっていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、波浪推進船の翼に発生する揚力を最大化することが可能となり、従来の波浪推進船よりも推進力を大きくすることができる。これにより、波浪を推進力に変換する効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の波浪推進船の模式図
【図２】従来の波浪推進船が推進力を得る原理を説明する図
【図３】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の斜視図
【図４】本発明の一実施形態に係る波浪推進船のストラットの側面図
【図５】本発明の一実施形態に係る波浪推進船のストラットの側面図
【図６】本発明の一実施形態に係る波浪推進船のストラットの側面図
【図７】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼制御装置の機能ブロック図
【図８】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼のピッチ角の算出の一例図
【図９】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼制御装置におけるフローチャート
【図１０】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼制御装置の機能ブロック図
【図１１】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼の制御の一例図
【図１２】本発明の一実施形態に係る波浪推進船の翼制御装置におけるフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を実施形態として説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されることはない。本発明は、以下に説明する実施形態を変形して実施することも可能である。
【００１４】
（実施形態１）
図３は、本発明の一実施形態に係る波浪推進船を斜め前方から見た斜視図である。図３において、波浪推進船は、船体３０１を有し、その前方の略中央に、略鉛直方向に延びているストラット３０２が配置されている。ストラット３０２の下部の両端には、翼３０３および３０４が装着されている。翼３０３および３０４は、ストラット３０２に対して略垂直となっている。翼３０３および３０４のそれぞれは、翼の前方に配置された接続部を介してストラット３０２に装着されている。接続部には、例えば回転軸を用いることができる。なお、ストラット３０２の下部に翼３０３および３０４が装着されることにより、翼３０３および３０４の一部または全てが船体３０１の喫水線よりも下に位置することとなる。
【００１５】
図３においては、ストラット上部に翼駆動部３０５が装着され、翼駆動部３０５により上下に駆動されるロッド３０６の先端が、別の接続部を介して翼３０３に接続されている。ロッド３０６が上下に移動することにより、翼３０３のピッチ角を制御することができる。別の接続部が翼３０３の後方に設けられることにより、ロッド３０６が上に移動すると、翼３０３のピッチ角を小さくし、ロッド３０６を下に移動すると、翼３０３のピッチ角を大きくすることができる。
【００１６】
翼３０４についても、図示されていない別の駆動部により駆動されるロッドにより、ピッチ角を翼３０３と同様に制御することができる。また、ストラット３０２の後側において翼３０３と翼３０４とが連結され、一組の駆動部３０５とロッド３０６とにより翼３０３と翼３０４とのピッチ角を制御する構成とすることもできる。
【００１７】
なお、翼３０３のピッチ角と翼３０４のピッチ角を独立して制御することにより、翼３０３による推進力と翼３０４による推進力とを異ならせ、船体３０１の推進する方向を制御することも可能となる。
【００１８】
翼３０３と翼３０４とのそれぞれの両端のうち、ストラット３０２に接続部を介して接続されている端とは異なる端は、船体３０１の側方に設けられた支持機構により、さらに別の接続部を介して接続されていてもよい。これにより、ストラット３０２に翼３０３および３０４により加わる力を分散させることができる。ただし、ストラット３０２の強度、接続部、翼３０３および３０４の強度を十分な大きさにすることができれば、船体３０１の側方に設けられた支持機構は不要とすることができる。
【００１９】
また、ストラット３０２は、船体３０１の前方の略中央に位置させる必要はなく、左右に偏った位置に設けられていてもよい。また、船体３０１の前方に設けられるストラットは一つである必要はなく、複数あってもよい。
【００２０】
また、本実施形態に係る波浪推進船は、流向計を有する。図３においては、翼３０３の上方のストラット３０２の部分に流向計３０７が取り付けられている。流向計３０７は、翼３０３および３０４のいずれかまたは両方における波浪による流水の方向を測定する。このため、流向計３０７は、翼３０３の近傍に配置されるのが好ましい。また、流向計３０７の測定する流水の方向は、翼３０３および３０４のいずれかまたは両方における流水の向かう上下方向の角度を測定できるものであれば、いかなるものであってもよい。例えば、回転自在な水平方向に延びる軸に、板が取り付けられ、軸の回転角を測定することにより、板の向きを測定し、したがって、板の周囲の水流の流向角を測定するものであってもよい。すなわち、図２に示すβの大きさを検出することができる。また、流向計３０７は、上下方向のみならず、水平方向の流水の方向を測定できるものであってもよい。また、流向計３０７は、翼３０３の上方に取り付けられている必要はなく、翼３０３の下方や前方などの任意の位置に取り付けることができる。例えば、翼３０３の前端に流向計を取り付けてもよい。また、流向計３０７は、船体３０１に取り付けられていてもよい。
【００２１】
なお、以上においては、翼３０３および３０４がストラット３０２に接続されているとして説明を行なった。ただし、ストラット３０２は必須ではなく、翼３０３および３０４は、船体３０１の左右に取り付けることも可能である。この場合、翼３０３および３０４は、船体３０１に接続部を介して取り付けられ、接続部における回転により、翼３０３および３０４のピッチ角を制御することができる。
【００２２】
図４は、翼と翼駆動部と流向計とが取り付けられた状態のストラットの側面図である。ストラット４０１に接続部４０２を介して翼４０３が取り付けられている。図４において、接続部４０２は、翼４０３の前方に配置されている。また、翼４０３の後方には、別の接続部４０４が配置され、翼駆動部４０５により上下に駆動されるロッド４０６が接続されている。これにより、ロッド４０６が上下方向４０８に駆動されることにより、翼４０３の後端が接続部４０２を介して上下方向４０９に駆動され、翼４０３のピッチ角が制御される。なお、接続部４０２と接続部４０３との前後の配置の関係は逆になっていてもよい。
【００２３】
翼駆動部４０５は、ロッド４０６を上下に駆動できるものであれば、いかなる構成のものであってもよい。例えば、翼駆動部４０５は、リニアモータのように電気で制御されるものであったり、油圧により制御されるものであったりしてもよい。また、翼４０２の上方には、流向計４０７がストラットに取り付けられている。また、翼駆動部４０５は、翼４０３のピッチ角が０度以外となった場合に、ピッチ角が０度に戻るように復元力を翼４０３に与える機構を備えていてもよい。例えば、ピッチ角が０度である場合において自然長となるバネが用いられていてもよい。このような復元力が翼４０３に与えられることにより、翼駆動部４０５にエネルギーを与えなくても、翼４０３のピッチ角が０度に復元するので、ドルフィンキックのような動きを得ることができ、推進力を増大させることができる。
【００２４】
図５は、図４とは異なる構成における、翼と翼駆動部と流向計とが取り付けられた状態のストラットの側面図である。ストラット５０１に接続部５０２を介して翼５０３が取り付けられている。図５において、接続部５０２は翼５０３の前方に配置されている。また、翼５０３の後方には、別の接続部５０４が配置され、翼駆動部５０５に接続された第一ロッド５０６に間接部５０７を介して接続され上下に駆動される第二ロッドが接続されている。また、図４と同様に、流向計５０９がストラットなどに取り付けられている。この場合、
【００２５】
図５においては、翼駆動部５０５は、回転が制御される駆動部である。例えば、翼駆動部５０５は、サーボモータを用いて構成される。サーボモータなどの回転が第一ロッド５０６に伝達され、第１ロッド５０６が翼駆動部５０５を中心に回転すると、第二ロッド５０８が上下方向５１０に駆動される。これにより、翼５０３の後端が接続部５０４を介して上下方向５１１に駆動され、翼５０３のピッチ角が制御される。
【００２６】
図５の場合においても、ピッチ角が０度に戻るように復元力が翼５０３に与えられるようになっていてもよい。例えば、翼駆動部５０５に弦巻バネが装着されていてもよい。また、接続部５０４とストラット５０１や翼駆動部５０５とを接続するダンパーなどが取り付けられていてもよい。
【００２７】
図６は、流向計を翼の前方に配置したストラットの一例の側面図を示す。図６に示すように、流向計４０７が翼４０３の前方に配置されている。流向計４０７を翼４０３の前方に配置することにより、翼４０３における波浪による流水の方向を予測することができ、後述のように、翼４０３のピッチ角を最適に制御することができ、揚力を最大化することができる。また、図２におけるβが大きく変化することが予測される場合には、ピッチ角αが大きくなるようにして、水流が翼４０３に衝突してピッチ角αを小さくさせる力を発生させることにより、翼駆動部４０５を駆動させてエネルギーを回収することも可能となる。なお、図６においては、翼駆動部とロッドとは、図４に示したものが示されているが、図５に示した翼駆動部とロッドとを用いることも可能である。
【００２８】
図７は、本実施形態に係る波浪推進船の翼制御装置の機能ブロック図を示す。翼制御装置７０１は、流向検出部７０２と算出部７０３とピッチ角制御部７０４とを有する。なお、翼制御装置７０１は、船体に装備される。あるいは、翼制御装置７０１が船体に装備された通信装置により有線または無線による通信が可能であれば、船体外に配置される。
【００２９】
流向検出部７０２は、船体、ストラットまたは翼に取り付けられた流向計の測定結果により流向を検出する。例えば、流向計の構成が上述したように板が取り付けられた水平な回転軸を用いたものであれば、回転軸の回転角を検出する。また、流向検出部７０２は、検出された流向を表す情報を算出部７０３に伝達する。
【００３０】
算出部７０３は、流向検出部７０２により検出された流向に基づいて、翼のピッチ角を算出する。算出されるピッチ角は、翼に発生する揚力を最大にする値が好ましい。例えば、ストールが発生するストール限界角から所定の値を差し引いた値とする。所定の値は、定数である必要はなく、流向に応じて変化させてもよい。算出部７０３は、算出したピッチ角を表す情報をピッチ角制御部７０４に伝達する。
【００３１】
算出部７０３は、流向に対して好ましいピッチ角をあらかじめ算出しておき、それをテーブルデータやグラフデータとして記憶しておき、流向検出部７０２により検出された測定結果に対応するピッチ角を求めるように構成されていてもよい。図８は、流向に対するピッチ角をあらかじめ算出しておきグラフデータ８０１として記憶してピッチ角を求める一例を示す。図８に示すように、例えば、流向の測定結果が値ｂであれば、グラフ８０１により値ｂに対応付けられたピッチ角ａを求める。
【００３２】
ピッチ角制御部７０４は、算出部７０３により算出されたピッチ角となるように翼のピッチ角を制御する。例えば、リニアモータ、油圧系統やサーバモータを制御する信号を出力し、翼のピッチ角が算出部７０３により算出されたピッチ角となるようにする。
【００３３】
図９は、翼制御装置７０１による処理のフローチャートを示す。ステップＳ９０１の処理として、流向検出部７０２により流向の検出が行なわれる。検出は、例えば電源周波数に同期して毎秒５０回の検出になるように、所定の時間間隔で行なう。また、船体に加速度センサを装備しておき、加速度センサが所定の値より大きな加速度を検出した場合に流向計による流向を検出してもよい。これにより、流向が変化したことを加速度センサにより検出することができ、測定を常時行なう必要を無くすことが可能である。これにより、例えば波浪の周期長が大きい場合には、エネルギー消費を少なくすることができる。
【００３４】
ステップＳ９０２の処理として、算出部７０３により、ピッチ角の算出を行なう。ステップＳ９０３の処理として、ピッチ角制御部７０４により翼のピッチ角の制御を行なう。ステップＳ９０４の処理として、処理全体を終了するかどうかを判断して、終了しなければステップＳ９０１へ戻る。
【００３５】
本実施形態においては、流向計により翼における水流の流向を検出し、その検出の結果に応じて翼のピッチ角が制御されるので、翼に発生する揚力を最大化することが可能であり、これにより、推進力を最大化することが可能となる。また、ピッチ角が流向の検出の結果に応じて制御されるので、従来の波浪推進船に比べて広い波浪の周期長の範囲において推進力を得ることができる。
【００３６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２として、さらに流速計を備えた波浪推進船について説明する。流速計は、翼に対する波浪による水流の流速の大きさを測定する。例えば、ドップラ効果を用いて流速の大きさを測定する。このため、流速計は、流向計の近傍に配置するのが好ましい。
【００３７】
図１０は、本発明の実施形態２に係る波動推進船の翼制御装置の機能ブロック図を示す。翼制御装置１００１は、流向検出部１００２と流速検出部１００３と算出部１００４とピッチ角制御部１００５とを有する。したがって、本実施形態における翼制御装置の構成は、実施形態１における翼制御装置がさらに流速検出部１００３を有する構成となっている。
【００３８】
流速検出部１００３は、流速計の測定結果により流速を検出する。また、流速検出部１００３は、検出された流速を表す情報を算出部１００４に伝達する。
【００３９】
本実施形態においては、算出部は、流向検出部１００２により検出された流向に加え、流速検出部１００３により検出された流速にも基づいて、翼のピッチ角を算出する。算出されたピッチ角を表す情報は、ピッチ角制御部１００５に伝達される。
【００４０】
本実施形態において、流速検出部１００３により検出された測定結果に基づいて翼のピッチ角を算出する理由の一つは、ピッチ角の制御パターンを、高速走行時と低速走行時との少なくとも２つ用意し、異なる制御を行なう点にある。すなわち、船体の前進速度が大きくなれば、翼への流水の流入角（α＋β）は小さくなり、ストールを心配する必要がなくなり、最大の揚力を発生するようにピッチ角を制御することができる。一方、前進速度が小さければ、翼への流水の流入角が大きくなる傾向が生じるので、ストールの発生を考慮してピッチ角を制御することができる。
【００４１】
図１１は、流向に対するピッチ角をあらかじめ算出しておきグラフデータＶＬ１１０１よびＶＨ１１０２として記憶してピッチ角を算出する一例を示す。図１１に示すように、高速走行時には、グラフデータＶＨ１１０２を用い、例えば、流向の測定結果が値ｂであれば、グラフ８０１により値ｂに対応付けられたピッチ角ａＨを求める。また、低速走行時には、グラフデータＶＬ１１０１を用い、例えば、流向の測定結果が値ｂであれば、グラフ８０１により値ｂに対応付けられたピッチ角ａＬを求める。なお、流向が負の値であれば、ピッチ角に負号が付く。言い換えれば、原点に対して点対称なグラフが記憶されていてもよい。
【００４２】
図１２は、翼制御装置１００１による処理のフローチャートを示す。ステップＳ１２０１の処理として、流向検出部１００２により流向の測定結果の検出が行なわれる。ステップＳ１２０２の処理として、流速検出部１００３により流速の測定結果の検出が行なわれる。
【００４３】
ステップＳ１２０３の処理として、算出部１００４により、ピッチ角の算出を行なう。ステップＳ１２０４の処理として、ピッチ角制御部１００５により翼のピッチ角の制御を行なう。ステップＳ１２０５の処理として、処理全体を終了するかどうかを判断して、終了しなければステップＳ１２０１へ戻る。
【００４４】
本実施形態においては、流向計により翼における水流の流向と流速とを測定し、その測定結果に応じて翼のピッチ角が制御されるので、翼に発生する揚力を最大化することが可能であり、これにより、推進力を最大化することが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
３０１  船体、３０２  ストラット、３０３  翼、３０４  翼、３０５  翼駆動部、３０６  ロッド、３０７  流向計
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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