(57)【要約】【課題】縦舵方向又は横舵方向の優先率に応じてＸ舵の命令舵角を生成して最大舵角を有効活用し、潜水艇の最も有効な移動方向を選択可能にする。【解決手段】開示される潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置は、十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、優先率設定器２によって設定された縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１を具えて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段を具え、前記縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値とによって、上側の第１のＸ舵と第２のＸ舵と、下側の第３のＸ舵と第４のＸ舵とに対する、命令舵角を設定するように構成されていることを特徴とする潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置。
【請求項２】
十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、優先率設定器によって設定された縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段を具え、前記縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値とによって、上側の第１のＸ舵と第２のＸ舵と、下側の第３のＸ舵と第４のＸ舵とに対する、命令舵角を設定するように構成されていることを特徴とする潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置。
【請求項３】
前記上側のＸ舵が互いに同方向又は反対方向に角度を変更可能に構成された第１のＸ舵と第２のＸ舵とからなり、下側のＸ舵が互いに同方向又は反対方向に角度を変更可能に構成された第３のＸ舵と第４のＸ舵とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置。
【請求項４】
前記第１のＸ舵の命令舵角と第４のＸ舵の命令舵角とが、前記縦舵方向命令舵角計算値を減算し、前記横舵方向命令舵角計算値を加算して設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置。
【請求項５】
前記第２のＸ舵の命令舵角と第３のＸ舵の命令舵角とが、前記縦舵方向命令舵角計算値を加算し、前記横舵方向命令舵角計算値を加算して設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置。
【請求項６】
十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段によって、前記縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値とを用いて、上側の第１のＸ舵と第２のＸ舵と、下側の第３のＸ舵と第４のＸ舵とに対する、命令舵角を設定することを特徴とする潜水艇のＸ舵における命令舵角計算方法。
【請求項７】
十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、優先率設定器によって設定された縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段によって、前記縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値とを用いて、上側の第１のＸ舵と第２のＸ舵と、下側の第３のＸ舵と第４のＸ舵とに対する、命令舵角を設定することを特徴とする潜水艇のＸ舵における命令舵角計算方法。
【請求項８】
前記上側のＸ舵が互いに同方向又は反対方向に角度を変更可能に構成された第１のＸ舵と第２のＸ舵とからなり、下側のＸ舵が互いに同方向又は反対方向に角度を変更可能に構成された第３のＸ舵と第４のＸ舵とからなることを特徴とする請求項６又は７記載の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算方法。
【請求項９】
前記第１のＸ舵の命令舵角と第４のＸ舵の命令舵角とが、前記縦舵方向命令舵角計算値を減算し、前記横舵方向命令舵角計算値を加算して設定されることを特徴とする請求項６又は７記載の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算方法。
【請求項１０】
前記第２のＸ舵の命令舵角と第３のＸ舵の命令舵角とが、前記縦舵方向命令舵角計算値を加算し、前記横舵方向命令舵角計算値を加算して設定されることを特徴とする請求項６又は７記載の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜水艇のＸ舵における命令舵角を計算するための、命令舵角計算装置及び命令舵角計算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜水艇においては、船体の大型化に伴って舵の効きを確保するために、舵の大型化が必要となっている。従来の十字舵では、舵の効きをよくするために、縦舵方向及び横舵方向に長くする必要があって、停泊時及び着底時に支障が生じるため、舵を４５度回転させたＸ舵が採用されている。
【０００３】
図３は、十字舵とＸ舵の取り付け方法と操舵方法とを説明するものであって、いずれも潜水艇を後方から見た図を示し、(a),(b) は上舵方向の場合、(c),(d) は面舵方向の場合を示している。
【０００４】
十字舵の場合は、上舵方向のときは図３(b) に示すように、縦舵は動かさずに横舵のみを使って矢印の方向に操舵し、面舵方向のときは図３(d) に示すように、横舵は動かさずに縦舵のみを使って矢印の方向に操舵する。
一方、Ｘ舵の場合は、上舵方向のときは図３(a) に示すように、Ｘ舵１〜４をすべて使って矢印の方向に操舵し、面舵方向のときは図３(c) に示すように、Ｘ舵１〜４をすべて矢印の方向に操舵する。
【０００５】
図４は、従来の縦舵方向命令舵角と横舵方向命令舵角からＸ舵への命令配分方式を示したものであって、図中の＋／−は換算命令舵角を加算／減算することを示している。また、縦方向命令舵角Ｘは面舵方向が正となり、横方向命令舵角Ｙは上舵方向が正となる。
【０００６】
図４において、Ｘ舵角命令舵角計算回路１０は、縦舵方向命令舵角Ｘと横舵方向命令舵角Ｙとから計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値ＸＸと横舵方向命令舵角ＹＹを生成して、縦舵方向命令舵角計算値ＸＸと横舵方向命令舵角計算値ＹＹの差から、Ｘ舵１の命令舵角−ＸＸ＋ＹＹとＸ舵４の命令舵角−ＸＸ＋ＹＹを出力し、縦舵方向命令舵角計算値ＸＸと横舵方向命令舵角計算値ＹＹの和から、Ｘ舵２の命令舵角＋ＸＸ＋ＹＹとＸ舵３の命令舵角＋ＸＸ＋ＹＹを出力する。
【０００７】
このように、縦舵方向命令舵角と横舵方向命令舵角からＸ舵への配分は、縦舵方向命令舵角と横舵方向命令舵角の和及び差で配分される。この場合、縦舵方向のみの進路変更あるいは横舵方向のみの進路変更について、従来の十字舵と大きさが同等とすると、√２倍のベクトルを得ることができるので、一般には十字舵と比べて、舵の大きさを１／√２に小さくすることができる。
【０００８】
図４および図６に示されるように、縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角からＸ舵の命令舵角を算出すると、最大舵角制限値Ａより大きくなってしまうため、なんらかの方法で各方向の命令舵角の和及び差をＡ以内にする必要がある。
潜水艇では、縦舵方向は針路を制御し、横舵方向は姿勢角を制御するため、一般的に水上状態では縦舵方向が優先され、水中状態では横舵方向が優先されるため、図６に示すように水上状態では縦舵方向命令舵角ＸＸを優先し、水中状態では横舵方向命令舵角ＹＹを優先して、最大舵角制限値Ａと優先された命令舵角との差分を残りの命令舵角に振り分けるようにしている。
【０００９】
図５は、従来のＸ舵命令舵角計算回路における、上述の計算機能を説明するものであって、図中、sign(  )は、符号を示している。
【００１０】
しかしながらＸ舵において、縦舵方向命令舵角のみ、又は横舵方向命令舵角のみの場合は、従来の十字舵と同等の舵の効きを得ることができるが、縦舵方向命令舵角と横舵方向命令舵角の両方がある場合は、図６に示されたＸ舵の操舵量からわかるように、Ｘ舵の一つの最大舵角も十字舵の最大舵角と同じであるとすると、ＸとＹの値によっては、最大舵角制限値Ａを超える状態が生じるため、このような状態にならないようにする工夫が必要になる。
【００１１】
以下、図６を用いて、上記の点をさらに詳細に説明する。
図６は、Ｘ舵命令舵角計算回路における縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角を示したものであって、Ａは最大舵角、Ｐは計算前命令舵角、Ｑは計算後命令舵角（現状は水上状態）、Ｒは計算後命令舵角（現状は水中状態）である。
また、図６において、外側の正方形は十字舵で実現可能な操舵量設定可能範囲を示し、内側の菱形は、Ｘ舵で実現可能な操舵量設定可能範囲を示している。
【００１２】
図６に示すように、操舵方向Ｐが要求された場合、潜水艇は水中航走の場合は横舵を優先させて残りを縦舵方向にあてるベクトルＲを選択するように操舵を制御するとともに、水上航走の場合は縦舵方向を優先させて残りを横舵方向にあてるベクトルＱを選択するように操舵を制御する。
【００１３】
これに対して特許文献１においては、縦舵上舵，縦舵下舵，横舵右舵，横舵左舵のそれぞれを独立に駆動するとともに、ロール角設定器でロール角の目標値を設定し、ロール角センサからの信号に応じて、ロール角制御用コントローラによってロール角用操舵信号を作成して、縦舵操舵信号合成部で縦舵の操舵信号を出力し、横舵操舵信号合成部で横舵の操舵信号を出力する、水中航走体舵制御方式が開示されている。
【００１４】
また、特許文献２においては、Ｘ型複合舵潜水船の各舵の舵角及びＸ型複合舵潜水船の速度を舵角変換部に入力する。舵角変換部は、入力された各舵角及び速度及びＸ型複合舵特性メモリから読み出されたＸ型複合舵の動特性に基づいてＸ型複合舵潜水船に働く力を算出した後、算出したＸ型複合舵船に働く力を＋型複合舵潜水船の＋型複合舵の各舵成分にベクトル分解し、各舵成分及び＋型複合舵特性メモリから読み出された＋型複合舵の動特性に基づいて＋型複合舵潜水船の横舵及び縦舵の舵角に変換する。変換された横舵及び縦舵の舵角を表す表示マークを舵角表示部の表示画面に表示する、舵角表示方法及び装置並びに舵角変換表示プログラムを記録した記録媒体が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１３９３９２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２９６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来技術の場合、潜水艇として移動したい位置に対し、優先された方向（水上の場合は針路、水中の場合は深度）については速く到達することが可能になるが、他の方向についてはなかなか到達しないことになるという問題がある。
【００１６】
また、潜水艇はその構造が上下非対称であるため、水中での旋回時に姿勢角が変化し、それに合わせて深度も変化するが、潜水艇の運用上、深度の変化によって海面への露頂や海底接触等の不都合が生じるので、深度の変化を押さえる必要がある場合があり、これによって旋回運動が遅くなってしまうという問題がある。
さらに、深度変更時に潮流等の影響によって針路方向の維持が不可能になるという問題がある。
【００１７】
しかしながら、特許文献１，２記載の技術では、このような問題を解決することはできない。
【００１８】
この発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、従来のＸ舵では水中では横舵方向優先、水中では縦舵方向優先と固定されていたが、本発明は縦舵方向優先率Ｇx あるいは横舵方向優先率Ｇy を設定する優先率設定器を有し、優先率を指定することにより、Ｘ舵の舵角命令に縦舵方向又は横舵方向の優先度を持たせることにより、操舵手の判断による潜水艇の移動方向の選択を実現して、このような問題を解決することが可能な、潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、この発明の第１の構成は潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置に係り、十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段を具え、上記縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値とによって、上側の第１のＸ舵と第２のＸ舵と、下側の第３のＸ舵と第４のＸ舵とに対する、命令舵角を設定するように構成されていることを特徴としている。
【００２０】
また、この発明の第２の構成は潜水艇のＸ舵における命令舵角計算方法に係り、十字舵を形成する縦舵と横舵に対する縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角に対して、縦舵方向及び横舵方向の優先率に応じて計算を行って、縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値を出力する優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段によって、上記縦舵方向命令舵角計算値と横舵方向命令舵角計算値とを用いて、上側の第１のＸ舵と第２のＸ舵と、下側の第３のＸ舵と第４のＸ舵とに対する、命令舵角を設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置及び方法によれば、十字舵での縦舵方向命令舵角および横舵方向命令舵角をそのまま利用しながら、縦舵方向あるいは横舵方向に優先度を持たせることにより、Ｘ舵の最大舵角を有効活用し、なおかつ操舵手の判断により潜水艇の移動方向を選択できる。
特に、潜水艇構造の上下非対称による、水中での旋回時における姿勢角変化に基づく深度の変化も抑制することが可能になる。また、深度変更時における潮流等の影響に対しも針路方向の維持が可能となる。
また、優先度の設定を、レバー及びツマミ等による操作角度の設定で実現することにより、潜水艇の針路及び深度状況に合わせて、優先度を感覚的に設定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施形態】
【００２３】
図１は、この発明の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置及び方法における、縦舵方向命令舵角と横舵方向命令舵角からＸ舵への命令舵角配分方式を示したものであって、優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１と、優先率設定器２とからなる概略構成が示されている。
【００２４】
図１に示すように、優先率設定器２により縦舵方向優先率Ｇx あるいは横舵方向優先率Ｇy を設定し、縦舵方向命令舵角Ｘおよび横舵方向命令舵角Ｙを優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１に入力し、図２に示す優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路の機能を実現するための計算を実施して、縦方向命令舵角計算値ＸＸg および横方向命令舵角計算値ＹＹg を出力し、Ｘ舵１〜４の命令舵角を計算させる。
【００２５】
図１に示されるように、優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１に対して、縦舵方向優先率Ｇx あるいは横舵方向優先率Ｇy を指定するための優先率設定器２を設け、可変抵抗器やエンコーダを使用し、レバー及びツマミ等による操作角度を電圧やデジタルデータに変換して、優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１に送信する。また、縦舵方向優先率Ｇx と横舵方向優先率Ｇy の選択は、優先率設定器２にスイッチを設け、優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１に送信する信号を選択できるようにする。
【００２６】
以下、図１及び図２を参照して、この発明の潜水艇のＸ舵における命令舵角計算装置及び方法の動作を説明する。
【００２７】
図２に示すように、Ｘ舵における命令舵角の計算は、図１に示す優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路１において、縦舵方向命令舵角Ｘおよび横舵方向命令舵角Ｙに対しＸ舵１〜４のそれぞれの最大舵角をＡとし、優先率配分器２によって縦舵方向優先率Ｇx あるいは横舵方向優先率Ｇy を指定した場合の縦舵方向命令舵角計算値をＸＸg 、横方向命令舵角計算値をＹＹg とすると、以下のようにして行われる。
【００２８】
（Ｇx 指定時）
｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜≦Ａのとき              ＸＸg ＝Ｘ      ＹＹg ＝Ｙ
｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜＞ＡかつＡ−｜Ｙ｜≧｜Ｘ｜＊Ｇx のとき
ＸＸg ＝ sign(Ｘ) ＊（Ａ−｜Ｙ｜）      ＹＹg ＝Ｙ
｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜＞ＡかつＡ−｜Ｙ｜＜｜Ｘ｜＊Ｇx のとき
ＸＸg ＝Ｘ＊Ｇx   ＹＹg ＝ sign(Ｙ) ＊（Ａ−｜ＸＸg ｜）
【００２９】
（Ｇy 指定時）
｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜≦Ａのとき              ＸＸg ＝Ｘ      ＹＹg ＝Ｙ
｜Ｘ｜＋｜Ｔ｜＞ＡかつＡ−｜Ｘ｜≧｜Ｙ｜＊Ｇy のとき
ＹＹg ＝sign (Ｙ) ＊（Ａ−｜Ｘ｜）      ＹＹg ＝Ｙ
｜Ｘ｜＋｜Ｙ｜＞ＡかつＡ−｜Ｘ｜＜｜Ｙ｜＊Ｇy のとき
ＸＸg ＝ sign(Ｘ) ＊（Ａ−｜ＹＹg ｜）  ＹＹg ＝Ｙ＊Ｇy
【００３０】
これにより、優先率を指定された方向は、最大舵角に対し、命令舵角＊優先率以上の舵角を占有することが可能となる。
【００３１】
前述の図６において、Ｖは計算後命令舵角を示し、本実施形態では、縦舵方向優先率Ｇx 又は横舵方向優先率Ｇy を使用し、Ｒ⇔Ｑの範囲を移動可能の場合の計算後命令舵角Ｖが得られることが示されている。
【００３２】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、優先率設定器２の構成は、所要の優先率を設定できるものであれば、どのようなものであってもよい。また、縦舵方向と横舵方向の優先率の選択は、スイッチに限らず、他の切替え手段であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は、民需用，軍用を問わず、あらゆる形式の潜水艇における命令舵角計算に利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の縦舵方向及び横舵方向命令舵角からＸ舵への命令舵角配分方式を示す図である。
【図２】本発明の優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路の機能を説明するための図である。
【図３】十字舵とＸ舵の取り付け方法と操舵方法とを説明するための図である。
【図４】従来の縦舵方向命令舵角と横舵方向命令舵角からＸ舵への命令舵角配分方式を示す図である。
【図５】従来のＸ舵命令舵角計算回路の機能を説明するための図である。
【図６】従来の及び本発明のＸ舵命令舵角計算回路における縦舵方向命令舵角及び横舵方向命令舵角を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    優先率指定Ｘ舵命令舵角計算回路（優先率指定Ｘ舵命令舵角計算手段）
２    優先率設定器
【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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