特許 6979069 長距離探知される可能性が低い水中船

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6979069

(24)【登録日】2021年11月16日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】長距離探知される可能性が低い水中船

(51)【国際特許分類】

   B63G 8/00 20060101AFI20211125BHJP

   B63B 3/13 20060101ALI20211125BHJP

【ＦＩ】

   B63G8/00 A

   B63B3/13

【請求項の数】11

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-527501(P2019-527501)

(86)(22)【出願日】2017年11月20日

(65)【公表番号】特表2019-536685(P2019-536685A)

(43)【公表日】2019年12月19日

(86)【国際出願番号】EP2017079823

(87)【国際公開番号】WO2018095873

(87)【国際公開日】20180531

【審査請求日】2019年6月21日

(31)【優先権主張番号】102016014108.5

(32)【優先日】2016年11月24日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】513177820

【氏名又は名称】ティッセンクルップ マリーン システムズ ゲーエムベーハー

(73)【特許権者】

【識別番号】501186597

【氏名又は名称】ティッセンクルップ アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100202267

【弁理士】

【氏名又は名称】森山 正浩

(74)【代理人】

【識別番号】100182132

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】アブジック，トム

【審査官】 福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０１５００９９７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０１４３２１４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３０２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第００５３１８９２（ＧＢ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３６４８６３５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２１６７２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１４５１５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１２−００７２３４１（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｇ ８／００

Ｂ６３Ｂ ３／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

探知される可能性が低い水中船（１０）であって、
外殻（５０）と、船首部（２０）と、船尾部（４０）と、船体中央部（３０）と、を具備し、
該船体中央部（３０）の外殻（５０）が、当該水中船（１０）の長手方向に対して横方向に多角形の断面を有し、
前記多角形の断面が、該断面の角領域を除き、複数の直線から構成され、
前記多角形の断面の平面の全てが、垂線に対して、１０°〜４０°の傾斜を有し、
前記船体中央部（３０）の前記外殻（５０）が、該船体中央部（３０）の全長に亘って当該水中船（１０）の前記長手方向に沿った湾曲部を有し、
当該水中船（１０）が前記外殻（５０）の下方に略円柱状の圧力容器（８０）を有し、
前記船体中央部（３０）の前記外殻（５０）は、当該水中船（１０）の前記長手方向に対して横方向に前記断面全体に亘って、当該水中船（１０）の前記長手方向に沿った湾曲部を有し、
前記湾曲部が、前記船首部（２０）に対向する一端から前記船尾部（４０）に対向する他端まで延びる湾曲した面であって、曲率半径を有する面を含む、ことを特徴とする水中船（１０）。

【請求項2】

前記角領域が丸みを帯びる、ことを特徴とする請求項１に記載の水中船（１０）。

【請求項3】

前記多角形の断面が、長手方向の軸に対して垂直な鏡面を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水中船（１０）。

【請求項4】

前記外殻（５０）が、当該水中船（１０）の前記長手方向に円錐形状部を形成し、又は、２以上の円錐形状部から構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水中船（１０）。

【請求項5】

前記船体中央部（３０）においてタワーを具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の水中船（１０）。

【請求項6】

前記船体中央部の前記湾曲部が曲率半径を有し、前記曲率半径と当該水中船（１０）の長さとの比が、５〜１０００、好ましくは１０〜２５０、特に好ましくは２５〜１００であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の水中船（１０）。

【請求項7】

前記多角形の断面が最大幅位置（１００）を含み、
前記多角形の断面の該最大幅位置（１００）が中心（９０）の上方又は下方に配置され、
前記中心（９０）が前記多角形の断面の高さの半分として定義されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の水中船（１０）。

【請求項8】

前記多角形の断面の前記最大幅位置（１００）が、前記中心（９０）の上方又は下方に、前記多角形の断面の前記高さの半分の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％に配置されることを特徴とする請求項７に記載の水中船（１０）。

【請求項9】

前記外殻（５０）が吸音特性を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の水中船（１０）。

【請求項10】

前記外殻（５０）が、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲、特に１ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの範囲の音波を実質的に反射させている及び／又は吸収していることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の水中船（１０）。

【請求項11】

センサ、特にパッシブ・ソナーセンサ（１２０）、及び／又は、燃料貯蔵庫（１１０）が、前記外殻（５０）と前記圧力容器（８０）との間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の水中船（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクティブ・ソナーによる探知の可能性を低減するように形状が最適化された外形を有する水中船、特に潜水艦に関する。本手段により、水中船が探知される可能性のある距離を大幅に短縮することができる。

【背景技術】

【0002】

水中船、特に軍用潜水艦は、現在では、通常、単純化された形で、半球状の船首及び及び円錐状の船尾と共に、船体中央部領域に円筒状の基本形状を有する。この形状は合理化されており、単殻船又は複殻船として容易に製造することができる。

【0003】

今日では、潜水艦の探知のために、特にソナーが使用されており、その意図は、好ましくは長距離、例えば１００ｋｍに亘って、探知が行われることである。これはソナーの音波が水面に平行な非常に浅い角度で水中船に当たる結果につながる。探知を回避するためには、特にほとんどの場合受信機も配置されている送信機に向かって、音波が反射するのを回避することが必要である。この幾何学的考察から、水中船の長距離探知の可能性は、±２０°の角度、特に±１０°の角度での特に音の反射に依存することが分かる。

【0004】

短距離では、他の位置特定の可能性、特に熱、音響放射、磁気的挙動及び他の多くの可能性が関連しており、したがって、ここでは探知の可能性は他のパラメータによって系統立てて決定される。

【0005】

しかしながら、円筒体は、波を実質的に垂直方向に等方的に反射し、したがって空間内の全ての垂直方向に同じエネルギーを実質的に出力するという性質を有する。これは、臨界的な浅い角度範囲内での探知が特に低くない結果につながる。

【0006】

米国特許第１,５００,９９７号明細書は、シグネチャを減らすための潜水艦の板状被覆を開示している。

【0007】

英国特許第５３１８９２号明細書は、電動式小型潜水艦を開示している。

【0008】

独国特許第１９６２３１２７号明細書は、目標サイズを縮小するための吸音材を開示している。

【0009】

独国特許第１９７５４３３３号明細書は、カタマラン潜水艦を開示している。

【0010】

独国特許第１１９６５３１号明細書は、曲面を有する水中船を開示している。

【0011】

米国特許出願公開第２００５／０１４５１５９号明細書は、湾曲部を有する船体構造を開示している。

【0012】

米国特許第４,５７７,５８３号明細書は、流線形の殻を有する水中船を開示している。
欧州特許第０８５０８３０号明細書は、３つの圧力容器を有する潜水艦を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】米国特許第１,５００,９９７号明細書

【特許文献2】英国特許第５３１８９２号明細書

【特許文献3】独国特許第１９６２３１２７号明細書

【特許文献4】独国特許第１９７５４３３３号明細書

【特許文献5】独国特許第１１９６５３１号明細書

【特許文献6】米国特許出願公開第２００５／０１４５１５９号明細書

【特許文献7】米国特許第４,５７７,５８３号明細書

【特許文献8】欧州特許第０８５０８３０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、遠距離位置特定の条件下で、探知の可能性を大幅に減少させた水中船を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本目的は、請求項１に記載の構成を有する水中船によって達成される。有益な開発が、従属請求項、以下の説明及び図面から明らかになる。

【0016】

本発明による、探知される可能性がより低い水中船は、外殻を有する。水中船は、船首部、船尾部及び船体中央部を有する。船体中央部の外殻は、水中船の長手方向に対して横方向に多角形の断面を有する。さらに、船体中央部の外殻は、船体中央部の全長に亘って水中船の長手方向に沿った湾曲部を有する
多角形の断面それ自体は、探知波を送信機とは異なる方向へ標的反射させることで知られている。これは、原則として、航空機製造や造船、例えばシーシャドウで知られている。ここでは、大きく平坦で傾斜した表面が反射板として使用される。

【0017】

これ自体は、高次の反射が異なる角度でも発生するので、臨界的な浅い角度範囲でも探知可能性が生じ得るという欠点を有する。さらに、潜水艦は送信機へ向けての反射が起こり得る複数の境界面によって囲まれているので、潜水艦の場合、このような配置それ自体も、例えば航空機の場合ほど有効ではない。このような境界面とは、例えば、とりわけ海底及び水面であるが、海水の層状化から生じて反射面を構成する可能性のある表面もある。

【0018】

この欠点を最小限にするために、本発明により、船体中央部外殻は、水中船の長手方向に沿った湾曲部を有する。本手段により、反射と分散という２つの効果が発生する。１つの効果は、臨界的な浅い角度範囲における探知波のエネルギーを大幅に最小化できるということである。船体中央部外殻の湾曲部は、船体中央部の全長に及ぶ。ここで、湾曲部は長さに亘って変化する曲率半径を有してもよいが、曲率半径は無限大であってはならない。この結果、入射ビームを分散せずに反射する平坦面が、少なくとも１つの点で形成されるであろう。

【0019】

船体中央部は船首部と船尾部との間に配置される。船首部は、水中船の全長の５％〜４０％、好ましくは５％〜３０％、特に好ましくは５％〜２０％の長さを有し、船首部は水中船の船首から始まる。船尾部は、水中船の全長の５％〜４０％、好ましくは５％〜３０％、特に好ましくは５％〜２０％の長さを有し、船尾部は水中船の船尾から始まる。したがって、船体中央部は、水中船の全長の２０％〜９０％、好ましくは４０％〜９０％、特に好ましくは６０％〜９０％の長さを有する。

【0020】

これにより、送信機方向に反射された波の強度を、従来の円筒状水中船と比較して、例えば１００００分の１に低減することが可能になる。本手段により、探知される可能性のある距離は、最大で１桁減少する。これにより、水中船の移動の自由度が大幅に向上する。

【0021】

多角形の断面の例に、三角形又は正方形が含まれる場合があるが、前記２つの多角形は適応可能性がほとんどないためにあまり好ましくない。一方、５〜１０の角又は辺を有する多角形が好ましく、辺の長さは異なるのがさらに好ましい。各場合において、対になって対向する辺が同一の長さであるのが特に好ましい。

【0022】

本発明のさらなる実施形態では、多角形の断面は丸みを帯びた角領域を具備する。これは製造上及び流体力学的に有利である。

【0023】

本発明のさらなる実施形態では、多角形の断面は、長手方向の軸に垂直な鏡面を具備する。これは、左舷側と右舷側の外側形状が同一であることを意味する。

【0024】

本発明のさらなる実施形態では、船体中央部外殻は、水中船の長手方向に対して横方向の断面全体に亘って、水中船の長手方向に沿った湾曲部を有する。

【0025】

本発明のさらなる実施形態では、外殻は少なくとも１つの第１のセグメントを具備し、第１のセグメントは水中船の長手方向に第１の円錐形状部を形成するか、又は２つ以上の円錐形状部から構成される。セグメントは、多角形の断面の縁部によって上下で囲まれる領域として画定される。セグメントの範囲は、船体中央部の範囲によって長手方向に制限される。円錐形状部は、円錐の凸面の一部の領域である。第１のセグメント及び船の反対側にある対応する第２のセグメントは、特に好ましくは、鏡面反転した円錐形状部を具備する。円錐は、高さと半径で定義される幾何学的図形である。円錐状セグメントの場合、したがって、曲率半径は、水中船の長手方向に対して横方向に連続的に変化する。もちろん、それはまた、垂直軸が円形基部に対して中心に位置しない、斜円錐の円錐状セグメントでもあり得る。

【0026】

本発明のさらなる実施形態では、外殻は少なくとも１つの第３のセグメントを具備し、第３のセグメントは、水中船の長手方向に少なくとも部分的に、好ましくは完全に、第３の円錐形状部を形成し、第３の円錐形状部の高さ及び／又は半径は、第１の円錐形状部の高さ及び／又は半径とは異なる。

【0027】

本発明のさらなる実施形態では、円錐形状部の円錐は高さを有し、高さ対水中船の長さの比は０．５〜１０００、好ましくは３．５〜１３０、特に好ましくは８．０〜３５である。

【0028】

本発明のさらなる実施形態では、円錐形状部の円錐は直径を有し、円錐の直径対水中船の長さの比は２〜１００、好ましくは６〜５０、特に好ましくは１０〜２０である。

【0029】

本発明のさらなる実施形態では、水中船は船体中央部にタワーを具備する。タワーは、垂線に対して少なくとも１０°、特に好ましくは少なくとも２０°傾斜した外壁を具備することが特に好ましい。

【0030】

タワーは、タワーの下方の多角形の断面の隣接側面と同じ角度を有することが特に好ましい。

【0031】

本発明のさらなる実施形態では、船体中央部の湾曲部は曲率半径を有し、曲率半径対水中船の長さの比は、５〜１０００、好ましくは１０〜２５０、特に好ましくは２５〜１００である。

【0032】

船体中央部の湾曲部は、全長に亘って一定である必要はない。特に船首部及び／又は船尾部に隣接する船体中央部の湾曲部は、例えば移行部を設けるために、これら部分に向かって増大してもよい。好ましくは、湾曲部は、船体中央部領域から船首部への移行部で増大し、船体中央部領域から船尾部の領域への移行部で減少する。

【0033】

例えば、８０ｍの長さを有する水中船の場合、したがって、船体中央部に湾曲部が生じ、この湾曲部により、湾曲していない直線的な円筒形状との関連で、船体中央部領域を囲む仮想円の断面は約０．５ｍ〜２ｍ拡大し、ここではタワーやその他の上部構造や拡張部分は概念的に考慮されていない。

【0034】

本発明のさらなる実施形態では、多角形の断面は最大幅位置を含み、多角形の断面の最大幅位置は中心の下方又は上方に配置され、中心は多角形の断面の高さの半分として定義される。

【0035】

対称的な構成から逸脱すると、目標とする方法で、到来する探知波の大部分を同じ方向に偏向させることが可能になる。最大幅位置が中心より下方にある場合、大部分は上方に、したがって水面に向けて反射される。最大幅位置が中心より上方にある場合、大部分は下方に、したがって海底に向けて反射される。第１の変化形は船の安定性のために好ましく、第２の変化形は目標サイズを縮小するためのものである。

【0036】

本発明のさらなる実施形態では、多角形の断面の最大幅位置は、中心の下方又は上方に、多角形の断面の高さの半分の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％に配置される。

【0037】

本発明のさらなる実施形態では、多角形の断面の全ての平面は、垂線に対して少なくとも１０°、好ましくは少なくとも２０°の傾斜を有する。

【0038】

本発明のさらなる実施形態では、多角形の断面の全ての平面は、垂線に対して１０°〜４０°又は５０°〜８０°の傾斜を有する。４５°の角度も避けるべきであり、この場合、例えば水面に向けて反射された到来波は、水面によって反射され、次いで再び直接に送信機に向けて反射されるからである。多重反射のために強度は弱いが、それにもかかわらず他の角度と比較して大幅に増大する。

【0039】

本発明のさらなる実施形態では、外殻は吸音特性を有する。最適化された形状に加えて、外殻は吸音材料からなるか、吸音材料を含むか、又は吸音材料で被覆することができる。完全な吸収はあり得ないので、両方の効果の組合せが好ましい。

【0040】

本発明のさらなる実施形態では、外殻は、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲、特に１ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの範囲の音波に対して実質的に反射性及び／又は吸収性である。他の最適化されていない構造を外殻の下に配置することができるので、外殻を貫通する透過をできるだけ低く維持する必要がある。定義により、反射率、吸収率及び透過率の合計は１である。実質的に反射する及び／又は吸収するとは、反射率及び／又は透過率が少なくとも０．７５、好ましくは少なくとも０．９、特に好ましくは少なくとも０．９５であるときであると考えられる。

【0041】

本発明によれば、水中船は、外殻の下方に略円筒状の圧力容器を有する。

【0042】

本発明のさらなる実施形態では、外殻は円筒状圧力容器を完全には取り囲んでいない。したがって、圧力容器は、複数の領域内で外殻を形成する。これは、例えば、より重要度の低い場所で、例えば下側で当てはまる。

【0043】

本発明のさらなる実施形態では、センサ、特にパッシブソナーセンサ及び／又は燃料貯蔵庫は、外殻と圧力容器との間に配置される。

【0044】

燃料貯蔵庫は潜水艦の運航に必要なあらゆる形態の貯蔵品を具備しており、例えば、これらはガソリンタンク又はディーゼルタンク、例えば圧縮ガス貯蔵庫の形態の水素貯蔵庫、液体水素貯蔵又は金属水素化物貯蔵庫、例えば、圧縮ガス貯蔵庫又は液体酸素貯蔵庫の形態の酸素貯蔵庫、メタノール貯蔵庫、エタノール貯蔵庫、バッテリー、蓄圧器及びガスタービン用圧縮ガス貯蔵庫、並びに自律型又は遠隔制御型の水中船、及び、例えば魚雷やミサイル、又はデコイなどの兵器である。

【0045】

本発明のさらなる実施形態では、プロペラは外皮の最大幅位置と同じ高さに配置される。

【0046】

本発明のさらなる実施形態では、水中船は潜水艦である。水中船は、好ましくは軍用水中船、特に好ましくは軍用潜水艦である。

【0047】

本発明による水中船を、図面に示されている例示的な実施形態を参照して、以下により詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】図１は、本発明による水中船の上面図を示す。

【図2】図２は、第１の例示的水中船の断面図を示す。

【図3】図３は、第２の例示的水中船の断面図を示す。

【図4】図４は、第３の例示的水中船の断面図を示す。

【図5】図５は、第４の例示的水中船の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0049】

図１は、船首部２０、船体中央部３０及び船尾部４０を有する水中船１０の上面図を示し、水中船は、ここではクロスラダーの形態のラダー６０及び船尾部４０におけるプロペラ７０を具備する。水中船１０は、円筒として簡略化して示されている圧力容器８０と比較して分かるように、水中船１０の長手方向に船体中央部分の湾曲部を有する外殻５０を具備する。圧力容器８０はまた、簡略化のためにここでは省略されているが、実際には、船首部及び船尾部に丸みを帯びた端部、好ましくは半球状の端部を具備する。圧力容器８０も全長を占める必要はない。特に、武器管を船首に配置することができる。

【0050】

図２は、第１の例示的断面を示す。外殻８０は六角形の断面を有し、最大幅位置１００は円筒状圧力容器８０の中心点によって形成される中心９０と正確に同じ高さにある。この点は、実質的に一致するので、多角形の断面の高さの半分に一致する中心として、ここでもまた以下でも同様に使用されるが、中心点は視覚的により簡単に示すことができる。外殻５０の全表面は、垂線に対して３０°又は９０°の角度をなす。

【0051】

図３は、第２の例示的断面を示す。外殻８０は、不規則な六角形の断面を有し、最大幅位置１００は中心９０のかなり上方に配置されている。本手段によって、入射波の大部分が海底に向けて反射され、その結果、探知の可能性がさらに最小化される。

【0052】

図４は、第３の例示的断面を示す。外殻８０は、不規則な六角形の断面を有し、最大幅位置１００は中心９０のかなり下方に配置される。それによって入射波の大部分が水面に向けて反射されるが、水中船１０の重心をより低く配置することができる。これは水中船１０の安定性にとって有利である。

【0053】

図２〜図４とは対照的に、図５は、その他の点では図３からの第２の例示的断面と基本的に同一である丸みを帯びた角を有する断面を示す。また、外殻５０と圧力容器８０との間には、燃料貯蔵部１１０とソナーセンサ１２０とが配置される。

【0054】

図２〜図５に示す断面は全て鏡面対称設計である。これは必須ではないが、好ましい。

【符号の説明】

【0055】

１０ 水中船
２０ 船首部
３０ 船体中央部
４０ 船尾部
５０ 外殻
６０ ラダー
７０ プロペラ
８０ 圧力容器
９０ 中心
１００ 最大幅位置
１１０ 燃料貯蔵庫
１２０ ソナーセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】