特許 7603268 揚力可変水中翼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】揚力可変水中翼

(51)【国際特許分類】

   B63H 25/38 20060101AFI20241213BHJP

   B63B 22/18 20060101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

B63H25/38 D

B63B22/18

B63H25/38 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024074141

(22)【出願日】2024-04-30

【審査請求日】2024-05-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】514074599

【氏名又は名称】有限会社金鹿哲学承継塾

(74)【代理人】

【識別番号】100188776

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 吉男

(72)【発明者】

【氏名】金鹿 功

【審査官】中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２２６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４８－０３３４３８（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開昭６０－０１５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６７１４７１０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ ２５／３８

Ｂ６３Ｂ ２２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

航行体の運動を制御する水中翼であって、
水中翼本体が複数の板状体から構成され、前記全ての板状体には前記全ての板状体を貫通するスリットが形成され、前記複数の板状体の相対位置の変化により、前記スリットの貫通面積が変化することで水中翼本体の翼面の面積を変化させることができる水中翼。

【請求項2】

前記水中翼本体に設けられた回転軸と長さ方向が平行な前記スリットが前記回転軸と平行に複数形成され、前記複数の板状体が前記スリットの長さ方向と垂直な方向に相対的な位置変化をする請求項１に記載の水中翼。

【請求項3】

前記水中翼本体が、２層の板状体から構成される請求項２に記載の水中翼。

【請求項4】

前記水中翼本体が、第１板状体と第２板状体と第３板状体との３層構造からなり、
前記第１板状体と前記第２板状体とが前記回転軸と直交する両辺にて接合された箱体を形成し、前記箱体に前記回転軸が設けられ、前記箱体内に前記第３板状体が、前記スリットの長さ方向と垂直な方向に摺動可能に設けられている請求項２に記載の水中翼。

【請求項5】

前記第３板状体に前記箱体から突出する態様で前記回転軸と平行に立設された抵抗板を有する請求項４に記載の水中翼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、揚力を変化させることが可能な水中翼に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、水上、水中を航行する移動体（以下「航行体」という。）の進行や深度の制御は、水中翼（舵を含む）の角度を変化させることで行われている。例えば、特許文献１に記載の潜水艦の自動深度保持装置では、潜舵と横舵とを制御して船体にモーメントを与えて深度を制御する深度保持装置であって、潜舵に加わる舵制御信号と潜舵の舵角限界値との差を検出しつつ舵制御信号が舵角限界値を超える場合には潜舵を舵角限界値に保持したまま舵角限界値を超える潜舵角範囲は横舵で補正しつつ設定深度を保持させる潜水艦の自動深度保持装置が開示されている。

【0003】

特許文献１に記載の自動深度保持装置は、特に低速度の場合の深度制御機能が改善される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】公開特許公報 昭６１－１１０６９５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の自動深度保持装置も舵角を変化させて船体の方向を制御するという点では、従来の航行体の方向制御と同じであり、舵の方向が変わるまでに時間を要し、短時間で船体の方向を制御できないという問題点があった。

【0006】

本発明の目的は、翼面の面積を増減させることにより航行体の進行方向を制御できる水中翼を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１形態に係る水中翼は、航行体の運動を制御する水中翼であって、水中翼本体の翼面の面積を変化させることができる水中翼である。

【0008】

一般に水中翼が作る揚力は以下の式で表される。
Ｆ＝ＣＬ・１/２ρＵ・Ｕ・Ｓ
但し
Ｆ：揚力
ＣＬ：揚力係数 水中翼の形状によって決まり、水中翼の迎角の関数となる。
ρ：水の密度
Ｕ：水の流入速度
Ｓ：翼面の面積
本発明の第１形態に係る水中翼は、上式のＳ、翼面の面積を変化させて揚力Ｆを制御しようとするものである。
翼面の面積を変化させる機構としては、水中翼に設けられたスリットを開閉させる機構が考えられる。また回転可能な複数のフィンを水中翼の回転軸と並行に並べて構成する機構も考えられる。

【0009】

本発明の第２形態に係る水中翼は、第１形態に係る水中翼であって、前記水中翼本体が複数の板状体から構成され、前記全ての板状体には前記全ての板状体を貫通するスリットが形成され、前記複数の板状体の相対位置の変化により、前記スリットの貫通面積が変化する水中翼である。
複数の板状体の相対位置を変化させることで、全ての板状体を貫通する総面積が変化する結果、水中翼の迎角を一定に保った状態でも揚力を変化させることができる。

【0010】

本発明の第３形態に係る水中翼は、第２形態に係る水中翼であって、前記水中翼本体に設けられた回転軸と長さ方向が平行な前記スリットが前記回転軸と平行に複数形成され、前記複数の板状体が前記スリットの長さ方向と垂直な方向に相対的な位置変化をする水中翼である。
水中翼の回転軸は通常航行体の進行方と直交する方向に設けられているので、本発明の第３形態に係る水中翼はスリットに、航行体が進むことで生じる水流による抵抗を力に変える機構を付加することで、水流を利用してスリットを開閉させることも可能である。

【0011】

本発明の第４形態に係る水中翼は、第３形態に係る水中翼であって、前記水中翼本体が、２層の板状体から構成される水中翼である。
板状体の一方が水中翼の回転軸に接続され、他方がスリットの長さ方向と垂直な方向に移動可能な水中翼である。

【0012】

本発明の第５形態に係る水中翼は、第３形態に係る水中翼であって、前記水中翼本体が、第１板状体と第２板状体と第３板状体との３層構造からなり、
前記第１板状体と前記第２板状体とが前記回転軸と直交する両辺にて接合された箱体を形成し、前記箱体に前記回転軸が設けられ、前記箱体内に前記第３板状体が、前記スリットの長さ方向と垂直な方向に摺動可能に設けられている水中翼である。
箱体の内部で第３板状体がスリットの長さ方向と垂直な方向に移動することで、水中翼を貫通するスリットの総面積が変化する。

【0013】

本発明の第６形態に水中翼は、第５形態に係る水中翼であって、前記第３板状体に前記箱体から突出する態様で前記回転軸と平行に立設された抵抗板を有する水中翼である。
第３板状体に回転軸と平行に立設された抵抗板は、箱体から突出しているので、航行体の進行により航行体の進行方向とは反対方向の水の抵抗を受ける。そうすると抵抗板と一体となっている第３板状体が航行体の進行方向とは反対方向に移動する。このとき水中翼を貫通するスリットの総面積が減少する構成になっていれば水中翼に加わる揚力が増加し、スリットの総面積が増加する構成になっていれば水中翼に加わる揚力が減少することになる。なお、第３板状体を移動させる手段としては、抵抗板の他に油圧や機械的な動力を採用することもできる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の水中翼によれば、水中翼の迎角を変えずに揚力を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、水中翼１０の構造（閉状態）を示す斜視図である。

【図2】図２は、水中翼１０の構造（開状態）を示す斜視図である。

【図3】図３は、図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】図４は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図5】図５は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図6】図６は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。

【図7】図７は、自動浮上沈降型海洋ブイ９０の運動を示す説明図である。

【図8】図８は、自動定位置保持型海洋ブイ９２の運動を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施形態）
［水中翼１０の構造］
以下に、本発明の実施形態に係る水中翼１０のスリット３０の閉状態の構造について、図面を参照しながら説明する。図１は、水中翼１０のスリット３０が閉状態の構造を示す斜視図である。図２は、水中翼１０のスリット３０が開状態の構造を示す斜視図である。図３は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図４は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。図５は、図２のＡ－Ａ線断面図である。図６は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。

【0017】

本明細書においては、以下のように方向を定義する。水中翼１０の箱体５０は、前後方向に延びている。また、前後軸、左右軸及び上下軸は、互いに直交している。なお、上方向、下方向、左方向、右方向、前方向及び後方向は、説明の便宜上定義した方向である。従って、これらの方向は、水中翼１０の使用時における各方向と一致していなくてもよい。また、上方向と下方向とが入れ替わってもよいし、左方向と右方向とが入れ替わってもよいし、前方向と後方向とが入れ替わってもよい。

【0018】

本明細書において、前後方向に延びるとは、前後方向に平行な方向に延びる場合、及び前後方向にわずかに傾いた方向に延びる場合を含む。左右方向に延びるとは、左右方向に平行な方向に延びる場合及び左右方向にわずかに傾いた方向に延びる場合を含む。上下方向に延びるとは、上下方向に平行な方向に延びる場合及び上下方向にわずかに傾いた方向に延びる場合を含む。

【0019】

本明細書において、例えば第１部材が第２部材に接続されているとは、第１部材が第２部材に直接接続されている場合、及び、第１部材が第３部材を介して第２部材に接続されている場合を含む。また、例えば第１部材が第２部材に支持されているとは、第１部材が第２部材に直接支持されている場合、及び、第１部材が第３部材を介して第２部材に支持されている場合を含む。

【0020】

なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0021】

なお、各図において、連続して配置される同一または類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。

【0022】

図１と図２に示すように、水中翼１０は、水中翼本体２０と回転軸６０とから構成されている。そして水中翼本体２０は、第１板状体２１と、第２板状体２２と、第３板状体２３とが３層に積層された構造を有している。第１板状体２１と第２板状体２２の周縁部は接続されて箱体５０を構成し、箱体５０の内側に第３板状体２３が、回転軸６０と直交する方向に移動可能に収容されている。回転軸６０は箱体５０に接続されている。そして、第３板状体２３の前方上側に抵抗板４０が２つ上に向くように設けられている。箱体５０の周縁部と第３板状体２３との摺動箇所は摩擦抵抗の小さな素材で形成するか、ローラーベアリング、ボールベアリング等の摺動抵抗軽減機構を設けることが望ましい。

【0023】

第１板状体２１と、第２板状体２２と、第３板状体２３とには、同じ形状の複数のスリット３０が設けられ、図１の状態では第１板状体２１と第２板状体２２のスリット３０が、第３板状体２３により塞がれている。図２は、図１の状態から第３板状体２３が、前方向に移動して第１板状体２１と第２板状体２２のスリット３０と第３板状体のスリット３０とが同じ位置にきて、全てのスリット３０が上下方向に貫通している状態を示している。

【0024】

図３～図６を参照しながら、水中翼１０の構造をより詳しく説明する。図３は図１のＡ－Ａ線断面図、図４は図１のＢ－Ｂ線断面図である。第１板状体２１の各スリット３１ａ～３１ｇと第２板状体の各スリット３２ａ～３２ｇとの間に、第３板状体２３のスリット３３ａ～３３ｇがない部分が位置することで、第１板状体２１の各スリット３１ａ～３１ｇと第２板状体の各スリット３２ａ～３２ｇとは塞がれている。

【0025】

図５は図２のＡ－Ａ線断面図、図６は図２のＢ－Ｂ線断面図である。図６は図４に比べて第３板状体２３が前方向に移動している。そして、第１板状体２１の各スリット３１ａ～３１ｇと第２板状体の各スリット３２ａ～３２ｇに、第３板状体２３のスリット３３ａ～３３ｇが重なることで、水中翼１０を上下方向に貫通するスリットが形成される。この結果水中翼１０の翼面の面積が、図１の状態に比べて減少することになる。

【0026】

［水中翼１０の動作］
次に水中翼１０の動作について図１と図２とを参照しながら説明する。図１は第３板状体２３が箱体５０の中で後端に位置する状態を示している。この状態で抵抗板４０に水流による力が前方向に加わると、抵抗板４０と一体となっている第３板状体２３が前方向に移動して、箱体５０の前端で停止する。図２の状態で抵抗板４０に水流による力が後方向に加わると、抵抗板４０と一体となっている第３板状体２３が後方向に移動して、箱体５０の後端で停止する。このように抵抗板４０に加わる力の方向によって、水中翼１０の翼面の面積が変化する。

【0027】

［水中翼１０の作用効果］
水中翼１０を備えた航行体が水上または水中で運動するに際し、水中翼の迎角を変化させて航行体の運動方向を制御することに加えて、水中翼の迎角を一定に保持したまま、翼面の面積を変化させることでも航行体の運動方向を制御することが可能となる。

【0028】

（第１実施例）
［自動浮上沈降型海洋ブイ９０の構造］
図7は、本発明の水中翼１０を備えた自動浮上沈降型海洋ブイ９０の運動を示す説明図である。自動浮上沈降型海洋ブイ９０は、ブイ内の水の量を調整する浮力調整装置を備え、浮力を調整して浮上と沈降を繰り返すことができるタイプである。自動浮上沈降型海洋ブイ９０は、円筒状の胴体の上部に本発明の２対の水中翼１０ａと１０ｃ、１０ｂと１０ｄ（図示省略）を備える。なお、水中翼１０ａ～１０ｄは、図１と図２とに示した水中翼と同様に抵抗板（図示省略）を有し、沈降時にはスリットが閉状態、浮上時にはスリットが開状態となる。

【0029】

［自動浮上沈降型海洋ブイ９０の運動］
自動浮上沈降型海洋ブイ９０の水中翼１０ａ～１０ｄは迎角を変化させることが可能であるが、本実施例では迎角は一定に保ち翼面の面積を変化させることでの運動を説明する。図７において自動浮上沈降型海洋ブイ９０は、海面１００から自動的に浮上と沈降（（ａ）～（ｅ））を繰り返している。（ａ）から（ｃ）への沈降時には水中翼１０ａ～１０ｄのスリットが閉状態であり、自動浮上沈降型海洋ブイ９０は沈降動線ＤＬ１にそって図７の左下方へ沈降する。

【0030】

次に（ｃ）から（ｅ）への浮上時には水中翼１０ａ～１０ｄのスリットが開状態であり、水中翼１０ａ～１０ｄの翼面の面積は減少している。結果的に沈降時よりも浮上時には水中翼１０ａ～１０ｄの揚力が減少しているため、自動浮上沈降型海洋ブイ９０の方向変化が緩やかになり、浮上動線ＵＬ１にそって沈降開始時とは異なった位置に浮上する。

【0031】

（第２実施例）
［自動定位置保持型海洋ブイ９２の構造］
図８は、本発明の水中翼１０を備えた自動定位置保持型海洋ブイ９２の運動を示す説明図である。自動定位置保持型海洋ブイ９２は、本体は海上に浮かんでいるが、海面下の波の影響を受けない領域に本発明の水中翼１０ｓ、１０ｔ、１０ｕ、１０ｖ（図示省略）を備える。水中翼１０ｓ、１０ｔ、１０ｕ、１０ｖは迎角と翼面の面積を変化させることができる。そして自動定位置保持型海洋ブイ９２は、波により生じる上下運動で、水中翼１０ｓ、１０ｔ、１０ｕ、１０ｖに生じる揚力を利用して海上を移動するものである。なお、水中翼１０ｓ～１０ｖは、図１と図２とに示した水中翼と同様に抵抗板（図示省略）を有し、沈降時にはスリットが閉状態、浮上時にはスリットが開状態となり、翼面の面積は浮上時に減少する構造となっている。

【0032】

［自動定位置保持型海洋ブイ９２の運動］
図８は、波の峰１０２と波の谷１０４と波の峰と谷の中間１０３における自動定位置保持型海洋ブイ９２の運動を示している。水中翼１０ｔ、１０ｖは一定の迎角に設定されていて、浮上時には上述のとおり翼面の面積が減少する構造になっている。波の高さによって自動定位置保持型海洋ブイ９２は上下に運動し、それに伴い水中の水中翼１０ｓ、１０ｔ、１０ｕ、１０ｖも上下に運動する。自動定位置保持型海洋ブイ９２は波の峰１０２から波の谷１０４へ浮上と沈降（（ａ）～（ｅ））を繰り返している。そしてその運動に伴い、水中翼１０ｓ、１０ｔ、１０ｕ、１０ｖも浮上と沈降を繰り返している。

【0033】

水中翼１０ｔ、１０ｖは、一定の迎角が設定されているため、（ａ）から（ｃ）への沈降時には自動定位置保持型海洋ブイ９２は図８の左下方へ沈降する。次に（ｃ）から（ｅ）への浮上時には水中翼１０ａ～１０ｄのスリットが開状態であり、水中翼１０ａ～１０ｄの翼面の面積は減少している。結果的に沈降時よりも浮上時には水中翼１０ａ～１０ｄの揚力が減少しているため、自動定位置保持型海洋ブイ９２の方向変化が緩やかになり、沈降開始時とは異なった位置に浮上する。

【0034】

自動定位置保持型海洋ブイ９２は、海流により滞留位置が変化した場合に水中翼１０ａ～１０ｄの迎角を制御して、波の上下動を利用して定位置に戻す機能を有する。そしてこの機能を用いて移動するためには、沈降時と浮上時において迎角を変えて揚力を変える必要があるが、波の上下動に合わせて即座に迎角を変えることは通常困難である。本発明によれば翼面の面積を変化させることで迎角を変えずに揚力を変えることができる。

【0035】

（その他の実施形態）
本発明に係る水中翼は、水中翼１０に限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。例えば、回転軸と直交する方向の断面が流線形の水中翼を、相対位置変化可能に上下に２分割して２層構造にし、それぞれにスリットを設けてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１０ 水中翼
１０ａ 水中翼
１０ｂ 水中翼
１０ｃ 水中翼
１０ｄ 水中翼
１０ｓ 水中翼
１０ｔ 水中翼
１０ｕ 水中翼
１０ｖ 水中翼
２０ 水中翼本体
２１ 第１板状体
２２ 第２板状体
２３ 第３板状体
３０ スリット
３１ａ スリット
３１ｂ スリット
３１ｃ スリット
３１ｄ スリット
３１ｅ スリット
３１ｆ スリット
３１ｇ スリット
３２ａ スリット
３２ｂ スリット
３２ｃ スリット
３２ｄ スリット
３２ｅ スリット
３２ｆ スリット
３２ｇ スリット
３３ａ スリット
３３ｂ スリット
３３ｃ スリット
３３ｄ スリット
３３ｅ スリット
３３ｆ スリット
３３ｇ スリット
４０ 抵抗板
５０ 箱体
６０ 回転軸
９０ 自動浮上沈降型海洋ブイ
９２ 自動定位置保持型海洋ブイ
１００ 海面
１０２ 波の峰
１０３ 波の峰と谷の中間
１０４ 波の谷
ＵＬ１ 浮上動線
ＤＬ１ 沈降動線

【要約】

【課題】翼面の面積を増減させることにより航行体の進行方向を制御できる水中翼を提供する。
【解決手段】本発明に係る水中翼は、航行体の運動を制御する水中翼であって、水中翼本体の翼面の面積を変化させることができる水中翼である。水中翼は、第１板状体と、第２板状体と、第３板状体とが３層に積層された構造を有している。第１板状体と第２板状体の周縁部は接続されて箱体を構成し、箱体の内側に第３板状体が、スリットの長さ方向と垂直な方向に移動可能に収容されている。回転軸は箱体に接続されている。そして、第３板状体の前方上側に抵抗板が２つ上に向くように設けられている。

【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】