図1：第二次世界大戦時の米海軍潜水艦の圧力計の写真。この装置は水銀圧力計を用いて静水圧と動水圧の差を測定します。

ピトメーター・ログ（ピット・ログとも呼ばれる）は、船舶の水面に対する速度を測定するための装置です。水上艦艇と潜水艦の両方で使用されます。ピトメーター・ログのデータは、通常、船舶の航行システムに直接送信されます。

歴史

船舶の水上速度を測定するために設計されたすべての航海計器は、ログ（log）として知られています。 [1] この命名法は、帆船時代に遡ります。当時、船員は船尾から一定間隔で結び目をつけたロープに丸太を取り付け、それを投げ捨てていました。船員たちは、一定時間内に手の間を何ノット（結び目）が通過したかを数えていました。今日でも、船員は船の速度を表すのにノットという単位を使用しています。GPSなどの現代の航海計器が登場する以前の時代では、推測航法を用いて船を航行するためには、船の速度が必要でした。

第二次世界大戦中、ピトメーターのログは軍艦の射撃管制システムに直接接続されることがよくありました。このインターフェースは、砲撃および魚雷の射撃管制システムが目標を自動的に追跡するために必要でした。

ピトメーターログは 1899年にエドワード・スミス・コールによって 特許[2]を取得しました。

テクノロジー

動作原理

図 2: 水銀マノメータベースのピトメータログの図。

ピトー管の基本技術は、航空機のピトー管と類似しています。通常、ピトー管は船体の竜骨付近を貫通する長い管を備えています。ピトー管の船体から突出している部分は、ピットソードまたはロッドメーターと呼ばれることがあります。この管には通常2つの開口部があります。1つは海水の動圧を測定するために海水の動きの方向に面しており、もう1つは海水の動圧を測定するために海水の動圧と90°の方向に面しており、静圧を測定するために使用されます。海水の動圧は、水深と船速の関数です。

ピトメーターログの初期の実現では、 圧力差を測定するために水銀マノメーター[3]が使用されていました（図1参照）。 [2]その後の実現では、ピトメーター内で均等圧力を発生させ、動圧を相殺する手法が採用されました。これにより、水銀マノメーターは不要になりました。 [4]

分析

ベルヌーイの定理を用いて、船体に衝突する水の速度は、動水圧と静水圧の差の関数として表すことができます。移動する海水を含む管内の水の全圧力は、式1で表されます。

どこ
  • p Totalは流体の合計圧力です。
  • p静的とは、厳密に深さに依存する静圧です。
  • p動的とは​​、流体の動きによって発生する流体圧力です。

水は非圧縮性流体であるため、全圧力の動圧成分は、式 2 に示すように、水の密度と水の速度で表すことができます。

どこ
  • v水は流体の流れの速度です。
  • ρは流体の密度です。

式2は、圧力計の2つの脚間の圧力差を用いて水の速度を求めるために解くことができます。式3は、速度が圧力差の平方根の関数であることを示しています。

ピトメーターによって計算される速度は圧力の測定値の差の関数であるため、船の速度が低く、2 つの圧力の測定値がほぼ同じである場合、ピトメーターは正確な結果を生成しません。

ピトメーターの代替品

ピトメーターログは現在非常に一般的に使用されていますが、他にも多くのログが使用されています。これらのログには以下が含まれます。

  • インペラーログ：この方法のバリエーションとして、パテントログと呼ばれるものがあります。これは船尾から曳航されます。パテントログには、曳航中のログの回転数をカウントする機械式レジスターが搭載されています。パテントログは1688年にイギリスの計器製作者ハンフリー・コールによって発明されました。パテントログはスクリューログまたはタフレールログとも呼ばれます。[5] [要出典]
  • プロペラ回転数：船舶の速度は、プロペラの回転速度にほぼ比例します。この方法は、プロペラが一定ピッチの場合に最も有効です。可変ピッチプロペラを搭載した船舶や、プロペラを持たない船舶（帆船など）ではあまり有効ではありません。この方法のバリエーションは、第二次世界大戦中に潜水艦で目標の速度を測定するために使用されました。ソナー操作員は、目標のプロペラの音を聞き、その回転速度、つまり「ブレード数」を測定しました。プロペラの回転速度がわかり、船舶の種類を視覚的に識別することで、目標の速度を推定することができました。
  • ドップラー速度ログ（DVL）：一部の船舶には、船の運動によって発生する音波が海底や水中の粒子に反射して生じるドップラーシフトを測定できるソナー機器が搭載されています。したがって、ドップラー機器による速度測定は、地面または水面を基準とすることができます。
  • 相関速度計（CVL）：CVLは音響送信機と複数の受信機で構成されています。これらの非常に高価な装置は、異なる時間に複数の受信機が受信した信号間の相関処理を行うことで、船舶の対地速度を測定します。この相関関係は、船舶の移動距離と関連付けることができます。[6] CVLは主に、ピトメーターでは正確な測定が難しい低速域での速度を非常に正確に測定する必要がある船舶で使用されます。

参考文献

  1. ^ 「海軍科学203：航海と海軍作戦I」ペンシルベニア州立大学海軍予備役将校訓練課程。2006年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2006年8月26日閲覧。
  2. ^ ab 「フォトピトメーター：水道本管の速度を測定するための機器」『American Artifacts: Scientific Medical & Mechanical Antiques』 。 2006年8月26日閲覧。
  3. ^ 「潜水艦水中ログシステム、NAVPERS 16168」海軍人事局訓練基準・カリキュラム部。2000年7月11日。 2006年8月26日閲覧。
  4. ^ 「Underwater Log Systems」USS Bowfin Submarine Museum & Park. 2002年. 2006年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年8月26日閲覧。
  5. ^ 「Arctic Corsair - Taffrail Log or Patent Log」2006年8月28日閲覧。 [リンク切れ]
  6. ^ 「コンピュータベースの音響モデルを用いた相関速度ログのシミュレーション」(PDF) 。 2006年9月23日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2006年8月26日閲覧。