浮力エンジン
浮力エンジンの仕組み図

浮力エンジンは、水中プロファイリングフロートやステルスブイのように車両や物体の浮力を変化させ、垂直方向に移動させる装置です。また、水中グライダーや一部の自律航空機のように前進運動（可変浮力推進）を行う装置です。[ 1 ] [ 2 ]

水中用途の浮力エンジンは、通常、油圧ポンプを備えており、油圧液で満たされた外部ブラダーを膨張・収縮させるか、剛性プランジャーを伸縮させます。車両全体の容積の変化によって浮力が変化し、必要に応じて浮上または沈降します。[ 1 ]油圧液の代わりに水の電気分解によって得られるガスを使用する代替システムも提案されており、 [ 2 ]周囲の水を圧力容器に出し入れするシステムも提案されています。[ 3 ]

操作

浮力エンジンは、水中監視と地図作成の研究に使用される技術です。浮力エンジンは、装置の浮力を変化させることで、車両を正または負の浮力にし、水柱を浮いたり沈んだりします。これを行う1つの方法は、硬質圧力殻内に貯蔵された油を使用して、硬質圧力殻の外側にある油袋を膨張させたり収縮させたりすることです。これにより、エンジンが搭載されている船舶の密度が変化します。[ 4 ]その結果、水中グライダーなどの自律型水中車両は、外部からの入力なしに浮力を繰り返し調整できます。これにより、グライダーは水上船舶から独立して、より長時間稼働し続けることができ、水中グライダーは海底地図作成のためのより実用的なツールとなります

水中グライダーは航空機グライダーと似た仕組みで、一組の翼の上を流れる水の流れを利用して揚力を発生させます。[ 5 ]発生する揚力の方向によって前進運動が誘発され、負浮力の場合は下降、正浮力の場合は上昇します。水中グライダー内の重量配分は、重心を翼の前縁またはその直前に置くことでこれを助けます。これにより、効率的で滑らかな滑空斜面が実現します。浮力エンジンは、機体が動作範囲の上限と下限の深度に達したときに滑空を誘発する垂直方向の力を反転させることで、水中グライダーが長時間滑空を継続できるようにします。浮力エンジンがない場合、水中グライダーは一度使用した後、回収できるように水面に浮かぶパッケージを展開するか、同じ効果でバラストを投下することができます。浮力エンジンを追加することで、水中グライダーはより長く稼働でき、再利用できるため、より実用的なツールになります。[ 4 ]

水中グライダーは、航空機グライダーと同様に、前進するにつれて高度を失います。[ 5 ]  水中グライダーの場合は、深度が増します。最終的には、どのグライダーも地面に接触します。滑空航空機の場合、着陸することが想定されており、着陸したら再利用できるため、これは大きな問題にはなりません。これは、水中グライダーには当てはまりません。水中グライダーは海底に着陸した場合、実質的に失われます。浮力エンジンによりグライダーは密度を変えることができるため、2方向に滑空できます。航空機のように下降することも、周囲の水よりも密度が小さくなれば上昇することもできます。このように、浮力エンジンが作動していて電力が利用できる限り、水中グライダーは動作し続けることができます。

浮力エンジンの実際の動作は、チューブ、バルブ、センサーからなる複雑なシステムによって行われます。 [ 6 ]  浮力エンジンを搭載したグライダーが展開されると、グライダーは密度を増加させ、ミッションを開始するのに適切な深度まで沈みます。その深度に到達すると、グライダーはミッションを開始し、浮力エンジンが滑空に効率的な値に密度を調整します。所定の深度に達すると、浮力エンジンは密度を減少させ、グライダーは水面に向かって滑空します。このようにして、水中グライダーは2つの設定深度の間で動作し続けます。[ 6 ]この目的で浮力を変更するために使用されるメカニズムは、多くの場合、可変浮力圧力容器です。[ 7 ]

応用

浮力エンジンを水中グライダーと組み合わせることで、科学者やその他の個人、組織は海底を調査するためのハードウェアにアクセスできるようになります。例えば、浮力エンジンは水中グライダーに使用され、そのような船舶の機能を拡張するため、より効果的に海底の地図を作成できるようになります。浮力エンジンの使用には他の効果もあります。水中の石油貯蔵庫の検出を改善するために使用できる可能性があります。[ 8 ]さらに、浮力エンジンの使用により水中グライダーの運用範囲が拡大するため、海底をより広い範囲で地図化することができ、既存の技術よりも効率的です。また、浮力エンジンは環境に有害な物質を排出しないため、環境的に安全な技術です。[ 9 ]

このほか、海上で発生した災害の調査にも応用できます。浮力エンジンによってマッピング能力が向上するため、航空機や旅客船の残骸の捜索は、より多くのユニットでより経済的に実施でき、より早く発見し、より効率的に証拠を収集できます。海洋マッピングや水中監視は、他の方法では入手できない資源を明らかにできるため重要です。[ 8 ]

参考文献

  1. ^ a b小林太陽、浅川健一、猪野哲郎 (2010).深海観測自律走行車用新型浮力エンジン．第20回（2010年）国際海洋極地工学会議議事録． 2019年5月22日閲覧．
  2. ^ a b Cameron, Colin G. (2005年10月). 「WET浮力エンジン」(PDF) .カナダ国防研究開発局. p. 1. 2022年9月16日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2019年5月22日閲覧。
  3. ^ Worall, Mark; Jamieson, AJ; Holford, A.; Neilson, RD; Player, Michael; Bagley, Phil (2007年7月).深海探査機用可変浮力システム. OCEANS 2007 - Europe. doi : 10.1109/OCEANSE.2007.4302317 – ResearchGate経由.
  4. ^ a b「プロジェクト」 . web.mit.edu . 2020年4月11日閲覧。
  5. ^ a b「グライダー」 NASA 2015年 2020年4月11日閲覧。
  6. ^ a b浅川健一;渡 健介;大内英俊中村雅彦；百留忠弘；石原 泰久 (2016-01-02)。 「水中グライダー用に開発された浮力エンジン」。高度なロボット工学。30 (1): 41–49 .土井: 10.1080/01691864.2015.1102647。ISSN 0169-1864。S2CID 12128512。  
  7. ^ Ranganathan, Thiyagarajan; Thondiyath, Asokan.選択的水中展開のためのカスケード型可変浮力システムの設計と解析(PDF) . 第13回国際制御・自動化・ロボティクス情報科学会議 (ICINCO 2016) 議事録. 第2巻. SCITEPRESS – Science and Technology Publications, Lda. pp.  319– 326. doi : 10.5220/0005979903190326 . ISBN 978-989-758-198-4。
  8. ^ a b「Towntimes20170331」 Issuu 2017年3月31日 2020年4月11日閲覧
  9. ^国際地中海海事協会、国際会議、エンリコ・リッツート、C・ゲデス・ソアレス編 (2012). 「持続可能な海上輸送と海洋資源の開発：国際地中海海事協会（IMAM）第14回国際会議議事録」、イタリア・ジェノバ、13-16日、2011年。ボカラトン：CRCプレス。ISBN 978-0-415-62081-9 OCLC  769628643
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