水中グライダー
ラトガース・スローカムRU02水中グライダーが展開された

水中グライダーは、従来のプロペラやスラスターの代わりに可変浮力推進を採用した自律型水中機（AUV）の一種です。プロファイリングフロートと同様に可変浮力を利用しますが、上下にしか動かないフロートとは異なり、水中グライダーは水中翼（水中翼）を装備しており、水中を降下しながら前進滑空することができます。ある深度に達すると、グライダーは正浮力に切り替わり、再び上昇・前進し、このサイクルを繰り返します。

グライダーは従来のAUVほど高速ではありませんが、航続距離と航続時間が大幅に長く、海洋サンプル採取ミッションを数時間から数週間、数ヶ月、そして数千キロメートルにまで延長できます。[ 1 ]グライダーが描く鋸歯状の上下運動は、動力付きAUVでは得られない、また従来の船上技術でははるかにコストがかかる時間的および空間的なスケールのデータを提供します。海軍や海洋研究機関では、様々なグライダー設計が使用されており、グライダーの価格は一般的に約10万ドルです。[ 2 ]

歴史

ワシントン大学の シーグライダーが展開準備中
ダイビングの合間に水面に浮かぶシーグライダー

水中グライダーの概念は、1960年代初頭にコンセプト・ウィスパーと呼ばれる試作型遊泳者輸送機によって初めて検討されました。 [ 3 ]鋸歯状の滑空パターン、ステルス性、そして遊泳者自身で駆動する浮力エンジンのアイデアは、ユアン・ファロンが1960年に提出したハイドログライダー特許に記載されています。 [ 4 ] 1992年、東京大学は、浮力制御機能がなく、滑空サイクルが1回のみのドロップウェイトグライダーであるALBACの試験を実施しました。DARPA SBIRプログラムは、1988年に温度勾配グライダーの提案を受け取りました。DARPAは当時、 ソ連で同様の研究プロジェクトが進行中であることを認識していました。[ 5 ] このアイデア、すなわち熱交換器で駆動する浮力エンジンを搭載したグライダーは、ヘンリー・ストンメルが1989年に海洋学界に発表した論文で、研究技術者のダグ・ウェッブと共同開発したスローカムと呼ばれるグライダーのコンセプトを提案した際に紹介された。彼らは、ヨットで世界初の単独世界一周航海を成し遂げたジョシュア・スローカムにちなんで、このグライダーに名前を付けた。彼らは、深海水と表層水（ほぼ大気圧）との間の2～4℃（3.6～7.2°F）の温度勾配からエネルギーを利用して地球を一周する航続距離を実現することを提案した。この航続距離の制限は、通信、センサー、航法コンピューター用の搭載バッテリー電源のみであった。[ 3 ]

2003年までに、ダグ・ウェッブが設立したウェッブ・リサーチ社によって実用的な熱動力グライダー（Slocum Thermal ）が実証されただけでなく、同社と他の研究機関は、従来の調査用AUVをはるかに上回る、印象的な持続時間と効率を備えたバッテリー駆動のグライダーを導入しました。 [ 6 ]これらの車両はそれ以来、広く配備されています。ワシントン大学シーグライダー、スクリップス海洋研究所スプレー、テレダイン・ウェッブ・リサーチのスローカム車両は、大西洋横断航海の完了[ 7 ]や、海洋変数の持続的な複数車両共同監視の実施などの偉業を成し遂げました。 2011年には、フランスの研究機関と企業のコラボレーションにより、最初の無翼グライダーであるシーエクスプローラーがリリースされました。 [ 8 ]

2020年、NOAAは「ハリケーングライダー」を使用してメキシコ湾流周辺の水温を監視し、暖かい水がハリケーンや嵐にどのように影響するかをより深く理解しようとしました。[ 9 ]

機能説明

アメリカ海洋大気庁の職員がスローカムグライダーを発進させる。

グライダーは通常、温度、導電率（塩分濃度を計算するため）、海流、クロロフィル蛍光、光後方散乱、海底深度などを計測し、時には音響後方散乱や周囲の音も計測します。グライダーは、定期的な水面上のGPS位置測定、圧力センサー、傾斜センサー、磁気コンパスを利用して航行します。機体のピッチは可動式の内部バラスト（通常はバッテリー パック）で制御可能で、操舵は舵（Slocumなど）または内部バラストを動かしてロールを制御する（ SeaExplorer、Spray、Seagliderなど）ことで行います。浮力は、ピストンを使用してコンパートメントを海水で満たしたり排出したり（Slocum）、または外部ブラダーに油を出し入れすることで（SeaExplorer、Seaglider、Spray、Slocum Thermal）調整します。浮力調整は比較的小さいため、グライダーのバラストは通常​​、ミッション開始前に調整され、展開される水面の密度に近い全体的な機体密度を達成する必要があります。コマンドとデータは、グライダーと陸上の間で衛星によって中継されます。[ 3 ]

グライダーの耐圧は機種によって異なります。スローカムモデルは200メートル（656フィート）または1,000メートル（3,281フィート）の深度まで潜航可能です。スプレーは1,500メートル（4,921フィート）、シーグライダーは1,000メートル（3,281フィート）、シーエクスプローラーは700メートル（2,297フィート）、スローカムサーマルは1,200メートル（3,937フィート）まで潜航可能です。2010年8月には、シーグライダーの派生型であるディープグライダーが6,000メートル（19,685フィート）の潜航深度に繰り返し到達しました。2016年には、中国のグライダーが同様の深度に到達しました。[ 10 ]

リベルダーデ級飛行隊

2004年、アメリカ海軍海軍研究局は、世界最大のグライダー、リベルダーデ級全翼グライダーの開発を開始しました。このグライダーは、流体力学的効率を高めるために、一体型翼胴船型を採用しています。当初は、沿岸海域でディーゼル電気推進潜水艦を静かに追跡し、最大6ヶ月間その場に留まることを想定して設計されました。2012年には、ZRayと呼ばれる新型モデルが開発され、長期間にわたり海洋哺乳類を追跡・識別できるようになりました。[ 11 ]このグライダーは、水上における推進力に加え、微調整可能な姿勢制御にもウォータージェットを使用しています。[ 11 ] [ 12 ]

ペイロード

グライダーは海洋観測機器を搭載するために設計されました。当初は、シンプルな導電率、温度、深度センサーが搭載されていました。[ 13 ] [ 14 ]グライダーは浮力エンジンによって推進されるため、可動部品は時折しか作動せず、機械的な振動や騒音は最小限に抑えられます。そのため、微細構造プローブ[ 15 ]や音響センサーなどの高感度機器を搭載するのに最適な乗り物となっています。

既存の海洋センサーの多くは、グライダーに搭載できるように改造されたり、グライダー専用に設計されたりしている。これには以下のものが含まれる[ 16 ]。

グライダーに搭載できるセンサーの数は、船体内にセンサー設置スペースがどれだけあるかによって決まります。スローカムグライダーは船体モジュールを装備しており、拡張することで新しいセンサーを追加できます。一方、他のタイプのグライダーは、機器を設置できるのは初期表面積のみです。データ取得上の理由から、機器は特別な配置が必要となる場合があります。例えば、水面からの光の透過を捉えるために機体上部に、微細構造探査のために機体が水流に影響を与える領域外の機体最前部に搭載するなどです。センサーの数は、動作に必要な電力によって制限される場合もあります。

参照

参考文献

  1. ^ 「シーグライダー：自律型水中車両」ワシントン大学応用物理学研究所。 2020年4月24日閲覧。
  2. ^米国特許7987674、Jack A. Jones、Yi Chao、Thomas I. Valdez、「相変化材料熱発電装置」、2011年8月2日発行 
  3. ^ a b c Jenkins, Scott A.; Humphreys, Douglas E; Sherman, Jeff; Osse, Jim; Jones, Clayton; Leonard, Naomi (2003年5月6日) 「水中グライダーシステムの研究」、Scripps Institution of Oceanography、Report No. 53 、 2012年5月26日閲覧。
  4. ^米国特許3204596、Ewan S. Fallon、「Hydroglider」、1965年9月7日発行 
  5. ^ 「Perpetual Autonomus Survey Submersible」トニー・ビグラス2009年7月3日閲覧。
  6. ^ 「自律浮力駆動型水中グライダー」（PDF）。
  7. ^ 「ラトガース大学の海中グライダーが大西洋を横断」 。 2013年1月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年12月16日閲覧。
  8. ^クラウストル、エルヴェ、ベゲリー、パトリス・プラ（2014年3月）「シーエクスプローラー・グライダーが2つの世界記録を更新」『シーテクノロジー』55 (3): 19-22。
  9. ^ 「NOAA：50年間の科学、サービス、そして管理」 Issuu 、 2020年10月3日、pp.  84– 85。2021年7月6日閲覧。
  10. ^陳、スティーブン（2016年9月1日）「人民解放軍海軍、中国の深海水中グライダーに注目。テスト成功で米艦艇に匹敵」サウスチャイナ・モーニング・ポスト。 2017年5月16日閲覧。
  11. ^ a b D'Spain, Gerald L. 「XRay/ZRay Flying Wing Gliders」スクリップス海洋研究所( FTP ) . 2012年5月25日閲覧。（ドキュメントを表示するには、ヘルプ:FTPを参照してください）
  12. ^ Liberdade XRay Advanced Underwater Glider、Office of Naval Research、2006年4月19日、2013年4月19日時点のオリジナルよりアーカイブ、 2012年5月25日閲覧。
  13. ^ Webb, DC; Simonetti, PJ; Jones, CP (2001). 「SLOCUM：環境エネルギーで推進する水中グライダー」 . IEEE Journal of Oceanic Engineering . 26 (4): 447– 452. Bibcode : 2001IJOE...26..447W . doi : 10.1109/48.972077 . ISSN 0364-9059 . 
  14. ^ Sherman, J.; Davis, RE; Owens, WB; Valdes, J. (2001). 「自律型水中グライダー「Spray」」. IEEE Journal of Oceanic Engineering .26 ( 4): 437– 446. Bibcode : 2001IJOE...26..437S . doi : 10.1109/48.972076 . ISSN  0364-9059 .
  15. ^ Wolk, F.; Lueck, RG; St. Laurent, L. (2009年10月). 「グライダーからの乱流測定」 . Oceans 2009. IEEE: 1–6 . doi : 10.23919/oceans.2009.5422413 . ISBN 978-1-4244-4960-6. S2CID  37954022 .
  16. ^ 「Slocum G3 グライダー - 自律型水中車両、長時間の耐久性、実証されたパフォーマンス」 ( PDF) www.teledynemarine.com。
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