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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場合のように車両や物体の浮力を変化させて垂直方向に移動させる装置、または水中グライダーや一部の自律航空機のように前進運動（したがって可変浮力推進力を提供）を提供する装置である。[1] [2]
水中用途の浮力エンジンには通常、油圧ポンプが使用され、油圧液で満たされた外部ブラダーを膨張または収縮させるか、剛性プランジャーを伸縮させます。車両の総容積の変化によって浮力が変わり、必要に応じて浮上または沈下します。[1]油圧液の代わりに水の電気分解で得られた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あります。[3]
手術
浮力エンジンは、水中監視およびマッピングの研究に使用される技術です。浮力エンジンは、デバイスの浮力を変更して車両を正または負の浮力にすることで機能し、水柱に浮かんだり沈んだりします。これを行う1つの方法は、剛性圧力船体の内部に貯蔵されたオイルを使用して、剛性圧力船体の外側のオイルブラダーを膨張および収縮させることです。これにより、エンジンが搭載されている船の密度が変わります。[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から独立してより長い時間動作し続けることができ、水中グライダーは海底のマッピングのためのより実行可能なツールになります。
水中グライダーは、航空機グライダーと同様に、翼断面上の水の流れを利用して揚力を発生させる。[5]発生した揚力の方向によって前進運動が誘発され、負の浮力の場合は下降し、正の浮力の場合は上昇する。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に貢献している。これにより、効率的で滑らかな滑空傾斜が促進される。浮力エンジンにより、水中グライダーは、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逆転させることで、この滑空プロセスを長時間継続することができる。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る。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、再利用も可能となり、より実用的なツールとなる。[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、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、これはあまり問題になりません。これは水中グライダーには当てはまりません。水中グライダーが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更できるため、グライダーは2方向に滑空できます。航空機のように下方に滑空することも、周囲の水よりも密度が小さくなれば上方に滑空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、センサーの複雑なシステムを通じて行われます。[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て、ミッションを開始するのに適切な深さまで沈みます。その深さに到達すると、グライダーはミッションを開始し、浮力エンジンは滑空に効率的な値に密度を調整します。所定の深さに達すると、浮力エンジンは密度を下げ、これにより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つの事前設定された深さ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
浮力エンジンは、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や組織が海洋深度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。たとえば、浮力エンジンは水中グライダーで使用され、そのような船の機能を拡張するため、より効果的に海底をマッピングすることができます。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広がるため、海底をより広いセクションでマッピングすることができ、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放出しないため、環境に安全な技術です。[9]
これに続く応用としては、海上で起こる災害の調査などがある。浮力エンジンによってマッピング能力が強化されたため、航空機や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行でき、残骸をより早く発見し、証拠をより効率的に収集できる。海洋マッピングと水中監視は、他の方法では入手できないリソースを明らかにできるため重要である。[8]
参考文献
- ^ ab 小林太陽、浅川健一、井野哲郎 (2010)。深海を観測する自律走行車のための新しい浮力エンジン。第20回（2010年）国際海洋極地工学会議の議事録。 2019年5月22日閲覧。
- ^ ab Cameron, Colin G. (2005年10月). 「WET浮力エンジン」(PDF) .国防研究開発カナダ. 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。
- ^ Worall, Mark; Jamieson, AJ; Holford, A.; Neilson, RD; Player, Michael; Bagley, Phil (2007 年 7 月)。深海車両用の可変浮力システム。OCEANS 2007 - ヨーロッパ。doi : 10.1109 /OCEANSE.2007.4302317 – Researchgate 経由。
- ^ ab “Projects”. web.mit.edu . 2020年4月11日閲覧。
- ^ ab 「グライダー」NASA 2015年2020年4月11日閲覧。
- ^ ab 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。
- ^ Ranganathan, Thiyagarajan; Thondiyath, Asokan. 選択的水中展開のためのカスケード可変浮力システムの設計と分析(PDF) 。第 13 回制御、自動化、ロボティクスにおける情報科学国際会議( ICINCO 2016) の議事録。第 2 巻。SCITEPRESS – 科学技術出版、Lda。pp. 319–326。doi :10.5220/0005979903190326。ISBN 978-989-758-198-4。
- ^ ab "Towntimes20170331". Issuu . 2020年4月11日閲覧。
- ^ 地中海国際海事協会、国際会議、リッツート、エンリコ、ソアレス、C. ゲデス編 (2012)。持続可能な海上輸送と海洋資源の開発：地中海国際海事協会 (IMAM) 第 14 回国際会議議事録、イタリア、ジェノバ、13-16、2011 年。ボカラトン：CRC プレス。ISBN 978-0-415-62081-9. OCLC 769628643.