■新サブマリン707教室

西村屋トップメニュー>小澤さとるのUndersea Would>新サブマリン707教室気楽にメッセ−ジ・ボードへ検索エンジン
 
2005年1月3日更新

■潜水艦の船型及び操縦性能
 ●「涙滴型」(ティア・ドロップ)と「葉巻型」と「鯨型
 海中に潜った物体の抵抗は、摩擦抵抗と渦抵抗がある。摩擦抵抗を小さくするには最も表面積の最も小さい球がよいが、それでは渦抵抗が大きくなってしまう。摩擦抵抗+渦抵抗の最も少ない形状を「涙滴型」という。
 それまで水上船と同様の形状の可潜艦(Submersible)に過ぎなかったが、米実験潜水艦アルバコアで初めて涙滴型が採用された。その後、原潜スキップ・ジャック級、日本のうずしお級、ゆうしお級、はるしお級が涙滴型である。

 ちなみに、「涙の粒の形」というロマンチックな名前だが、実際の落下中の水滴は、丸くなろうとする表面張力と空気抵抗がバランスして、「ぶたまん」のように底面が平ら又は凹状になった扁平型になっている。蛇口から水滴がまさに切れて垂れ落ちる瞬間のみ、涙滴型になるのかもしれない。

 円筒形の部分が長い船形を「葉巻型」といい、船内スペースを取りやすく、建造コストも安そうだ。ジョージ・ワシントン級はスキップ・ジャック級に円筒部分を挿入したもの。米原潜では、スキップ・ジャック級のような理想的な涙滴型から、スレッシャー級へと意外に早く葉巻型に移行している。日本では最新のおやしお型で初めて葉巻型になった。
 洋上で十分な乾舷を確保することを狙った船形を、まれに「鯨型」ということもある。船首がまっこう鯨みたいな形。英国の原潜にこのタイプが多い。

 こうして見ると、707二世のような先の尖った葉巻型に水上船形が複合した船型は現実には存在したことがない。フィクションでは、青の6号一世(復刻版上巻p.15)と、サイボーグ009のブラック・ゴーストの潜水艦と、「ふしぎの海のナディア」の「ノーチラス号」がある。

 ●「セイル
 潜水艦の潜望鏡やレーダーなどを収容し、また浮上中の見張り場所にもなる上部構造物で、帆(セイル)に似ているので「セイル」と名付けられている。基本的に、潜水艦は潜航しやすいように乾舷が低く、少しでも海が荒れると、デッキ上のハッチは開放できず、セイル上で見張りなどが行われる。
 セイルは、いわば潜水艦の顔。707のブルー・シャーク(246)や、ブラック・ジャック(復刻版5巻p.6)や青の6号一世の2段式セイルはなかなかかっこいい。アジのタタキ編に搭乗する<ガーフィッシュ>は怪物顔のセイルがユニーク(復刻版6巻p.351)。

 ●「セイル・プレーン」と「バウ・プレーン
 セイル(船橋)に付いた潜舵を「セイル・プレーン」(昔は「セイル・フィン」と言った気がするが)という。もともと、艦首に潜舵(バウ・プレーン)が付いている方が運動性能上は有利だが、船首のパッシブソナーに対する雑音を減らすため、米潜水艦でセイル・プレーンが使われるようになったもの。
 英国の原潜はバウ・プレーンを続けている。ロシアの潜水艦がセイル・プレーンを使わないのは、氷海での浮上にジャマにならないようにという理由もあるものと思われる。
 米原潜でも、最近では船側部にもパッシブ・ソナーが配置されるようになってから、バウ・プレーンに移行している。
 新707二世改でも、なぜだかセイル・プレーンが艦首に移され、北極海での活躍が期待できるかも(復刻版下巻p,243,305)。
 コーバック号はセイル・プレーンがあったりなかったり。どうやら、ないのが正式らしい。バウ・プレーンもないのに大丈夫だろうか? コーバック号は船底部の膨らみの周りから海水を取り入れ、船尾から放出するポンプジェット。これではほとんど後進力は期待できないので、4枚の巨大なX型尾翼とその先の補助推進器(これもプロペラがあったりなかったり)によって高度な運動能力を確保しているのであろう。このため、氷海浮上に邪魔なセイル・プレーンが廃止されたのだと思われる(復刻版上巻p.14,172,229,280)。


がる〜さん作。要"Flash Player 6"(無料ダウンロード))
 ●「X舵」と「十字舵
 方向舵と水平舵の組み合わせを「十字舵」とすると、それを45度傾けたものを「X舵」という。
 X舵とはどのように舵を切るのかややこしそうに思うが簡単。右に旋回する時には舵を4枚とも左に切る。頭を上げるときには舵を4枚とも上に切る。4枚がバラバラに動くわけではなく、対角線側の舵同士が同方向に動く点では十字舵と同じ。
 小型艦の方から徐々にこのX舵が増えている。X舵の利点は何かというと;

・翼面積同じ、バンクなしで旋回すると考えると、十字舵では上下の縦舵2枚で舵を切る。X舵では4枚全部を使うから2倍。ただし45度傾いてるから迎え角でcos(45度)減少(1/ルート2)、揚力の水平方向成分もcos(45度)減少。結局、総合的には{(1/ルート2)^2×2=1(「^2」は2乗のこと)だから、十字舵と同じはず。

・ところが、潜水艦は水中では内側にバンクする。バンク角=B度で旋回する場合を考えると、十字舵の場合、上下の方向舵しか使わないから流入角がcos(B度)で減少、揚力の水平成分もcos(B度)で減少。つまりcos(B度)^2で旋回力が減る。
 一方、X舵だど傾きが立つ方の2枚ではcos(45度-B度)^2で増加、傾きが平らになる方の2枚はcos(45度+B度)^2で減少。合計ではcos(45度-B度)^2+cos(45度+B度)^2
={cos(45度)cos(B度)+sin(45度)sin(B度)}^2+{cos(45度)cos(B度)-sin(45度)sin(B度)}^2(加減定理)
=cos(B度)^2+sin(B度)^2=1(ピタゴラスの定理)
 つまり、バンクしても旋回力(の水平成分)は減らず、十字舵よりも操縦性がよい。

・舵が1〜2枚損傷した場合、2枚づつ使って舵を切る十字舵では操縦不能になりやすいが、4枚全部使って舵を切るX舵では残りの2〜3枚でなんとか操縦できる可能性が高くなる。

・旋回時に尾翼で騒音が出るかどうか分からないが、出るとすれば2枚で舵を切るより4枚で舵を切った方が1枚当たりの負荷が少なくなって騒音が減るだろう。

・浮上中、十字舵だと上側の方向舵が海面上に出て効きが悪くなりそうだが、X舵の場合、海中に没している割合が多いので、浮上中でも操縦性の低下が少なそうだ。

・相手からアクティブ・ソーナーを受けた場合、X舵の方が反射を上下に反らせるかも。

・接岸・着底時に舵を岸壁や海底に当てないよう寸法制限する場合、十字舵よりX舵の方が、舵寸法を大きくできて、操縦性が向上する。

(問題点)
・十字舵の場合、プレーンズマンがセールプレーンと垂直舵を、ヘルムズマンが水平舵を担当している。X舵の場合、おそらく一人で舵を操作するように分担もシステムも変更する必要がある。

・曳航ソナーを繰り出す機構と舵との配置上の問題はよく分からず。

・高速航行時のセイルから出るカルマン渦と舵との干渉については分からず。

 ●氷海浮上性能
 米スタージョン級は夏期の北極海の海氷を割って浮上する能力がある。セイルが補強されており、また、セイル・プレーンが90度垂直にすることができる。この能力を使って、北極海の科学研究、SCICEX計画が1993〜1999年に実施された。
 機密保持の関係から、退役前年に7人の科学者を乗せて実施。一隻ずつ退役していって、最後のスタージョン級が退役した時点でこの科学計画は終了。
 全米科学財団(NSF)で科学調査の継続のため、最後のスタージョン級の延命工事、科学研究用原潜の新造などの費用対効果スタディーが行われたが、話は立ち消え。原子力潜水調査艦NR-1の後継艦(NR-2)のスタディーでも氷海下調査ミッションが議論されているが、どうなったのだろうか。
 その後、ロサンジェルス級の後期の艦はセイル・プレーンが艦首に移されたが、果たして氷海浮上性能が付与されたのかどうか、SCICEX計画が再開された話は聞かない。

 もともと氷海での行動が前提となっているロシアの潜水艦のほとんどは、セイル・フィンがない。

 ●海洋基地New
 海洋SFではモンスター、スーパー・サブマリン、ムー/アトランティスに次いで重要なアイテムなのが、海洋基地。
 「アビス」、「ソリトンの悪魔」では海底設置型石油掘削リグ。「青の6号」では潜水艦基地を兼ねた青の本局<青のドーム>(復刻版上巻p.12-13)が海山上に設置されている。海底洞窟を利用したものとして707のU結社の海底基地(復刻版1巻p.238-239)
 海中浮遊基地では<ストリームベース>(同p.99)、<ビッグ・マックス>。洋上基地では、映画「ディープ・ブルー」の海洋生物研究所<アクアティア>がある。

 現実のものとしては、地球深部探査船「ちきゅう」はマントル到達に丸2年は1定点に留まる必要があるので、実質的に海上基地といえる。
 海底基地で現存するものとしては、米国の海中実験室アクエリアス(AQUARIUS)がある。

(続く)


西村屋トップメニュー>小澤さとるのUndersea Would>新サブマリン707教室気楽にメッセ−ジ・ボードへ検索エンジン西村屋