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静音性重視のリニア潜水艦 - (2010/05/19 (水) 13:51:22) のソース

**静音性重視のリニア潜水艦

－分類　惑星内文明レベル Or 恒星間文明の辺境レベル


-設定0　磁力推進潜水艦。


海中で磁場を発すると、フレミングの左手の法則に従い力発生しその方向に海水が押し出される。

この原理を応用したエンジンを超伝導電磁エンジンと呼ぶ。
エンジンに海水を取り込み磁力でこれを加速し、後方より勢いよく噴射することで、推力を得る。



この原理を発展させた潜水艦。 


見た目は一般の潜水艦と変わりがない、ただしスクリューは付いていない。
船体全体が磁力発生を行える薄いシートで覆われており、艦全体に薄い磁力の膜をはることができる。 
磁力の力で艦回りの海水を制御し、驚くほどスムーズに海中を進む。





***潜水艦の利点 
-磁力システムで、船体周りの海流を制御、乱流や海水による抵抗や粘性を軽減する。
-磁力を上手に調節することで艦の推進・機動制御システムとする
-磁力システムで艦回りの海流を操作することで、船体から発する音を吸収しソノブイレーダーを撹乱できる。



***潜水艦の欠点 
-当然ではあるが磁力システムは海水中でしか使えず、河や河口付近では推進装置が役立たずとなる。 
-また、システム稼働中船体に圧力がかかるため、潜航可能な深度は浅くなる。 
-磁力を発すればレーダーに良く映る。そのため、磁力を吸収しない海をもつ星でのステルスは期待できなくなる。




初期試作機では磁力で海水をこぐという感じだったが、後期試作機では海水を切り裂くように進みそこそこの速力を誇った。
数メートルから数十メートルまでの小型機に装備され、海中哨戒などに使われることが多い。



海の成分が違う異星ではレーダーが海中で吸収されたり、非常に効率的に推進できたりすることもおおく、この潜水艦が役に立つ星もおおい。



-派生兵器
この原理の派生兵器として、磁力発生ダミー装置が存在する。 
中型の装置を潜水艦より射出。
射出された兵器は磁力を発生して巨大な乱流を作り出し、そこに巨大な物体があるように錯覚させたり、敵のソノブイやレーダーを邪魔する。 

























－追加設定1
潜水艦で使用される前に船舶でも使用されている。

磁力推進系を船舶の底面のみにつけたバージョンとなる。
底面を波打たせて表面に水流を作り、その谷間に入った海水を磁力推進装置で加速させる。








超電導電磁推進装置はおもちゃにもなっている。
-未来のおもちゃ
西暦2×××の未来のラジコン。
制御コンピュータ、超伝導電磁推進発生シール、リモコン、カメラ、配線がワンセットになっている。


そこらにある適当な耐水性のものに、切り貼りした超伝導電磁発生シール(シールにはバッテリーこみ)とカメラと制御コンピュータををしっかりと張り付け、最後にこれらを配線する。

これがラジコンのもととなる。


これをお店などに持ち込み3次元計測装置でその形状や重心バランスやシールの張り付け位置を計測。
計測装置内部で姿勢制御プログラムが自動で作成され、制御コンピュータにダウンロードされる。



最後にリモコンを制御コンピュータに登録する。
これだけでラジコンの完成となる。
水中で使える超電導電磁船ラジコンが出来上がる。
カメラは魚眼レンズとなっており、ラジコンのリモコンで操作できる。

このラジコンは、超電磁シールドで海水を加速して推進力を得、自由な動きが可能になる。

イルカのような動きから海中探索、レースまで幅広い遊びが可能になる。
ただし、シールはしっかり固着、シールを張る代物は頑丈な剛体をつなげたものでなくてはいけない。
莫大な計算が必要だが光子コンピュータが実用化したからこその贅沢なおもちゃとなっている。
だが水中というのが地味なのか人気がなくあまり売れてない。
自分で泳ぐ方が楽しいというのが最大のライバル。





-制御プログラム
ラジコンの制御プログラムであるが、仮想的なニューロネットに体(持ち込まれたラジコン)を与え、仮想的な環境下で訓練させて覚えさせる。
学習を効率化するため、体の形にあった初期ニューロンパターンが複数用意され、これらのうち一番適合率が高いと思われるものが選ばれ、体を使いこなせるように訓練される。

この制御プログラムの作製法は生物の進化と脳の関係に似ている。
生物は進化する。
その時、体の形を変わってしまうが、どんな体になってしまうかわからない。
どんな体が与えられても、脳はその制御方法を学習しなくてはいけない。

未来のラジコンの制御プログラムも、どんなラジコンボディが持ち込まれても制御できなくてはいけない。
同じ発想なのである。










-追加設定2
21世紀中ごろ。
プロペラ機に対するジェット機があるように、磁力推進船にも高度な海水圧縮理論が得られた。

長く伸びた管と海水中からの電動物質の高効率な分離が超電磁電動推進系の効率化を生み出す。

21世紀初頭の技術力ではスピードの出なかった超電磁電動推進船が、この圧縮理論の元では可能になっている。
常温超伝導の地道な進展と、この理論が出会った時海上輸送の革命がおこった。


この追加設定１と２は2009/7/21に堀江伸一が追加。








*SF的　超伝導電磁推進装置の理屈
2009/8/1記述　最初の着想日は2009/7/25日ごろ。

未来の超伝導電磁推進船のシステムについて解説する。
図については後ろの方に配置した。


エンジン部分は非常にシンプルである。

中心に円筒型の磁力発生装置、これの側面を囲むようにらせん状にパイプが何層にも巻かれている。 
パイプは6本か12本存在する。 
床屋のポールみたいなものでそれが何層にも連なっていると想像してほしい。 
船底より海水が取り込まれ、パイプに送り込まれる。
おくりこまれた海水は中央の磁力装置で何重にも加速され、最後に合流して推進力として吐き出される。 
非常にシンプルな構造である。 
パイプは服の重ね着のように何重にも巻かれ、螺旋にまかれたパイプが円柱の端につくたびに折り返して外側へと層を映し、何度も折り返して、最後に中央近くで合流し推進力として船外に排出される。


パイプの隙間、服の隙間にあたるところには磁力発生装置が細かくはさまれ効率を上げている。

中央の磁力発生装置は、複雑なパイプへの差し込み式となる。
これは水平に引き抜くだけでパイプから簡単に分離でき修理は容易となっている。
パイプの修理は少しめんどくさく、そこはロボットが担当する。
ロボが用意できない場合は、かなり時間のかかる作業となってしまう。





高級エンジンになると海水の加速装置はパイプ自体に機能が付加されている。 
このタイプのパイプはナノテクレベルで一体成型される。 
非常にシンプルな構造である。

海水はこの螺旋の中を通る過程で、中心の磁力発生装置の影響を受け何重にも加速される。 
摩擦による海流速度の減衰より、磁力を全て効率よく使えるというほうが有利なのでこの形が採用された。



実際パイプ中の摩擦はそんなに問題にならない。 
生物の血管がどれほどの摩擦を受けているか考えれば簡単な話となり、これは未来の素材で実現されている。


推進装置には血管にた作用もある、海水はパイプに入る前やをパイプを通る途中で有効成分が選ばれ濃度が上がる。
1　螺旋構造のパイプによる遠心分離。
2　取水する前の海水への電気泳動による有効成分の分離、濃度の高い海水だけの取水。
3　パイプ内部での電気泳動による有効物質の分離
4　海水の濃度を上げるための膜濾過(魚の鰓に近い)

海水はこの４つの洗礼を受け密度を上げて、効率の良い推進を補助する。 
海水は少し深いところから採取され、採取する深度も可動式である、これは海水の濃度が場所によって違うため、海水の濃度を一定に保つための措置である。 
超伝導電磁推進船は死海で特に多用される。


より高度なエンジンとして海水圧縮式エンジンが存在する。
これはプロペラエンジンに対するジェットエンジンのようなもので、軍事用のため詳細なシステムは機密となっている。



作者中；SF設定なので現実に可能かどうかは不明、コメント欄を用意していますのでそちらでの突っ込み待ってます。





***初期型エンジン図解(SF　エセエフ的図解)。
上端のパイプ穴から海水を取り込み、下端のパイプ穴へと海水を排出するシステム
コイルは赤い矢印で描かれ電流の流れる方向を、エンジンを取り囲む矢印は海水に働く力の方向を表す。



&ref(SF（エセエフ用）超電磁電動推進船用エンジン模式図.jpg)



より詳細な図解。
こちらは一本だけを取り出した。
どのパイプも同じ形をしており、内部で海水を加速する。
&ref(SF（エセエフ用）超電磁電動推進船用エンジン模式図２.jpg)


このシステムはパイプ内部での海水の摩擦と磁力による加速のつり合いがとれるところで、パイプ内部の海水の流率が一定になるという特性を持つ。
図ではパイプの巻き数が少ないが、実際にはパイプはもっと多く何周もまかれることとなる。
基本コンセプトは常温伝導船の弱い磁力でも加速できるエンジンである。






-超電導電磁気推進方式の問題点
たとえ最高のエネルギー変換効率と理想値を実現できたとしても、超電導電磁気推進方式より普通に電気でスクリュー回した方が速いのではないだろうかという疑問が尽きないシステムでもある。
海水濃度が高ければうまく動くらしいですが、地球の海水濃度は低すぎる。
そのためSFでしか実現できないエンジンとなっている。








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*元ネタ一覧

潜水艦の推進装置。
オリジナル、しいて言えばＮＨＫの自然番組。
その中でクジラの超音波ソナー能力と海流の関係に関する解説がなされており、これが海流撹乱の発想の原点。
推進装置の設定は科学本に乗っていた超電動電磁推進船から。 

超伝導電磁推進船のエンジン部の裏表をひっくり返せば潜水艦でも使えるのではないか。
そういう発想です。

-その他の元ネタ。

2008年1月ごろから今まで堀江伸一はこのサイトでSDロボの設定を練っています。
サスペクターリングという名前の蛇型ロボを使役するロボで、その蛇は水中を磁力や泳ぎで移動するという設定なのですが、潜水艦設定を作る時そちらも頭の片隅にありました。
ただ作った時には無意識レベルなのであまり関係ないです。


追加設定１のおもちゃは、藤子・F・不二雄から。
兵器だけじゃなく、ドラえもんみたいに楽しい設定をつけたいなと考えて作成しました。
一応Sinaさんオリジナルです。


追加設定2は現実の船、超伝導電磁推進船「ヤマト１」があまりに不憫な結果だったので、つい作成してしまいました。
どうやって海水を分離圧縮するのかという細かい理論は不明、というかあまり深くは考えていません。
多分ラプラスの魔でも入っているのでしょう。
というのはジョークですが、遠心分離や電気分解や莫大な表面を持つ膜を組み合わせて分離、その後海水をねじれまくった長いパイプにいれて回しながら磁力をかけて加速させていくとか？


-SF的超伝導電磁推進装置の理屈
元ネタ特になし。
Sinaさんオリジナルの機構で技術的に可能かどうかは不明、実は無理かもしれない。
突っ込み待ってます。





-個人的な雑感
2009/8/1　6：00記述
スクリューに超伝導電磁推進能力を付加とか現実にできないのでしょうか？
磁力の力でキャビテーションを押さえる。


海水を押し出すといえばホースとポンプもありますね、ホースに規則正しく電線をまきこれに電気を流し、ホースそのものに海水の加速機能をつけポンプの要らないホースを作ることも理論上できますね。
ポンプ機能を持ったホースなるものが作れないのか？
これって現実にできそうな気もしています？現実にあるのか、それとも教科書レベルで否定される技術か、ちょっと知りたいところです？



他にポンプ機能を持ったホースを作れないかと考えます。
人工筋肉とホースを組み合わせ、人工筋肉でホースそのものを伸縮させて水を加速させる、これならホースが空気を噛んでも大丈夫？な気がする。
材料工学を駆使した蛇みたいなホース作れないかな？
消防ホースの製造に少し手順を付加するだけでできる、みたいな感じで。






-その他の雑感
現状不憫なヤマト１ですが、常温超伝導が進展すれば可能性はあるかもしれませんね。
初期の蒸気機関だって時速数キロだったことを考えると可能性は皆無でもないとも考えてます。


このページの潜水艦ですが、海上より海中のほうが成分が濃いこと、船より潜水艦の方が抵抗が小さいこと、船みたいに底面だけでなく360度全方位の海水を使って推進できるので、まだヤマト１より目があるはずです。






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-潜水艦システムの問題点
上記のシステムでは十分な推力が得られない可能性がある。
現実にある超伝導電磁力推進船のように内蔵エンジンのほうがいいかもしれない？
後電磁力を使うのでレーダーに映る可能性大。

-利点
リニアモーターカーと似た原理で、磁石の代わりに海水を押し出して推進すると説明すれば、子供に対する説得力は高い。
実際に超伝導電磁推進船があるので推進に必要なエネルギー総量そのものは足りるはず。
計算してみたら結構早いかもしれない。
電磁波迷彩潜水艦や光学迷彩船舶よりはありな気がする。







-制作履歴
http://www14.atwiki.jp/c21coterie/pages/118.html
2009/05/07 (木) 15:27:30に初版を投稿。

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感想
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-ページ編集方法
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-著作者一覧
名前　堀江伸一
ハンドルネーム　sina
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-追加
2010年に描きなおしたイラスト
赤い線が電気の流れをあらわしドーナツ型にまかれている、パイプの中を海水が通る。
電流が流れるとエンジンの外側にも海水の流れが生まれ推進力に寄与する設計となっている。
図の下から海水が取り込まれ、海水はエンジンのうちがわ、真ん中、外の3層を螺旋となりながらエンジン内で加速し上から排出され推進力を得る。
図では見易さを重視し円柱のパイプとしたが、実際は外周に近づくほどパイプが太く平たい楕円形に近づきエンジンも縦長となる。
&ref(SF超伝導電磁推進エンジン1-1.jpg)
&ref(SF超伝導電磁推進エンジン1-2.jpg)