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長期定域観測用水中グライダーの第１回海洋実験

机译：用于长期固定区域观测的水下滑翔机的第一次海洋实验

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【概要】 長期に亘って一定の海域に留まり、海底から海面までの海洋観測を行う長期仮想係留用水中グライダー「ツクヨミ」の概要と第１回海洋実験結果を報告する。 【始めに】 現在長期海洋観測はアルゴフロート、係留ブイ、衛星、観測船などによって行われているが、いずれも一長一短がある。アルゴフロートは水深2000mまでの海洋環境を10日に1度程度、4?5年間に亘って観測する。現在約3600台のアルゴフロートが全海洋に展開され、準リアルタイムでデータを収集している。このアルゴフロートは海洋研究にブレークスルーをもたらした。しかし、海洋は広大であり、その観測密度は十分とは言い難い。最大観測深度も2000mに限定されている。また、海水中に浮遊するので、重要な観測点での定点観測ができない。常に同じ水塊を観測している可能性も否定できない。観測ブイは定点観測が行えるが、設置・維持のコストが大きく、観測点数を飛躍的に増やすことは難しい。衛星観測は海面付近の観測に限定される。観測船での観測もその観測点を飛躍的に増やすことは困難である。 このような状況に鑑み、長期に亘って妥当なコストで、海底から海面までの観測を行う手段として、筆者らは一定の海域内で海底から海面まで観測する水中グライダーの開発を提案し、平成21年度より開発を開始した。平成22年には小型模型を作成し、曳航水槽で流体力学的試験を行い、その形状を決定した。平成23年には、実機を作成し、同じ曳航水槽で滑走試験を行い、その安定した滑走と回頭性能を確認した。平成24年3月には「かいよう」により第１回海洋実験を行い、その基本的な機能を確認した。以下に、その概要を報告する。 【オペレーションの概要】 　　図１と図２はそれぞれオペレーションのイメージと外観を示したものである。ツクヨミは深海用フロート Deep NINJA(1)用に開発した浮力エンジンを搭載し、潜水・浮上する。通常の水中グライダーと同様に翼を利用して水中を滑走する。内蔵の電池を移動することにより、その重心位置を変えて、ピッチングと方位を制御する。高度計を搭載する予定で、海底に着底して一定期間スリープすることにより、観測時間を延長し、長期観測を実現する。水面浮上時にイリジウム経由でデータを伝送するとともに、GPSで測位し、一定の海域に留まる。１年以上の観測が可能である。適用可能海域を広げるため、最大水深は3000mとした。全長と空中重量はそれぞれ約2.5m、150kg である。 【シミュレーションと水槽実験】 水中グライダーでは最小限の電力で滑走を行うために、優れた流体力学的な形状を持つことが重要である。そこで、安定した滑走と回頭性能を同時に満たす形状を求めるために、1/2縮尺の模型を用いて曳航水槽で流体力学的実験を行い、翼の形状を決定した。さらに、この実験により得られたデータを用いて運動シミュレーションを行い、滑走性能を推定した。これらの結果を基に、実機を製作し、水槽を用いた滑走試験を行い、計画通りに安定した滑走や旋回ができることを確認した。図３は、九州大学応用力学研究所所有の曳航水槽で行った滑走試験結果の一例を示したものである。浅い俯角での滑走実験に限定されたが、最大で約0.6m/s　の滑走速度を確認した。また、安定した旋回が行えることも確認した。 【第１次海洋実験】 第１次海洋実験では、500mまでの潜水と浮上、海面でのGPS測位とイリジウム通信などの基本的機能を確認した。また、安全のために細径ロープを接続して、潜水と浮上を行った。図４は実験結果の一例で、水深500m までの安定した潜水が行えることを確認した。また、海面浮上時に安定したGPS測位とイリジウム通信が行えることも確認した。
机译：[总结]我们将报告长期停留在某个海域并观察从海底到海面的海洋的长期虚拟系泊水下滑翔机“ Tsukuyomi”的概况，以及首次海洋实验的结果。 [简介]目前，使用藻类浮标，系泊浮标，卫星，观察船等进行长期海洋观察。 Argo浮标每10天观察一次海洋环境，深度达2000 m，持续4至5年。目前，在整个海洋中部署了大约3600个Argo浮标，几乎实时地收集数据。 Argo浮标在海洋研究方面带来了突破。但是，海洋辽阔，观测密度不足。最大观察深度也限制为2000m。另外，因为它漂浮在海水中，所以不能在重要的观察点进行定点观察。始终不能否认观测到的水量相同的可能性。观察浮标可以进行定点观察，但是安装和维护成本很高，并且很难大幅增加观察点的数量。卫星观测仅限于近海平面观测。即使使用观察容器进行观察，也难以大幅增加观察点的数量。考虑到这种情况，作者提出了一种水下滑翔机的开发，该滑翔机在一定海域内从海底到海面进行观测，作为一种以合理的成本从海底到海面进行长时间观察的手段。 2009财年开始开发。 2010年，创建了一个小模型，并在拖曳罐中进行了水动力测试以确定其形状。 2011年，我们在同一拖曳油箱中制造了一台实际的机器并进行了滑动测试，并确认了其稳定的滑动和转向性能。 2012年3月，首次使用“ Kaiyo”进行了海洋实验，并确认了基本功能。大纲报告如下。 [操作概要]图1和2分别显示了操作的图像和外观。 Tsukuyomi配备了为深海漂浮物Deep NINJA（1）开发的浮力引擎，用于潜水和浮出水面。像普通的水下滑翔机一样，使用机翼在水中滑行。通过移动内置电池，可以更改电池的重心来控制俯仰和方位角。将安装高度计以延长观测时间，并通过降落在海床上并睡眠一定时间来实现长期观测。当水面悬浮时，数据通过铱传输，并使用GPS进行定位以留在一定的海域中。可以观察一年以上。最大水深设定为3000m，以扩大适用海域。总长度和空中重量分别约为2.5m和150kg。 [模拟和水族实验]为了以最小的功率在水下滑翔机中进行滑行，重要的是要具有出色的流体动力学形状。因此，为了获得同时满足稳定的滑行和转向性能的形状，使用1/2比例模型在牵引罐中进行了流体力学实验，以确定机翼的形状。此外，我们使用从该实验获得的数据进行了运动仿真，并估算了滑行性能。基于这些结果，我们制造了实际的机器并使用水箱进行了滑行测试，并确认可以按计划进行稳定的滑行和转弯。图3示出了在九州大学应用力学研究所拥有的牵引罐中进行的滑行测试的结果的示例。尽管它仅限于浅凹处的滑动测试，但已确认最大滑动速度约为0.6 m / s。还证实了稳定转弯是可能的。 [第一海洋实验]在第一海洋实验中，确认了潜水和上升至500 m的基本功能，在海面上的GPS定位以及铱星通信。为了安全起见，将一根细绳连接起来以进行潜水和悬浮。图4是实验结果的一个例子，已证实可以进行500 m深度的稳定潜水。还证实了当海面升高时可以进行稳定的GPS定位和铱通信。

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