Method and apparatus for masking the acoustic signals of the ship

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明水上船舶および潜水艦の音響信号をマスクする方法および装置、詳細にいえば、船舶の船体に弾性ハネカム・コア被覆を設けて、音響マスキングを行うことに関する。

本願は米国特許第5039567号の一部継続出願である199
1年６月19日付で出願した本出願人の係属米国特許願第0
7/717523号の一部継続出願である。

背景 水上船舶および潜水艦の存在を検出するもっとも一般的な方法はソナー機器を使用することである。 ソナーは２つの基本タイプ、すなわち、アクティブ・ソナーとパッシブ・ソナーに分類される。

アクティブ・ソナーを使用した機器は音の短いパルス（「ピン」）を放射し、船舶の船体から反射された場合に、パルスの戻りを監視することによって船舶の存在を検出する。 パッシブ・ソナー機器は、これに対し、船舶が水中を移動する際に船舶が発生する音波、典型的には、船舶の推進系およびその他の船上の機械によって生じる振動を検出する。

アクティブおよびパッシブ両方のソナー・システムは、適正な洗練された機器を使用している場合、検出した船舶の位置および大きさの両方に関する情報を作成することができる。 それ故、ソナーを船舶の識別に使用することができ、船舶のソナー特性を船舶の音響信号と呼ぶことがよくある。 特に軍事用途では、音響信号をマスクないし変更することが重量である。 これはそのようなマスキングが船舶の検出および識別の機会を減少させるからである。

これまで使用されてきた船舶の音響信号をマスキングする方法の１つは、マスカー・システム（Masker Syst
em）といわれるものである。 このシステムは多くのNATO
加盟国によって使用されており、船体の周囲に空気を注入することによって作動する。 残念ながら、マスカー・
システムは船舶速度の狭い帯域でのみ作動するものであり、15ノット超あるいは気泡が船体に沿って流れるのではなく、まっすぐ上昇してしまうきわめて遅い速度では効力がない。 また、海の状態の中には、マスカー・システムに悪影響を及ぼすものもある。

さらに、マスカー・システムは船舶の後流を増加させ、これは船舶がウェーク・ホーミング魚雷で攻撃を受ける場合には、不利なものとなる。 マスカー・システムは圧縮空気の供給を必要とし、このこと自体が騒音源となる。 最後に、マスカー・システムからの空気が船舶の冷却水取り入れ口へ吸い込まれ、これは冷却システムの効率が悪くなるという付加的な問題を生じる。

音響信号をマスクするさらに他の方法は、船舶の船体の選択された領域に音響タイルを装着することである。
これらのタイルは次の２つの基本型式に分けられる。

（ｉ）船舶が発生する音響を弱め、音響の水中への伝達を妨げ、それ故、パッシブ・ソナーによる識別を無効とするのを助けるデカップリング・タイル。

（ii）アクティブ・ソナーが発生する「ピン」によって船体から反射される音響エネルギーの量を減少させることによってこのタイプのソナーを無効とする無響タイル。

残念ながら、船舶の音響信号のマスキングには有効であるが、今日まで使用されてきた音響タイルは比較的厚く（２−2.5インチ）、重い（２′×２′のタイルで25
−27ポンド）ものである。 結果として、タイルは製造に費用がかさみ、装着にも費用のかさむものである。 装着コストが高いのは主として、タイルの重量および厚さによって生じる付加的な労賃およびその他の複雑性によるものである。 さらに、タイルは装着中にて定置保持するのが困難であり、複雑で費用のかさむ機器を使用することを必要とするものである。

それ故、水上船舶または潜水艦の音響信号を効果的にかつ効率よくマスクする軽量で、装着しやすい音響タイルに対する要求がある。

発明の要旨 本発明の目的 したがって、本発明の目的は、船舶の音響信号をマスクするために船舶の船体に装着される、軽量で、可撓性の音響タイル・システムを提供することである。

本発明の他の目的は、軽量で、耐久性があり、弾性のある材料で製造された音響タイルを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、可撓性の膨張ハネカム・
タイプ材料製の音響タイルを提供することである。

本発明のさらにまた他の目的は、複雑で、費用のかさむ装着機器を必要としない装着が容易な上述のタイプの音響タイルを提供することである。

本発明のさらにまた他の目的は、大きさに合わせて簡単に切断でき、大規模な真空支持に適した上述のタイプの音響タイルを提供することである。

発明の要旨 簡単にいえば、本発明の好ましい実施の形態によれば、水上船舶または潜水艦の音響信号をマスキングする装置は、各々が船舶の船体にタイルを固定するための内皮を含んでいる複数個のタイル状構成要素と、不透水性外皮と、外皮と内皮の間に挟持されており、膨張ハネカム構造製のコアとを備えている。

本発明の音響タイルは内皮を貫通して形成された多数のチャネルも含んでおり、チャネルの各々が真空ポートと連通し、タイルが船舶の船体に配置され、真空が真空ポートに加えられたときに、チャネル内に生じる負圧がタイルを引きつけて、船舶の船体に緊密に係合させるようになっている。 結果として、タイルを船舶表面に固定するのに使用される接着剤の良好な接触および流れが達成される。

タイルは熱可塑性ウレタン製であり、厚さが0.625インチで、平面寸法が２′×２′であることが好ましい。
タイルの内皮および外皮は両方とも、ハネカム・コアに融着されており、内皮の厚さは外皮よりも若干少ない。

本発明の利点 本発明の主な利点は、水上船舶または潜水艦の音響信号をマスクするために使用できる軽量のタイルが提供されることである。 タイルが軽量であることは、特別なリフトや支持機器を必要としないことを意味する。

本発明の他の利点は、音響タイルを使用することで、
伝達されたソナー・エネルギーの船舶による受信機器への反射が減少し、次いで、船舶の能動検出を行うことができる範囲が大幅に減少することである。

本発明のさらに他の利点は、敵のパッシブ・ソナーにおける船舶の音響信号の減少に加えて、本発明の使用が船舶に水中で発生する船舶自体の騒音を低下させて、船舶自体のソナー感度を上げることである。 それ故、船上の操作員が作業時に受ける背景騒音が低下する。

本発明のさらにまた他の利点は、必要とされる音響マスキング機能を提供するために、本発明の音響タイルガマスカー・システムで必要とされるような付加的な機器や配管を必要としないことである。

本発明の付加的な利点は、タイルの波動力学によって船体表面の抵抗を減少させる傾向があることである。

本発明のこれらおよび他の目的および利点が、図面のいくつかの図に示されている好ましい実施の形態の以下の説明から、当分野の技術者にとって明らかなものとなることは疑いのないところである。

図面の説明 添付図面において、 第１図は、本発明による音響タイルが取り付けられた船舶の例示的船体を部分的に示す部分斜視図である。

第２図は、本発明による音響タイルを示す部分斜視図である。

第３図は、本発明による一体整形タイルの内皮の詳細を示す平面図である。

第４図−第８図は、第３図の４−４線に沿って取った拡大断面図である。

好ましい実施の形態の説明 図面の第１図を参照すると、船体10に適用された本発明による音響コーティング・システムが、総括的に12で示されている。 本システムは適切な接着剤によって船体
10の表面に固定された複数個の矩形（好ましくは、正方形）のタイル14で構成されており、さらに船体表面からタイル14の外表面への移行をスムーズにするための複数個のテーパ付きの整形タイル16も含んでいる。

当分野で周知のように、このようなタイル14、16は通常、コーティングがデカップル機能を目的とするのか、
無響機能を目的とするのか、あるいは両方を目的とするのかに応じて、船の船体の選択した領域を覆うように戦略的に配置されている。

本発明の音響タイルの全体的な構造を、添付図面の第２図の20で示す。 通常、タイルは平面寸法で約２′×
２′の正方形であり、比較的薄い内皮（「下層」）22、
ハネカム・コア24および比較的厚い外皮（「カバー層」）26で構成されている。 内皮22は通常、厚さ0.04
0″（または、最大0.100″）の熱可塑性エラストマ（TP
E）のシートであり、コア24は通常、壁圧が0.012″で、
セル直径が0.375″のTPEの厚さが0.500″の膨張ハネカムであり、外皮26は厚さが0.125″のTPEのシートであることが好ましい。タイルはその開示を参照することによって、本明細書の一部となる「異方性たわみ特性を有する弾性パネルおよびその製造方法（Resilient Panel
Having Anisotropic Flexing Characteristics and
Method of Making Same）」という名称の本出願人の以前の米国特許第5039567号に記載されている方法を使用して構成される。

船体へのタイルの取付けを容易とするために、周溝すなわちチャネル28および交差溝30（幅0.125″）が内皮2
2内に、またはこれを貫通し、かつコア24中へ約0.125″
の深さまで形成されている。 タイルの層が手前で取り除かれており、破線32がチャネルの深さを示すために使用されている。

同様に、内皮22と下地コア24の中央部分が、外皮26を貫通し、溝30および28と連通する小さい真空ポート34を示すために取り除かれている。

付加的なチャネルを切って、船体の余分な部分に適合するようにすることも、また直線、斜線、ジグザグなど任意適当なパターンで配列することもできる。 さらに、
チャネル形成切り込みによって開いたセルに、適切な充填剤を充填し、真空支持の際にこれらのセルが崩壊するのを回避することもできる。

第３図ないし第８図を参照すると、コーナ整形タイル
16の細部が示されている。 第３図が内皮側の平面図であり、第４図ないし第８図が第３図の４−４線に沿って取った断面図であることに留意されたい。 整形タイルはほぼ平坦な領域40、およびタイルの２片に沿って配置されている徐々に傾斜するテーパ付き部分42で構成されている。 単純な縁部整形タイルが１辺だけに沿っていることは明らかである。 テーパ付き部分42はタイルを流線型化して、船舶が水中を移動するときに船体に対する流れの抵抗を最小限とする働きをする。

上述した矩形のタイルと同様に、典型的な整形タイルは薄い内皮44と厚い外皮46（第４図）を含んでおり、これらはコア48を挟持している。 薄い内皮44は通常、厚さが0.04″ないし0.100″であり、外皮46の厚さは通常、
少なくとも0.0125″の厚さである。タイルの平坦部分40
におけるコアは約0.5″の厚さであり、上述のタイプのハネカム構造からなっている。テーパ付きコア部分42は構成の点で、平坦部分のものと同一であるが（実際には、部分40と一体のこともある）、シェービングされ、
トリミングされ、あるいは希望するテーパをもたらすように変更されている点で異なっている。 内皮44および外皮46、ならびにコア48はすべて熱可塑性ウレタン製であり、互いに融着され、単一の水密単位構造、すなわち一体音響タイルおよび整形片を形成する。

タイルの平坦部分40およびテーパ付き部分42は両方とも、内皮44内に、あるいはこれを貫通して形成された多数の溝ないしチャネル50を有している。 図面から明らかなように、これらのチャネルはすべて相互接続され、タイルのハネカムおよび外皮を貫通して形成されている真空ポート52に直接または間接的につながっている。 ポート52は単純な穿孔可能膜から精巧なバルブ作用構造に及び任意適当な構成のものである。 場合によっては、第５
図に示すようように若干厚い内皮53を使用し、チャネル
50をその内部に成形または切り込むようにするのが望ましいこともある。 一例として、内皮すなわち下層53を深さ0.070″チャネル50を有する厚さ0.090″の材料の層で作った。 タイルおよび整形タイルにこの形式を使用することの利点は、支持真空を印加したときに、タイルがくぼむことがない点である。

タイルのテーパ付き部分42はいくつかの方法で構成することができる。 方法の１つはハネカム・コア48を上述のように事前成形するか、トリミングし、その後、発泡性熱可塑性ウレタンを注入して、傾斜した外皮を形成することである。 代替策として、傾斜部分42全体を成形エラストマ材料または発泡材製とし、次いで、第６図の43
で示すように、これを傾斜部分42と平坦部分40の間の移行部である線54において、矩形のコア40と接合することができる。 成形エラストマはタイルの他の部分を構成しているハネカム・コアと類似した音響マスキング特性を有している。 しかしながら、音響タイルで覆われた船体の全面積のうち、傾斜部分42が占めている割合が比較的少ない場合には、これらの特性がハネカム構造のものほどよいものである必要はない。 さらに、整形には通常角度がついており、いかなる場合においても、アクティブ・ソナーならびに船舶の船体の他の部分からの音響を反射することはない。

第７図に示すように、チャネル成形プロセス中に開いたセル56に、適切な材料を充填し、真空支持プロセス中にこれらのセルが部分的に崩壊するのを防止するのが好ましいこともある。 さらに、事前成形されたチャネル60
を有する内部ライナ58を、内皮44に接着するのが望ましいこともある。 あるいは、プラスチック・エラストマを刻み目のついた内側にキャスティングし、層58によって達成されるものと同様な結果を達成することもできる。

コストを節減するために、第８図に示すように、外皮
46を整形し、整形タイルの場合には、小さいハネカム・
パッド70および72をその上に配置し、その後、適切な弾性材料74によりその場でキャスティングする、というような別の形状を使用することが好ましい。 テーパ付きエッジに適合するために、セルの大きさと同じ、あるいは異なる薄いパッド72を図示のようにスタックできることに留意されたい。

タイルを船舶の船体に固定する場合、内皮44をまずウレタン・プライマによって磨耗させるか、処理する。 エポキシまたは感圧接着剤が好ましい接着剤をタイル（および、船体）に塗布し、タイルを位置決めし、船体に対して定置保持する。 次いで、真空をポート52に加え、チャネル50内の圧力を下げ、タイルを引き寄せて、船体と堅固に係合させる。 真空ポート52を次いでシールし、タイルを接着剤と真空の組み合わせによって、あるいは、
真空を除去した場合には、接着剤のみによって定置保持する。 タイルが隣り合わせの関係で装着したら、適切な接着剤またはシリコン・コーキングをタイルの縁部に塗布して、タイル間の接合部を恒久的にシールする。 パネル全体が気密であって、使用時に、海水がパネルのいずれかの部分の中、あるいはその下へ侵入しないようになっていなければならないことに留意するのが重要である。

タイルが船舶の船体に嵌合されたら、外皮46を防汚剤でコーティングすることができ、防汚剤は船舶の船体の外面での海性発生物の量を減少させる。

本発明を特定の実施の形態に関して上記で説明したが、その代替物および改変形が当分野の技術者には明らかなことが理解されよう。 したがって、以下の請求の範囲を本発明の真の精神および範囲に属するこのようなすべての代替物および改変形を対象とするものと解釈されるものと考えられる。