潜水艦は海中を航行しますが、騒音は敵に発見されるリスク要因となります。潜水艦が騒音を抑えて密かに任務を遂行する方法をご紹介します。
人々は太陽が輝くビーチで楽しんでいる。走り回る子供たちの声、おしゃべりする大人たちの声、スピーカーから流れる歌が空間に響く。ビーチに来た人々は、暖かい夏の日差しを浴びたり、砂浜でボール遊びをしたり、パラソルの下で本を読んだりしている。彼らから遠く離れた深く暗い海の中で、物体がじっと泳いでいる。それは何かを探しているかのように飛び回ったり、何かが近づいてくるのを恐れているかのようにじっとうずくまったりしている。それは海の幽霊、潜水艦だ。
潜水艦は文字通り、水中を航行できる軍艦で、タンクに海水を入れて重量を調整し、空気を抜いたり膨らませたりして潜ったり浮上したりします。潜水艦は敵を偵察したり目標を攻撃したりするために水中を航行するのに使用され、1700年代のアメリカ独立戦争で初めて戦闘に使用され、XNUMX度の世界大戦を経て急速に進化し、現在の姿に至りました。
潜水艦がその役割を果たすために最も必要な特性は、敵艦に発見されないステルス性です。視覚で物体を判断できない深海では、潜水艦は音波を頼りに周囲の状況を探知しますが、潜水艦が発する騒音は、近くの敵艦にすぐに見えてしまいます。そのため、ソナーの発達を受けて騒音を低減する技術が開発されてきましたが、騒音源は数多くあり、現代の技術をもってしても完全に騒音をなくすことは困難です。
潜水艦の騒音源は主に4つあります。機械騒音、コンパートメント騒音、流体騒音、プロペラ騒音です。これは、潜水艦が動いているところを想像すると簡単に理解できます。潜水艦が動くためには多くの機械が動く必要があり、それによって機械騒音が発生します。また、潜水艦内で生活する乗組員も必然的に騒音を発生させます。それがコンパートメント騒音です。潜水艦が水中を移動すると、船体の周りの水が不規則な水の動きによって流体騒音を発生させ、前進するために回転するプロペラも騒音の原因となります。
しかし、最も重要な騒音源はプロペラの回転です。プロペラが静止した水を高速で押し出す反動で、ボートは前進します。これにより、水とプロペラの間に空きスペースができ、圧力差により水に溶けている空気が泡として現れます。この現象はキャビテーションと呼ばれ、日常の炭酸飲料で見られます。蓋を開けると、缶の内側と外側の圧力差により、炭酸飲料と内部の空きスペースから泡が放出されます。これらの泡が再び加圧されると破裂して騒音が発生し、近くの敵に感知されるほどの大きさになります。また、プロペラが回転すると、その周囲の渦の周波数が増加し、渦の周波数がプロペラの固有周波数に等しい場合、振動と騒音が増加し、「歌う」と呼ばれます。すべての物体には固有の固有周波数があり、それに応じて音を発しますが、これは共鳴の原理によるもので、外部から同じ周波数の力が加わるとエネルギーが増大します。このようにプロペラは大きな騒音を発生しますが、動作には必要なものであるため、その動作による騒音を低減することは重要な課題です。
この問題を解決するために、いくつかの技術が開発されています。プロペラの騒音をなくす最初の方法は、プロペラを取り外し、代わりにウォータージェットを取り付けることです。ウォータージェットは、船底の吸気口から水を吸い込み、船尾の排水口から水を排出することで船を前進させる推進装置です。プロペラがないためキャビテーションが発生しないため、騒音の低減には効果的ですが、大型船にはやはり効率が悪く、推進よりも高価です。2つ目は、プロペラの形状を変えることです。船で使用されている最も一般的な例は、ハイスキュープロペラです。水がプロペラを流れるときにブレードの形状を変更して、振動と騒音を抑えるという考え方です。ただし、ブレードを変更しすぎると騒音の原因になる可能性があるため、注意が必要です。別の選択肢は、プロペラにプレーリーシステムを適用することです。これはプロペラの羽根に小さな穴を開け、そこから空気を吹き込むことで空気の膜を作り、それが一種の壁となって羽根の周りで発生した音が水中に広がらないようにする技術です。また、鳴き現象を軽減するために、翼の先端を切り落とし、別の素材を貼り付けて騒音の発生を抑える「アンチシンギングエッジ工法」も開発・応用しています。
潜水艦のステルス性を維持するには、騒音低減以外にもさまざまな技術が必要です。たとえば、潜水艦の表面を特殊な吸音材でコーティングして音波の反射を防ぐことができます。また、潜水艦の外装をレーダー反射面積の少ない設計にしてレーダー探知を受けにくくすることも重要です。
潜水艦を使った国家間の静かな戦いは今も続いている。米海軍は最近、米国領海内で活動するロシア製潜水艦を拿捕するためにロボット潜水艦を発注し、ロシアは最新技術を搭載したほぼ無音の次世代潜水艦の建造を急いでいる。これらの潜水艦は常に互いを探し、監視しており、その重要性は増し続けている。そして、騒音低減技術は完全に無音になるまで進歩し続けるだろう。
