設計と構造とは？ わかりやすく解説

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「伊勢湾横断ガスパイプライン」の記事における「設計と構造」の解説

伊勢湾横断ガスパイプラインを構成するトンネルは、伊勢湾の海底部にシールド工法で建設された。知多半島側に建設された知多立坑と、川越火力発電所側に建設された川越立坑の両側から掘削して伊勢湾中央部で貫通させたI工区と、四日市工場に設けた四日市立坑から発進して川越立坑に到着したII工区に分けて建設された。I工区を中部電力が、II工区を東邦ガスが所管して建設した。 トンネルの建設にあたって、ガス導管の施工性や長期的な構造安定性の観点から、以下の通りの条件を設定した。 近接構造物との離隔を、トンネル直径の1.5倍以上とし、縦断勾配を5%以内とする。 最小土被りを陸上部で5メートル、海底部で10メートルとする。 将来的な航路整備水深や泊地での投錨を考慮する。 地震時の浮き上がりに対する安定を確保する。 立坑とその接合部を、圧密沈下影響のない深度とする。 また耐震設計として、仮設備とみなす立坑は工事期間中の安定を考えてレベル1地震動（構造物の耐用年数中に一度以上は受ける可能性が高いとされる、頻繁に起きている地震）に耐えるように考慮し、シールドトンネル本体は本設備として考慮してレベル1およびレベル2の地震動（構造物が受けうる将来にわたって最強と考えられる地震動）に耐えるように設計することにした。想定地震としては、東海・東南海・南海地震の3連動地震とした。メンテナンスフリーとするために、導管敷設後はトンネル内を中詰め材で充填して埋め戻すことにした。 伊勢湾の海底部には、おおむね完新世の南陽層の粘性土層と砂質土層が25メートルから40メートルにわたって堆積しており、その下に更新世の濃尾層や第一礫層、熱田層が堆積している。また知多側には東海層群が陸から海に向かって急激に下る形で分布している。前述の制約条件を満たしつつ極力礫層を掘削することを避けるために、川越側は熱田層上部から南陽層粘質土層、知多側は東海層群から南陽層粘質土層の中を掘進するように線形が計画された。 I工区は、川越立坑側から掘進した6,517メートルと、知多立坑側から掘進した6,797メートルの合計13,314メートルで、伊勢湾中央部で地中接合を行った。またII工区は全長3,980メートルである。トンネルは、I工区が内径3メートル、外径3.34メートル、II工区が内径2メートル、外径2.259メートルである。中部電力のガス導管は川越火力発電所と知多LNG基地間を結んでI工区のトンネル内に口径700ミリメートル、設計圧力7メガパスカルのものが敷設され、東邦ガスのガス導管は四日市工場から川越火力発電所経由知多LNG基地までのII工区・I工区のトンネル内に口径600ミリメートル、設計圧力7メガパスカルのものが敷設されることになった。 土木工事については、鹿島建設・清水建設の共同企業体 (JV) が担当し、鹿島建設が8割、清水建設が2割の割合で分担した。またガス導管の敷設工事は、JFEエンジニアリングが担当した。

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「シクヴァル」の記事における「設計と構造」の解説

設計は1960年代後半に開始された。この時にはNII-24調査研究所に対し、原子力潜水艦の戦闘に寄与する新兵器とシステムを作り出すよう指示が与えられていた。1969年、ウクライナのキエフに流体力学応用調査研究所（NII PGM）を設立するため、GSKB-47（国立特殊設計局47）はNII-24と合併した。創立者はMerkulovである。この合併によってシクヴァルの開発が行われることとなった。 配備が公表されたのは1990年代初期であるが、運用は1977年と早期である。シクヴァルは探知されていない敵潜水艦から発射された魚雷に対する兵器として設計されている。この魚雷はまた、敵潜水艦から射出された魚雷が接近する際の対抗として用いられる可能性があり、そうした際には敵潜水艦に回避を強要し、また有線誘導中の魚雷のワイヤーを切らせることを期待できる。その後、この高速を活かし核弾頭を搭載してアメリカ海軍を一挙に壊滅させる、という利用法が生み出されたと考えられている。 VA-111の雷速はNATOが配備する標準的な現用魚雷兵装より遥かに優速である。この速度は魚雷がスーパーキャビテーションと呼ばれる薄い気泡の中を通る事で、摩擦を低減して達成される。魚雷が移動するとき周囲に大量の小さなガス排気による泡を作り出せば、抗力を大幅に減らし、非常に高い速度を発揮することが可能となる。本魚雷のガス泡沫の層は、水を外方向へ逸らして作られるが、これは特別に形成されたノーズコーンと、エンジンからのガスの展開による。水が魚雷の表面へと入り込まず、接触しない状態が保持されることで、摩擦抵抗は大幅に減らされ、非常な高速度が可能となった。この高速性や推進にロケットモーターを使用する点から、シクヴァルは「水中ミサイル」とも表現される。 533mm魚雷発射管から射出されるVA-111は、発射管から出る際に50ノット（92.6km/h）の初速を持つ。直後に固体燃料ロケットに点火し、最高200ノット（370.4km/h）の速度へと推進する。いくつかの報告書では250ノット（463km/h）以上の速度が達成される可能性があり、また300ノット（560km/h）の派生型の研究が進行中だったことが示されている。このロケットエンジンは高濃度過酸化水素とケロシンの組合せを採用した。推進剤タンクには約1.5tの過酸化水素と500kgのケロシンが搭載された。 初期の設計では単に慣性誘導システムのみに頼った可能性がある。当初の設計では核弾頭の運用を目的とした。情報によれば後期の設計は、終末誘導装置および重量210kgの通常弾頭から構成されると報告された。 本魚雷の方向制御には、スーパーキャビテーションを覆う水の内側の面を掬う4枚のフィンを用いる。方向変更には、旋回させたい方向側の内部のフィン1舵、または複数の舵面を展開し、反対側のフィンは格納される。より速い旋回のためには、（画像を参照）熱走する魚雷の泡沫形状を制御するため、ノーズ部分のプッシュプレートを用いることができる。 本魚雷はPMK-2機雷型の深深度機雷として作動するよう考慮された。中央部に誘導装置を装備し、6発の魚雷を垂直収容するドラムにおいても運用が可能である。

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「アムール級機雷敷設艦 (1898)」の記事における「設計と構造」の解説

アムール級機雷敷設艦は、高速でも機雷を投下敷設できるよう設計されており、艦尾は大きくオーバーハングしている。機雷は、艦尾の複数のドアを通ってプロペラよりも後方へと投下される。ドアはそれぞれ機雷投下レールにつながっており、レールは機雷収容区画と直結している。 本級は水線長が91.4m、最大艦幅は12.5m、喫水は5.5mである。本級の艦は二本のポールマストと衝角を装備した。 本級には2機の直列三段膨張蒸気機関が設けられ、それぞれが1軸のプロペラへと動力を伝達した。また、12基のベルヴィール水管ボイラーが蒸気を供給した。これらの機関は総計で4,700馬力を供給するよう設計され、艦に18ノットの最大速度を与えた。艦は406tの石炭を搭載し、巡航10ノットで2,000海里の航続距離を有した。 アムール級機雷敷設艦の主兵装は、5門の75mmキャネット型1892 50口径砲で構成された。この砲は、最大仰角21度の状態で、10.8ポンド(4.9kg)の砲弾を射程約8,600ヤード(7,864m)まで射出した。砲口初速は2,700 ft/s (820 m/s)である。発射速度は毎分12発から15発である。また本級の艦には7門のホチキス製47mm砲が搭載された。この砲は3.3ポンド(1.5kg)の砲弾を砲口初速1,476 ft/s (450m/s)で撃ち出した。発射速度は毎分20発、射程は2,020ヤード(1,850m)である。本級には15インチ(381 mm)の魚雷発射管1門が備えられ、また300発の機雷が搭載された。

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「LF-1 (航空機)」の記事における「設計と構造」の解説

LF-1は低地ザクセン州のブラウンシュヴァイク工科大学（Technische Universität Braunschweig）のヘルマン・ヴィンター博士と学生の手で作製された。ヴィンター博士は、フィーゼラー Fi 156で有名なフィーゼラー社の元技術者であった。LFという機名は「Langsames Flugzeug」（低速航空機）から名付けられた。試作初号機のLF-1 V1は1940年に製作され、12月にヴィンター博士の操縦により初飛行を行った。飛行テストが続けられたが1942年11月に主翼の一部が脱落したことで機体は墜落した。試作2号機のV2が1943年に製作され、登録記号「D-YBAR」で登録された。この機体は軍事利用のテストに使用され、一時期パンツァーファウスト100を装備したことさえあった。 LF-1は翼幅 8.05 m、全長6.08 m、最大離陸重量 352 kgで50 hpのツェンダップ Z9-92エンジンを装備していた。本機は100 m x 20 m程度の広さで運用が可能であり、フラップ最大時の失速速度は50 km/h、巡航速度は85 km/hであった。LF-1は支柱で支えられたパラソル型の主翼と高い位置にある尾翼を持っていた。 「フールプルーフ」練習機用の安全概念で設計されたツァウンケーニッヒは、僅か1時間の地上講習を受けただけの素人パイロットやグライダーの操縦経験がある者の場合は5分間の講習だけで飛ばせることを目的としていた。この結果ツァウンケーニッヒは、失速もせず錐揉み状態にも入らない機体となった。

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「海底幹線」の記事における「設計と構造」の解説

1950年代から海底パイプラインの建設がアメリカ合衆国のルイジアナ州沖やペルシャ湾における海底油田などで行われるようになった。しかしこうしたパイプラインは、深海や気象条件の悪い場所で敷設することに重点を置いており、また油井の寿命に合わせた耐用年数で良いとされていた。これに対して東京湾のように船舶の航行が極めて多い環境下で海底パイプラインを敷設する工事は当時世界でも珍しいものであった。また、長期耐久性と安全性に重点を置いたパイプラインを敷設する技術については、調査と検討が必要であった。 そこで日本国外の海洋工事コンサルタントの技術的な指導の下、まず敷設を予定する環境の十分な調査が行われ、海底の土質、海の深さ、潮流、波浪、掘削埋め戻しの工事の際の海水の濁り、ルート上の障害物などが調査された。その結果を基に詳細な設計と工程の作成が進められた。そして航行する船舶の錨により導管を傷つけられないように、東京湾で最大となる25万トン級船舶が導管直上で錨を落としたり（投錨）、船が流されて錨を引きずったり（走錨）といった事象を想定して繰り返し実験と調査をおこなった。 こうした検討の結果、パイプラインの材質として高圧パイプライン用鋼管規格でもっとも広く使用されているアメリカ石油協会（英語版）のハイテストラインパイプ規格5LX-X65を採用した。公称の口径は600ミリメートル、外径609.6ミリメートル、肉厚15.9ミリメートル、設計圧力は70 kgf/cm2（約6.9メガパスカル）とし、溶接法は自動イナートガスアーク溶接、自動サブマージドアーク溶接を使用した。 鋼管の腐食を防止するための塗覆装は、プラスチックライニングを採用した。また外部電源法による電気防食を採用した。導管の敷設時の外力に対する安定性、埋設後の安定性などを検討して、導管の比重を1.23となるようにすることにし、比重調整のためのコンクリートコーティングを行うことにした。 導管は、海底を掘削した底に敷設した上で山砂を使って埋め戻すようにした。導管に対して土被りが3メートルあれば、最悪条件での錨の影響に対しても安全であるとして、海底を4メートル掘削して設置し、導管の上部から埋め戻し後の海底まで3メートルを確保するようにした。掘削した底の幅は3メートルあり、両側の法面勾配は余裕を見て1対1として、海底面での掘削幅は最大11メートルとなった。 また地震国であるため様々な耐震対策を施した。敷設した鋼管自体が非常に強度が高く展延性も優れており、世界的にも類を見ないほど厳しい耐震設計を適用した。さらに海底幹線の両端に感震器、緊急遮断弁、放散塔を設置して震度6以上の大地震に際して自動的に緊急措置が講じられるようにした。

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