US 20080264323

8/13/2019 US 20080264323

1/26

US 20080264323Al( 1 9 ) United S t a t e s( 1 2 ) Patent A pplication Publication ( 1 0 ) P u b . N o . : US 2 0 0 8 / 0 2 6 4 3 2 3 A 1

G o s l i n g ( 4 3 ) P u b . D a t e : O c t . 3 0 , 20085 4 ) SUBMERSIBLE VEHICLE 3 0 ) F o r e i g n A p p l i c a t i o n P r i o r i t y D a t a7 5 ) I n v e n t o r : Harry George Dennis G o s l i n g 0 0 1 . 1 9 , 2005 GB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 05212923

B n s t o l G B ) P u b l i c a t i o n C l a s s i ? c at i o nC o r r e s p o n d e n c e A d d r e s s : 5 1 ) I n t . C l .BARNES & THORNBURG LLP 363G / 0 8 2 0 0 6 . 0 1 )PO. BOX 786 B63B 3 5 / 0 4 2 0 0 6 . 0 1 )CHICAGO, IL 60690-2786 Us) 5 2 ) US. C l . . . . . . . . 1 1 4 / 3 3 0 ; 1 1 4 / 3 3 7 ; 1 1 4 / 3 1 2 ; 405/1541

7 3 ) A s s i g n e e : GO SCIENCE LIMITED, r i s t o l 5 7 ) ABSTRACTGB) A u b m e r s i b l e V e h i c l e h a v i n g an o u t e r h u l l Which de?nes a

h u l l a x i s and a p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When V i e W e d2 1 ) A P P 1 - N O - 3 1 2 / 9 0 1 5 4 7 a l o n g t h e h u l l a x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t

Which s open t both e n d s s o t h a t When t h e V e h i c l e i s s u b2 2 ) PCT i l e d : O c t . 1 9 , 2 0 0 6 merged n a l i q u i d , t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t . The V e h i c l e

f u r t h e r c o m p r i s i n g means f o r r o l l i n g t h e V e h i c l e a b o u t t h e8 6 ) PCT NO; PCT/GB06/03901 h u l l a x i s . A u o y a n c y c o n t r o l s y s t e m may e p r o v i d e d , a n dt h e o u t e r h u l l may b e s W e p t W i t h r e s p e c t t o t h e h u l l a x i s .

371 0 X 1 ) , V a r i o u s m e t h o d s o f d e p l o y i n g a n d u s i n g t h e V e h i c l e a r e2 ) , 4 ) D a t e : A p r . 1 7 , 2 0 0 8 d e s c r i b e d .

1 9 2 1 23

~

l l l l l l l l l l l 1-20

8/13/2019 US 20080264323

2/26

P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n O c t . 3 0 , 2008 S h e e t 1 0 f 1 5 US 2 0 0 8 / 0 2 6 4 3 2 3 A 1

3S m ES m Em2 >o s u m m l i l l i l i Mo w

H O N_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

m m2 >o n u m w

8/13/2019 US 20080264323

3/26


a m: 5

m mS m E

H U M._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

8/13/2019 US 20080264323

4/26


m m: 9 . . .

o z o m ml i l _

n: 9 .

2

8/13/2019 US 20080264323

5/26

o wS m E

US 008/0264323 A 1

m vS m E

I Z H O H O H O Q

O c t . 3 0 , 2008 S h e e t 4 0 f 1 5

o n u m w l. . i _w

2 : 5

P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n

8/13/2019 US 20080264323

6/26


[ \ I enS m EF E .

m 2m o w

m 2n3 E

N e wS m E5 2 >o w m > m

m o ?e

Q 2

m mE m E

8/13/2019 US 20080264323

7/26

P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a ti o n O c t . 3 0 , 2008 S h e e t 6 0 f 1 5

2 0 4 2 0 5

e : e

1 5 11 5 8

US 008/0264323 A 1

P e r s p e c t i v ei e w F i g u r e

E l e v a t i o ni e w F i g u r eb

P e r s p e c t i v ei e w F i g u r ea

8/13/2019 US 20080264323

8/26


210

214

213

k215F i g u r e 8

8/13/2019 US 20080264323

9/26


/ / / / / / / / / / / / / / / / / /230

230

W / / / / / / /F i g u r e 9 a

230

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

8/13/2019 US 20080264323

10/26


f /

8/13/2019 US 20080264323

11/26

P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n O c t . 3 0 , 2008 S h e e t 1 0 0 f 1 5 US 2 0 0 8 / 0 2 6 4 3 2 3 A 1

~ jg}g g g g g g g g g g g _.............................a

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / ,

W62/

8/13/2019 US 20080264323

12/26


m o m

8 5 m mm

o m ?6 K2 >m ao ww o w

m m ?S m E

8/13/2019 US 20080264323

13/26


a m ?5 5

N o w

3 2 >o Em ;3 9 m m o w

8/13/2019 US 20080264323

14/26


m o m

2 :3 m m3 5 5a

m 3S m E2 >O E

8/13/2019 US 20080264323

15/26


E v

J J

3

0 8 :

8/13/2019 US 20080264323

16/26


( 6 )i i '

* m \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ > 1 _ _ _ w _ @i _ _ _ 1 1 1 - 3 1 i n . f 1 1 1 1 I n a l l// ,

Q ill@ m\C )/ / ( d ) f w //d

9 0 0( I )

8/13/2019 US 20080264323

17/26

US 008/0264323 A1

SUBMERSIBLE VEHICLE

[ 0 0 0 1 ] The p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s t o a s u b m e r s i b l ev e h i c l e ; a n d o m e t h o d s o f p e r a t i n g , d o c k i n g , a n d d e p l o y i n gs u c h a v e h i c l e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t i n h i s s p e c i ? c a t i o n t h eterm submersible i s intended t o cover s u r f a c e v e h i c l e sWhich a r e o n l y p a r t l y submerged When i n u s e , a s W e l l a sv e h i c l e s Which a r e f u l l y submerged i n W a t e r o r a n y o t h e rl i q u i d ) When n u s e . The n v e n t i o n a l s o r e l a t e s t o a submersi b l e t o y g l i d e r .[ 0 0 0 2 ] An n t e r n a l p a s s ag e u n d e r W a t e r v e h i c l e i s d e s c r i b e di n Us. P a t . N o . 5 , 4 3 8 , 9 4 7 . The v e h i c l e h a s p r o p e l l e r smounted i n t h e p a s s a g e , and a r u d d e r t o c o n t r o l t h e g o i n gd i r e c t i o n o f t h e v e h i c l e . The e h i c l e i s d e s i g n e d W i t h a loWa s p e c t r a t i o t o e n a b l e t h e v e h i c l e t o t r a v e l a t h i g h s p e e d .[ 0 0 0 3 ] A r s t a s p e c t o f t h e p r e s en t i n v e n t i o n p r o v i d e s as u b m e r s i b l e v e h i c l e having an u t e r h u l l Which de?nes a h u l la x i s a n d a p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When i e W e d a l o n g t h eh u l l a x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which sopen t both e n d s s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n al i q u i d , t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t , t h e v e h i c l e f u r t h e r c o m p r i si n g means f o r r o l l i n g t h e v e h i c l e a b o u t t h e d u c t .[ 0 0 0 4 ] W h en i n u s e , t h e v e h i c l e may b e r o l l e d a b o u t t h ed u c t t h r o u g h e s s t h a n one e v o l u t i o n , o r t h r o u g h a p l u r a l i t y o fr e v o l u t i o n s . The v e h i c l e may o l l s y m m e t r i c a l l y a b o u t t h eh u l l a x i s , o r may o l l a b o u t t h e d u c t i n an e c c e n t r i c manner,p a r t i c u l a r l y i f t h e c e n t r e o f r a v i t y i s o f f s e t from h e h u l l a x i s .[ 0 0 0 5 ] C o n v e n t i o n a l l y , a s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r s h a p e h a sbeen c o n s i d e r e d t o be u n d e s i r a b l e because i t r e s u l t s i n av e h i c l e Which c a n b e u n s t a b l e i n r o l l t h a t i s , r o t a t i o n a b o u tt h e d u c t ) . H o W e v e r , t h e i n v e n t o r h a s r e c o g n i Z e d t h a t t h i sp r o p e r t y i s n o t n e c e s s ar i l y d e t r i m e n t a l i n many a p p l i c a t i o n sp a r t i c u l a r l y i n v o l v i n g un-manned o r a u t o n o m o u s v e h i c l e s )a n d c a n b e e x p l o i t e d s i n c e r o l l g e n e r a t e s a n g u l a r momentumand o f f e r s g r e a t e r s t a b i l i t y a s a c o n s e q u e n c e . F u r t h e r m o r e ,v e h i c l e r o l l may be combined i t h p r e v a i l i n g ocean u r r e n t sto g e n e r a t e magnus f o r c e s Which s e r v e t o reduce l a t e r a l d r i f taWay r o m t h e a x i s o f h e v e h i c l e , i n e x c h a n g e f o r i n c r e a s e s i nhydrodynamic i f t o r d o W n - t h r u s t, as Would o r r e s p o n d to t h ev e c t o r s of ocean c u r r e n t and e h i c l e r o l l . Such e d u c t i o n s i nl a t e r a l d r i f t c a n b e v a l u a b l e Where r e c i s e n a v i g a t i o n o f t h ev e h i c l e betWeen tWo o r more Way p o i n t s i s r e q u i r e d . A l s o ,v e h i c l e r o l l can be t i l i Z e d t o achieve tWo dimensional scann i n g o f a s e n s o r , Where c o n t i n u o u s r o l l i n c o m b i n a t i o n W i t hl i n e a r motion a l o n g t h e v e h i c l e a x i s i s u t i l i Z e d by a s e n s o rd e v i c e to c a p t u r e i n f o r m a t i o n from a p r o j e c t e d r e c t a n g u l a r? e l d o f v i e W . The W i d t h o f t h e r e c t a n g u l a r ? e l d o f v i e W i sd e t e r m i n e d by h e m a g n i t u d e o f h e s e c t o r i n Which h e s e n s o rc a p t u r e s i n f o r m a t i o n ; a n d t h e l e n g t h o f t h e r e c t a n g u l a r ? e l do f v i e W i s d e t e r m i n e d b y t h e l e n g t h o f a x i a l t r a v e l o f t h ev e h i c l e . T y p i c a l l y t h e s e c t o r Would u b t e n d a n a n g l e l e s s t h a n1 8 0 , b u t i n an e x t e n s i o n of h i s method t h e s e n s o r d e v i c es e n s o r may a p t u r e i n f o r m a t i o n beyond 1 8 0 and up o 3 6 0 .I n t h i s c a s e t h e p r o j e c t e d ? e l d o f vieW W i l l be c o n t i n u o u sa r o u n d t h e t W o d i m e n s i o n a l p l a n e s u b t e n d e d by h e v e h i c l e sr o l l m o t i o n . I n s u c h an example t h e s e n s o r d e v i c e c a p t u r e sd a t a i n a s y n c h r o n o u s manner i n r e l a t i o n to i t s a n g u l a r a t t it u d e , s o t h a t s u c c e s s i v e l i n e s may be formed W i t h a c c u r a t er e g i s t r a t i o n b e t W e e n t h e m . I n a p r e f e r r e d e m b o d i m e n t , s y nt h e t i c e x t e n s i o n o f t h e s e n s o r s a p e r t u r e i n tWo d i m e n s i o n s i sa c h i e v e d by s u i t a b l e p r o c e s s i n g o f s e n s o r d a t a . I n t h i s p a rt i c u l a r example n e o f t h e l i m i t i n g f a c t o r s on e r f o r m a n c e i ns y n t h e t i c a p e r t u r e p r o c e s s i n g i s l o s s o f e s o l u t i o n b e c a u s e o f

O c t . 3 0 , 2 0 0 8

i n a c c u r a c i e s b e t W e e n e s t i m a t e d a n d a c t u a l v e h i c l e p o s i t i o nt h r o u g h o u t t h e d a t a c a p t u r e p e r i o d . As a c o n s e q u e n c e s u c hs y s t e m s h a v e i n t r o d u c e d i n e r t i a l n a v i g a t i o n e q u i p m e n t t oi n c r e a s e t h e a c c u r a c y to Which t h e v e h i c l e s p o s i t i o n anda t t i t u d e may b e e s t i m a t e d . P r e f e r r e d embodiments o f t h ei n v e n t i o n , h o W e v e r , a d o p t i n s t e a d a l e s s c o s t l y a n d moree l e g a n t d e s i g n t h a t i m p r o v e s t h e b a s i c s t a b i l i t y o f h e v e h i c l eb y i n c r e a s i n g i t s a n g u l a r momentum a n d t h e r e f o r e r e d u c i n gt h e e x t e n t o f r i f t i n e i t h e r v e h i c l e p o s i t i o n o r a t t i t u d e W i t h o u tr e c o u r s e t o complex c o r r e c t i o n o r e s t i m a t i o n a l g o r i t h m s .T h u s i n t h e p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s d e s c r i b e d b e l o W , v a r i o u smeans a r e p r o v i d e d f o r c o n t r o l o f e h i c l e r o l l a b o u t t h e d u c t ,and t h e r e l e m e n t s o f a t t i t u d e c o n t r o l .[ 0 0 0 6 ] The eans o r r o l l i n g t h e v e h i c l e a b o u t t h e d u c t maybe f o r example a p r o p u l s i o n s y s t e m s u c h a s a t W i n t h r u s tv e c t o r p r o p u l s i o n s y s t e m ) ; one r more o n t r o l s u r f a c e s sucha s ? n s ; an i n e r t i a l c o n t r o l s y s t e m ; o r a buoyancy c o n t r o ls y s t e m Which s m o ved to p o r t o r s t a r b o a r d around t h e h u l lunder motor o n t r o l .[ 0 0 0 7 ] A e c o n d a s p e c t o f t h e i n v e n ti o n p r o v i d e s a s u bm e r s i b l e v e h i c l e having an u t e r h u l l Which de?nes h u l l a x i sa n d a p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When i e W e d a l o n g t h e h u l la x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which s opena t b o t h e n d s s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n a l i q u i d ,t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t , t h e v e h i c l e f u r t h e r c o m p r i s i n g ab u o y a n c y c o n t r o l s y s t e m .[ 0 0 0 8 ] A h i r d a s p e c t o f t h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a s u b m e r si b l e v e h i c l e having an u t e r h u l l Which de?nes h u l l a x i s anda p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When v i e W e d a l o n g t h e h u l la x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which s opena t b o t h e n d s s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n a l i q u i d ,t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t , W h e r e i n t l e a s t p a r t o f h e o u t e r h u l li s s W e p t W i t h r e s p e c t to t h e h u l l a x i s .[ 0 0 0 9 ] A o u r t h a s p e c t o f h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a s u b m e r si b l e v e h i c l e having an u t e r h u l l Which de?nes h u l l a x i s anda p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When v i e W e d a l o n g t h e h u l la x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which s opena t b o t h e n d s s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n a l i q u i d ,t h e l i q u i d ?oods h e d u c t , W h e r e i n t h e h u l l h a s a p r o j e c t e d a r e aS , and a m a x i m u m u t e r d i a m e t e r B normal to t h e h u l l a x i s ,a n d W h e r e i n t h e r a t i o B 2 / i s g r e a t e r t h a n 0 . 5 .[ 0 0 1 0 ] The e l a t i v e l y l a r g e d i a m e t e r h u l l e n a b l e s a n a r r a yof tWo o r more s e n s o r s t o be W e l l spaced a p a r t on t h e h u l l ,p r o v i d i n g a l a r g e s e n s o r b a s e l i n e . I n t h i s Way t h e e f f e c t i v ea c u i t y o f h e s e n s o r a r r a y i n c r e a s e s i n p r o p o r t i o n o t h e l e n g t ho f t h e s e n s o r b a s e l i n e . A l s o , t h e r e l a t i v e l y h i g h r a t i o B 2 / Sg i v e s a h i g h r a t i o o f i f t o v e r d r a g , e n a b l i n g t h e v e h i c l e t o b eo p e r a t e d e ? i c i e n t l y a s a g l i d e r .[ 0 0 1 1 ] A f t h a s p e c t o f t h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a s u b m e r si b l e v e h i c l e having an u t e r h u l l Which de?nes h u l l a x i s anda p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When v i e W e d a l o n g t h e h u l la x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which s opena t b o t h e n d s s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n a l i q u i d ,t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t .[ 0 0 1 2 ] A i x t h a s p e c t o f h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a p r o p u l s i o ns y s t e m f o r a s u b m e r s i b l e v e h i c l e , t h e p r o p u l s i o n s y s t e m comp r i s i n g tWo r more x i - s y m m e t r i c a l d r i v e a s s e m b l i e s housedW i t h i n a ? e x i b l e s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r j a c k e t .[ 0 0 1 3 ] A e v e n t h a s p e c t o f h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a methodof p e r a t i n g a s u b m e r s i b l e v e h i c l e having tWo o r more a x is y m m e t r i c a l l y mounted d r i v e a s s e m b l i e s , t h e method comp r i s i n g r e c i p r o c a t i n g t h e d r i v e a s s e m b l i e s a x i - s y m m e t r i c a l l ys o a s t o p r o p e l t h e v e h i c le t h r o u g h a l i q u i d .

8/13/2019 US 20080264323

18/26

US 008/0264323 A1

[ 0 0 1 4 ] A n e i g h t h a s p e c t o f t h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a s u bm e r s i b l e v e h i c l e having an u t e r h u l l Which de?nes h u l l a x i sa n d a p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When i e W e d a l o n g t h e h u l la x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which s opena t b o t h e n d s s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n a l i q u i d ,t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t ; a n d a t W i n t h r u s t v e c t o r p r o p u l s i o ns y s t e m c o m p r i s i n g o n e o r more a i r s o f p r o p u l s i o n d e v i c e s ,e a c h p a i r c o m p r i s i n g a ? r s t p r o p u l s i o n d e v i c e p i v o t a l l ymounted on ? r s t s i d e of h e h u l l a x i s , and second r o p u ls i o n d e v i c e p i v o t a l l y mounted on second i d e o f h e h u l l a x i so p p o s i t e t o t h e ? r s t p r o p u l s i o n d e v i c e .[ 0 0 1 5 ] T y p i c a l l y e a c h p r o p u l s i o n d e v i c e g e n e r a t e s a t h r u s tv e c t o r Which can be v a r i e d i n d e p e n d e n t l y of h e o t h e r p r op u l s i o n d e v i c e b y p i v o t i n g t h e d e v i c e . T y p i c a l l y e a c h d e v i c ei s mounted s o t h a t i t can p i v o t about an a x i s a t an a n g l ep r e f e r a b l y 9 0 ) t o t h e h u l l a x i s . The r o p u l s i o n d e v i c e s mayb e , f o r e x a m p l e , r o t a t i n g p r o p e l l e r s o r r e c i p r o c a t i n g ? n s . T h e

p r o p u l s i o n d e v i c e s may e i n s i d e t h e d u c t , o r o u t s i d e t h e d u c tb u t c o n f o r m a l W i t h t h e o u t e r h u l l .[ 0 0 1 6 ] A i n t h a s p e c t o f t h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a s u b m e r si b l e t o y g l i d e r h a v i n g a n o u t e r h u l l Which e ? n e s a h u l l a x i sa n d a p p e a r s s u b s t a n t i a l l y a n n u l a r When i e W e d a l o n g t h e h u l la x i s , t h e i n t e r i o r o f t h e a n n u l u s d e ? n i n g a d u c t Which s opena t b o t h e n d s s o t h a t When t h e t o y g l i d e r i s submerged i n al i q u i d , t h e l i q u i d ? o o d s t h e d u c t .[ 0 0 1 7 ] The o l l o W i n g comments a p p l y t o a l l a s p e c t s o f t h ei n v e n t i o n .[ 0 0 1 8 ] I n p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s o f t h e i n v e n t i o n , t h e d u c tp r o v i d e s a 10W boW c r o s s s e c t i o n a r e a t o r e d u c e d r a g , W h i l ef u r t h e r d r a g r e d u c t i o n i s e n s u r e d b y r e d u c t i o n o f i n d u c e dWake o r t i c e s t h a t Would t h e r W i s e be more s i g n i ? c a n t Wheni n d u c e d by c o n v e n t i o n a l p l a n a r W i n g , o r t a i l p l a n e s t a b i l i Z e ra r r a n g e m e n t . The a l l s o f h e d u c t a r e p r e f e r a b l y shaped o a sg e n e r a t e hydrodynamic i f t i n a n e ? i c i e n t m a n n e r , Which mayb e u s e d t o a s s i s t t h e m o t i o n o f t h e v e h i c l e t h r o u g h t h e l i q u i d .[ 0 0 1 9 ] A u r t h e r a d v a n t a g e o f h e d u c t s t h a t s u p e r s t r u c t u r es u c h a s p r o p u l s i o n d e v i c e s ) c a n b e housed more a f e l y i n t h e

d u c t , e n a b l i n g t h e o u t e r h u l l t o p r e s e n t a r e l a t i v e l y smoothconformal o u t e r s u r f a c e , Which s e r v e s t o r e d u c e t h e r i s k ofdamage o r l o s s t h r o u g h i m p a c t upon o r e n t a n g l e m e n t W i t ho t h e r u n d e r W a t e r o b j e c t s .[ 0 0 2 0 ] Embodiments o f t h e i n v e n t i o n p r o v i d e a s u b s t a nt i a l l y a n n u l a r p r o ? l e W i t h i n c r e a s e d s t r u c t u r a l r i g i d i t y o f t h ev e h i c l e compared o o t h e r s b a s e d upon c o n v e n t i o n a l p l a n a rW i n g s . T h i s a d v a n t a g e may e r e a l i Z e d e i t h er i n r e d u c e d c o s to r mass o r a v e h i c l e With s i m i l a r hydrodynamic a r a m e t e r s ,o r i n d e e p e r d i v e c a p a b i l i t y Where e i t h e r a n n u l a r h u l l o rt o r o i d a l p r e s s u r e v e s s e l s c o n t a i n e d W i t h i n t h e h u l l W i l l p r ov i d e b e t t e r r e s i l i e n c e t o b u c k l i n g s t r e s s e s .[ 0 0 2 1 ] The u c t may e f u l l y c l o s e d a l o n g a l l o r p a r t o f t sl e n g t h , o r p a r t i a l l y o p e n W i t h a s l o t r u n n i n g a l o n g i t s l e n g t h .The u c t m a y l s o i n c l u d e s l o t s o r p o r t s t o a s s i s t o r modify t sh y d r o d y n a m i c p e r f o r m a n c e u n d e r c e r t a i n p e r f o r m a n c e c o nd i t i o n s .[ 0 0 2 2 ] V a r i o u s embodiments o f t h e i n v e n t i o n W i l l noW bed e s c r i b e d by Way f e x a m p l e W i t h r e f e r e n c e t o t h e accompan y i n g d r a W i n g s , i n W h i c h :[ 0 0 2 3 ] F I G . 1a i s a f r o n t vieW of ? r s t p r o p e l l e d v e h i c l eW i t h i t s p r o p e l l e r s i n a ? r s t c o n ? g u r a t i o n ;[ 0 0 2 4 ] F I G . 1 b i s a c r o s s - s e c t i o n o f t h e v e h i c l e t a k e n a l o n gt h e h u l l a x i s and a l o n g a l i n e A - A n F I G . 1 ;[ 0 0 2 5 ] F I G . 2 a i s a f r o n t vieW o f t h e v e h i c l e W i t h i t s p r op e l l e r s i n a s e c o n d c o n ? g u r a t i o n ;

O c t . 3 0 , 2 0 0 8

[ 0 0 2 6 ] F I G . 2b s a c r o s s - s e c t i o n o f t h e v e h i c l e t a k e n a l o n ga l i n e A-A n F I G . 2 a ;[ 0 0 2 7 ] F I G . 3a s a r e a r vieW f a second r o p e l l e d v e h i c l e ;[ 0 0 2 8 ] F I G . 3b s a c r o s s - s e c t i o n o f t h e v e h i c l e t a k e n a l o n ga l i n e A-A n F I G . 3 a ;[ 0 0 2 9 ] F I G . 4a s a r e a r vieW of t h i r d p r o p e l l e d v e h i c l e ;[ 0 0 3 0 ] F I G . 4 b i s a c r o s s - s e c t i o n o f t h e t h i r d p r o p e l l e dv e h i c l e t a k e n a l o n g a l i n e A - A n F I G . 4 a ;[ 0 0 3 1 ] F I G . 4 0 i s a c r o s s - s e c t i o n o f t h e v e h i c l e t a k e n a l o n ga l i n e B-B i n F I G . 4 a ;[ 0 0 3 2 ] F I G . 5a s a f r o n t vieW o f a ? r s t g l i d e r v e h i c l e ;[ 0 0 3 3 ] F I G . 5b s a s i d e v i e W o f t h e ? r s t g l i d e r v e h i c l e ;[ 0 0 3 4 ] F I G . 5 0 i s a p l a n v i e W o f t h e ? r s t g l i d e r v e h i c l e ;[ 0 0 3 5 ] F I G . 5d s a s i d e v i e W o f a n o t h e r g l i d e r Where e a t he r e d vanes a r e i n c l u d e d W i t h i n s l o t s about t h e e l e v a t i o n s oft h e a n n u l u s ;[ 0 0 3 6 ] F I G . 6a s a p e r s p e c t i v e vieW f an l t e r n a t i v e p r e ss u r e v e s s e l ;[ 0 0 3 7 ] F I G . 6b i s a s i d e vieW o f t h e a l t e r n a t i v e p r e s s u r ev e s s e l ;[ 0 0 3 8 ] F I G . 7 s a p e r s p e c t i v e vieW f an l t e r n a t i v e a t t i t u d ec o n t r o l s y s t e m ;[ 0 0 3 9 ] F I G . 8 i s a f r o n t vieW f a f o u r t h p r o p e l l e d v e h i c l e i nu s e ;[ 0 0 4 0 ] F I G . 9 a i s a c r o s s - s e c t i o n o f t h e ? r s t p r o p e l l e dv e h i c l e t a k e n a l o n g a l i n e A - A n F I G . 1 , i n t h e p r o c e s s o fd o c k i n g ;[ 0 0 4 1 ] F I G . 9 b s h o W s t h e v e h i c l e a f t e r d o c k i n g ;[ 0 0 4 2 ] F I G . 9 0 i s an e n l a r g e d vieW sh oWing an i n d u c t i v ee l e c t r i c a l r e c h a r g e s y s t e m;[ 0 0 4 3 ] F I G . 10 i s a c r o s s - s e c t i o n shoWing an a l t e r n a t i v ed o c k i n g s t r u c t u r e ;[ 0 0 4 4 ] FIG. 11 i s a s c h e m a t i c vieW of a toWed t e t h e r e dv e h i c l e W i t h a f u r t h e r a l t e r n a t i v e d o c k i n g s t r u c t u r e ;[ 0 0 4 5 ] F I G . 12a s a f r o n t vieW o f a g l i d e r v e h i c l e ;[ 0 0 4 6 ] F I G . 12b s a s i d e vieW o f t h e v e h i c l e ;[ 0 0 4 7 ] F I G . 1 2 0 i s a p l a n v i e W o f t h e v e h i c l e ;[ 0 0 4 8 ] F I G . 13a i s a f r o n t vieW of a f o u r t h p r o p e l l e dv e h i c l e ;[ 0 0 4 9 ] F I G . 13b s a s i d e vieW o f t h e v e h i c l e ;[ 0 0 5 0 ] F I G . 14a i s a f r o n t vieW of a second toWed t e t h e rv e h i c l e ;[ 0 0 5 1 ] F I G . 14b s a s i d e vieW o f t h e v e h i c l e .[ 0 0 5 2 ] F I G . 15a i s an a x i a l vieW of a t o r o i d a l buoyancyc o n t r o l s y s t e m ;[ 0 0 5 3 ] F I G . 15b i s an a x i a l vieW o f a h e l i c a l buoyancyc o n t r o l s y s t e m ;[ 0 0 5 4 ] F I G . 1 5 0 i s a s i d e vieW o f t h e s y s t e m o f F I G . 1 5 b ;and[ 0 0 5 5 ] F I G . 15d s a s e c ti o n a l s i d e vieW o f a f u r t h e r buoya n c y c o n t r o l s y s t e m .[ 0 0 5 6 ] R e f e r r i n g t o F I G S . 1 a and b , a s u b m e r s i b l e v e h i c l e1 has an o u t e r h u l l 2 Which s evolved from a laminar ?oWh y d r o f o i l p r o ? l e s h o W n i n F I G . 1 b ) a s a body f r e v o l u t i o naround a h u l l a x i s 3 . Thus t h e o u t e r h u l l 2 a p p e a r s a n n u l a rWhen vieWed a l o n g t h e h u l l a x i s as shoWn i n F I G . 1 a . Ani n n e r W a l l 4 of h e a n n u l u s de?nes d u c t 5 Which s open o r eand f t s o t h a t When h e v e h i c l e i s submerged n Water r anyo t h e r l i q u i d , t h e W a t e r ? o o d s t h e d u c t a n d ?oWs t h r o u g h t h ed u c t a s t h e v e h i c l e moves t h r o u g h t h e W a t e r , g e n e r a t i n gh y d r o d y n a m i c l i f t .[ 0 0 5 7 ] As s h o W n i n F I G . 1 b , t h e h y d r o f o i l p r o ? l e t a p e r soutWardly g r a d u a l l y from a narroW boW end 6 t o a W i d e s tp o i n t 7 , t h e n t a p e r s i n W a r d l y more a p i d l y to a s t e m end . I n

8/13/2019 US 20080264323

19/26

US 008/0264323 A1

t h i s p a r t i c u l a r e m b o d i m e n t t h e W i d e s t p o i n t 7 i s p o s i t i o n e da p p r o x i m a t e l y t W o - t h i r d s o f t h e d i s t a n c e b e t W e e n t h e boWa n d s t e m e n d s . The a r t i c u l a r h y d r o f o i l s e c t i o n may e modi?ed n v a r i a n t s of h i s and t h e r v e h i c l e s s o a s to modify t h ec o e f ? c i e n t s o f i f t , d r a g a n d p i t c h moment n a c c o r d a n c e W i t ha p a r t i c u l a r r a n g e o f How e g i m e s a s d e t e r m i n e d by h e a p p r op r i a t e r a n g e o f R e y n o l d s numbers h a t may e v a l i d W i t h i n av a r i e t y o f p p l i c a t i o n s .[ 0 0 5 8 ] A a i r o f p r o p u l s o r s 9 , 1 0 a r e m o u n t e d s y m m e t r ic a l l y on p p o s i t e s i d e s o f t h e h u l l a x i s . The r o p u l s o r s comp r i s e p r o p e l l e r s 1 1 , 1 2 Which a r e mounted o n L - s h a p e d s u pp o r t s h a f t s 1 3 , 1 4 Which n t u r n a r e mounted o t h e h u l l i n l i n eW i t h t h e W i d e s t p o i n t 7 a s shoWn n F I G . 1 b . The r o p e l l e r sa r e mounted W i t h i n s h r o u d s 1 5 , 1 6 i n such a Way t h a t t h e i re f ? c i e n c y i s i n c r e a s e d . E a c h L - s h a p e d s h a f t i s p i v o t a l l ymounted o t h e h u l l s o t h a t t can o t a t e by 60 e g r e e s r e l a t i v eto t h e h u l l a b o u t a n a x i s p a r a l l e l t o t h e p i t c h a x i s o f t h ev e h i c l e , t h u s p r o v i d i n g t h r u s t - v ec t o r e d p r o p u l s i o n . B o t h t h es h r o u d and L - s h a p e d s h a f t h a v e a h y d r o f o i l s e c ti o n u s i n g ar a t i o b e t W e e n c h o r d l e n g t h a n d h e i g h t s i m i l a r t o t h a td e s c r i b e d f o r t h e o u t e r u l l . Thus o r e x a m p l e t h e p r o p u l s o r s8 , 9 c a n b e r o t a t e d betWeen t h e c o - d i r e c t e d c o n ? g u r a t i o nshoWn i n F I G S . 1 a a n d 1 b , i n Which t h e y p r o v i d e a t h r u s tf o r c e t o p r o p e l t h e v e h i c l e f o r W a r d a n d a l o n g t h e h u l l a x i s , tot h e c o n t r a - d i r e c t e d c o n ? g u r a t i o n shoWn n F I G S . 2 a a n d 2 b ,i n Which t h e y c a u s e t h e v e h i c l e t o r o l l c o n t i n u o u s l y a r o u n dt h e h u l l a x i s . ArroWs V n F I G . 2a l l u s t r a t e movement of h ev e h i c l e , and a r r o W s L n F I G . 2 a i l l u s t r a t e How f t h e l i q u i d .I t f o l l o W s t h e r e f o r e t h a t t h i s p a r t i c u l a r embodiment s e s f o u rm o t o r s W i t h i n i t s p r o p u l s i o n s y s t e m : tWo r u s h l e s s DC l e ct r i c motors o d r i v e t h e p r o p e l l e r s , and tWo DC l e c t r i c motorst o d r i v e t h e L - s h a p e d s u p p o r t s h a f t s upon Which h e p r o p e l l e rmotors a r e mounted, Where a mechanical Worm r i v e gearr e d u c t i o n mechanism i s used t o t r a n s f e r d r i v e and l o a d sbetWeen h e motor and h e L-shaped h a f t s . A l t e r n a t i v e motort y p e s s u c h a s s t e p p e r motors may be used f o r t h e l a t t e rs c h e m e , s o l o n g a s o p e r a t i n g l o a d s a r e c o n s i s t e n t W i t h t h er a t i n g o f t h e m o t o r s .[ 0 0 5 9 ] To r o v i d e f o r a minimum f open o o p p i t c h o r yaWs t a b i l i t y t h e v e h i c l e s c e n t r e o f g r a v i t y C o f G ) i s l o c a t e df o r W a r d o f t h e c e n t r e o f hydrodynamic p r e s s u r e , Whereg r e a t e r s t a b i l i t y i s a c h i e v e d b y g r e a t e r s e p a r a t i o n b e t W e e nt h e s e c e n t r e s . H o W e v e r , t h e p r e c i s e l o c a t i o n i s n o t c r i t i c a ls i n c e a d d i t i o n a l s t a b i l i t y may e p r o v i d e d b y a c l o s e d l o o pa t t i t u d e c o n t r o l s y s t e m n o t s h o W n ) t h a t may b e c o m b i n e dW i t h t h e v e h i c l e s p r o p u l s i o n s y s te m . I n s u c h c i r c u m s t a n c e ss t a b i l i t y may b e - s a c r i ? c e d f o r a g i l i t y b y o p e r a t i o n o f t h ev e h i c l e W i t h t s CofG t o r behind h e c e n t r e of ydrodynamicp r e s s u r e . S i m i l a r l y t h e p o s i t i o n o f t h e p r o p u l s o r s may b ea d j u s t e d e i t h e r f o r W a r d t o W a r d s t h e b o W , o r r e a r W a r d s t o W a r dt h e s t e r n , W h e r e i n v e h i c l e d y n a m i c s may e a d j u s t e d a c c o r di n g l y .[ 0 0 6 0 ] Such an t t i t u d e c o n t r o l s y s t e m i n c l u d e s i ) a d e v i c et h a t measures l i n e a r a c c e l e r a t i o n i n t h r e e o r t h o g o n a l a x e s ;and i i ) a d e v i c e t h a t measures a n g u l a r a c c e l e r a t i o n i n t h r e eo r t h o g o n a l a x e s ; and i i i ) a d e v i c e t h a t measures o r i e n t a t i o ni n tWo o r t h r e e o r t h o g o n a l a x e s ; and i v ) a d e v i c e t h a t comb i n e s t h e s i g n a l s from t h e s e d e v i c e s a n d c a l c u l a t e s demands i g n a l s t h a t s t i m u l a t e t h e a f o r e m e n t i o n e d p r o p u l s i o n s y s t e m ,i n a c c o r d a n c e W i t h t h e p a r t i c u l a r v e h i c l e dynamic m o t i o n o rs t a b i l i t y d e s i r e d a t t h a t t i m e . The o r i e n t a t i o n d e v i c e mayinclude a g r a v i t y s e n s o r , or a sensor t h a t d e t e c t s t h e e a r t h smagnetic e l d v e c t o r , o r b o t h . The e h i c l e m a y l s o i n c l u d e an a v i g a t i o n s y s t e m h a t e s t i m a te s t h e p o s i t i o n o f t h e v e h i c l e a t

O c t . 3 0 , 2 0 0 8

any p a r t i c u l a r t i m e W i t h r e s p e c t to some i n i t i a l r e f e r e n c ep o s i t i o n . A r e f e r r e d embodiment o f s u c h a n a v i g a t i o n s y stem i n c l u d e s a p r o c e s s i n g d e v i c e t h a t o p e r a t e s on d a t a p r ov i d e d b y t h e t t i t u d e c o n t r o l s y s t e m d e s c r i b e d a b o v e , a n d l s oupon t h e r o p t i o n a l d a t a W h e r e s p e c i ? c s e n s o r s t h a t p r o v i d es u c h d a t a may a l s o be i n c l u d e d W i t h i n t h e v e h i c l e f o r n a v ig a t i o n p u r p o s e s . Such s e n s o r s may n c l u d e i ) a G e o s t a t i o na r y P o s i t i o n i n g S a t e l l i t e G P S ) r e c e i v e r d e v i c e , a n d i i ) o n e o rmore a c o u s t i c t r a n s p o n d e r s o r communication d e v i c e s . TheGPS d e v i c e i s used t o d e r i v e an e s t i m a t e of t h e v e h i c l e sp o s i t i o n i n l a t i t u d e , l o n g i t u d e a n d e l e v a t i o n When u r f a c e d .The a c o u s t i c t r a n s p o n d e r o r communications d e v i c e t r a n sm i t s and r e c e i v e s a c o u s t i c s i g n a l s i n o r d e r t o e s t a b l i s h i t sp o s i t i o n r e l a t i v e t o one r more corresponding r a n s p o n d e r o rc o m m u n i c a t i o n s d e v i c e s l o c a t e d W i t h i n t h e l o c a l l i q u i dmedium. I n a p r e f e r r e d embodiment t h e p r o c e s s i n g d e v i c ei n c l u d e s a s p e c i ? c a l g o r i t h m d e s c r i b e d a s a kalman l t e r t h a te s t i m a t e s t h e r e l a t i v e o r a b s o l u t e p o s i t i o n o f h e v e h i c l e b a s e dupon h e v a r i a b l e d a t a p r o v i d e d from h e s e n s o r d e v i c e s o f h ea t t i t u d e c o n t r o l a n d n a v i g a t i o n s y s t e m s .[ 0 0 6 1 ] I n t h i s p a r t i c u l a r embodiment t h e v e h i c l e i sd e s i g n e d W i t h a s m a l l d e g r e e o f o i t i v e b u o y a n c y . The e n t r eo f b u o y a n c y C o f B ) may e p o s i t i o n e d a n y W h e r e b e t W ee n am ini m u m Where t h e CofB i e s c o i n c i d e n t W i t h t h e c e n t r e o fg r a v i t y , and a m a x i m u m Where t h e CofB i e s W i t h i n t h e v o lume f an n v e r t e d cone above h e CofG, and Where h e apexof h e cone a d j o i n s t h e CofG and Where h e b a s e of h e conei s s u b t e n d e d by t h e u p p e r p a r t o f t h e a n n u l a r h u l l .[ 0 0 6 2 ] I n a p a r t i c u l a r embodiment h e cone s i n c l i n e d s u c ht h a t no p a r t o f t s volume i e s r e a r o f t h e v e r t i c a l p l a n e t h a tb i s e c t s t h e v e h i c l e s a x i s and o i n c i d e s W i t h t h e CofG. W h e nt h e CofB i e s W i t h i n h i s c o n e and s s e p a r a t e d from h e CofG,t h e v e h i c l e W i l l a d o p t a p o s i t i v e p i t c h u n d e r s t a t i c c o n d i t i o n sa n d t h e r e f o r e may g l i d e f r o m d e p t h t o t h e s u r f a c e u n d e rf o r c e s d e r i v e d o n l y f r o m t h e c o m b i n a t i o n o f p o s i t i v e b u o ya n c y a n d h y d r o d y n a m i c i f t f r o m t h e a n n u l a r u l l , a n d W h e r esome s e f u l l a t e r a l d i s t a n c e o f r a v e l i s g a i n e d by h e v e h i c l e ss h a l l o W g l i d e p a t h .[ 0 0 6 3 ] T h i s a l l o W s f o r o p p o r t u n i s t i c c o n s e r v a t i o n o f e n e r g yW i t h i n a v e h i c l e s b a t t e r y s t o r e by r e - u s e o f g r a v i t a t i o n a lf o r c e s W i t h i n i t s m i s s i o n c y c l e . The l i d e p a t h o f t h e v e h i c l emay l s o b e i m p r o v e d b y a d o p t i n g r o p e l l e r s n o t s h o W n ) h a tmay be f o l d e d t o l i e p a r a l l e l t o t h e h u l l a x i s When o t i n u s e ,o r by o m i s s i o n o f t h e p r o p e l l e r s h r o u d s , i n Which c a s e sv e h i c l e d r a g W i l l b e f u r t h e r m i n i m i z e d .[ 0 0 6 4 ] The e h i c l e may l s o i n c l u d e s o l a r e n e r g y c e l l s n o ts h o W n ) a r r a n g e d a r o u n d t h e o u t e r b o d y o f t h e h u l l , W h e r eo n c e a g a i n t h e a n n u l a r h u l l p r o v i d e s a n e ? i c i e n t implement a t i o n s i n c e i t s o u t e r s u r f a c e a r e a i s r e l a t i v e l y l a r g e Whencompared o a c y l i n d r i c a l v e h i c l e of i m i l a r mass. I n such anembodiment t h e s o l a r c e l l s a r e connected e l e c t r i c a l l y t o ac h a r g i n g c i r c u i t t h a t r e p l e n i s h e s t h e e n e r g y s t o r e d W i t h i nr e c h a r g e a b l e c e l l s l o c a t ed W i t h i n t h e b a t t e r y s t o r e s . T h i sa l l o W s f o r p l a n n e d a n d o p p o r t u n i s t i c r e p l e n i s h m e n t o fv e h i c l e e n e r g y s t o r e s u s i n g s o l a r e n e r g y When h e v e h i c l e i soperating o r s t a t i o n a r y a t o r near t h e s e a s u r f a c e .[ 0 0 6 5 ] I n t h i s embodiment t h e CofB may be ?xed t somes t a t i c l o c a t i o n W i t h i n t h e aforementioned o l u m e t r i c c o n e , o rt h e CofB may e d y n a m i c a l l y a d j u s t e d by a c o n t r o l mechanism o p o s i t i o n s around h e c o n e . I n e i t h e r c a s e t h e CofB sc o n t r o l l e d by t h e l o c a t i o n o f one o r more o s i t i v e l y b u o y a n tb a l l a s t elements l o c a t e d W i t h i n a t o r o i d a l s e c t i o n of h e annul a r h u l l . I n t h e embodiment Where tWo b a l l a s t e l e m e n t s a r eu s e d , t h e e l e m e n t s may b e c o - l o c a t e d W i t h i n t h e t o r o i d , i n

8/13/2019 US 20080264323

20/26

US 008/0264323 A1

Which a s e t h e v e h i c l e s s t a t i c buoyancy i l l be m ax i m um ;o r t h e tWo a l l a s t e l e m e n t s may e l o c a t e d around h e to r o i di n such manner h a t t h e v e h i c l e s CofB and Cof G both i e ont h e h u l l a x i s , i n Which a s e t h e v e h i c l e s s t a t i c s t a b i l i t y W i l l b eZero.[ 0 0 6 6 ] T h e r e f o r e t h e v e h i c l e may s e i t s p r o p u l s i o n s y s t e mt o i n d u c e s p i n a r o u n d t s h u l l a x i s , a n d t h e v e h i c l e may d j u s tt h e p o s i t i o n o f t s CofB i n r e l a t i o n t o i t s CofG. The v e h i c l emay h e r e f o r e a d a p t t s d y n a m i c m o t i o n When r a v e l i n g W i t ho u t s p i n , When maximal s e p a r a t i o n b e t W e e n CofB a n d CofGi s d e s i r a b l e . HoWever h e v e h i c l e may l s o a d a p t i t s d y n a m i cmotion When s p i n i s i n d u c e d , e i t h e r W i t h o r W i t h o u t motiona l o n g t h e a x i s o f h e u l l , When i n i m a l s e p a r a t i o n e l a t i v e t ot h e h u l l a x i s betWeen CofG and CofB s d e s i r a b l e i n t h e e v e n tt h a t one s h o u l d Wish o minimiZe e c c e n t r i c i t y i n r o l l .[ 0 0 6 7 ] The h r u s t v e c t o r e d p r o p u l s o r s p r o v i d e t h e meansf o r motion a l o n g t h e h u l l a x i s , e i t h e r f o r W a r d o r i n r e v e r s e ,and s p i n o r r o l l a r o u n d t h e h u l l a x i s , and i t c h o r yaW a b o u tt h e v e h i c l e s CofG. A s e s c r i b e d e a r l i e r t i s c l e a r t h a t t h e tWop r o p u l s o r s may e c o n t r a - d i r e c t e d i n o r d e r t o i n d u c e v e h i c l er o l l . The tWo r o p u l s o r s may l s o be o - d i r e c t e d . F o r i n s t a n c eW hen both a r e d i r e c t e d doWn s o t h a t t h e i r t h r u s t v e c t o r s l i e sa b o v e t h e CofG, t h e n t h e v e h i c l e W i l l p i t c h n o s e d o W n . S i m il a r l y When t h e tWo p r o p u l s o r s a r e d i r e c t e d up s o t h a t t h e i rt h r u s t v e c t o r l i e s b e l o W t h e C o f G , t h e n t h e v e h i c l e W i l l p i t c hn o s e u p . I t i s a l s o c l e a r t h a t v a r y i n g d e g r e es o f r o p u l s o r p i t c hi n r e l a t i o n t o t h e v e h i c l e and e a c h o t h e r may be used t oa c h i e v e v e h i c l e p i t c h , r o l l a n d y a W . YaW may l s o b e i n d u c e db y d i f f e r e n t i a l t h r u s t a p p l i c a t i o n When i f f e r e n t i a l p r o p e l l e rr e v o l u t i o n r a t e s a r e a d o p t e d . Thus i t can be seen t h a t t h ev e h i c l e i s a b l e t o d i v e , t u r n , r o l l and s u r f a c e u n d e r i t s oWnautonomous c o n t r o l .[ 0 0 6 8 ] The e h i c l e c a n b e d r i v e n i n a s p e c i a l Way When h ev e h i c l e i s s p i n n i n g a n d When t h e p o s i t i o n o f t h e CofG i sc o - a l i g n e d W i t h t h e p r o p u l s o r a x i s o f o t a t i o n . R e f e r r i n g t oF I G . 2 b , i f We e?ne v e r t i c a l d i r e c t i o n being e r t i c a l on h ep a g e , t h e n i n t h e p o s i t i o n shoWn n F I G . 1a t h e v e h i c l e i s a t ar o l l a n g l e o f 0 d e g r e e s W i t h t h e p r o p u l s o r 9 d i r e c t e d u p a n d t h ep r o p u l s e r 1 0 d i r e c t e d doWn. I f doWnWards movement i sr e q u i r e d , t h e n t h e p r o p u l s o r 9 i s p u l s e d on When t t h e v e h i c l ei s b e t W e e n 350 e g r e e s a n d 1 0 d e g r e e s o r some t h e r l i m i t e da r c i n Which t h e p r o p u l s o r 9 i s d i r e c t e d g e n e r a l l y u p W a r d s )and h e p r o p e l l e r 1 0 i s p u l s e d on When h e v e h i c l e i s betWeen1 7 0 d e g r e e s and 1 9 0 d e g r e e s o r some o t h e r l i m i t e d a r c i nW h i c h t h e p r o p u l s o r 1 0 i s d i r e c t e d g e n e r a l l y u p W a r d s ) . T h ev e h i c l e i n t e g r a t e s t h e t h r u s t v e c t o r a r o u n d t h e a r c , and e x p er i e n c e s a l i n e a r a c c e l e r a t i o n t h a t i n d u c e s t r a v e l normal o t h eh u l l a x i s i n t h i s c a s e d o W n W a r d s ) . T h i s e n a b l e s t h e s p i n n i n gv e h i c l e t o be r e c i s e l y moved n a p l a n e t h a t l i e s normal o t h eh u l l a x i s .[ 0 0 6 9 ] I t i s t h e r e f o r e c l e a r t h a t t h e v e h i c l e h a s a h i g h d e g r e eo f m a n o u e v r a b i l i t y , s i n c e i t s t h r u s t v e c to r e d p r o p u l s i o n mayb e a r r a n g e d f o r h i g h t u r n r a t e s u n d e r d y n a m i c c o n t r o l . I t i sa l s o c l e a r h a t t h e v e h i c l e h a s a h i g h d e g r e e o f t a b i l i t y . I n t h e? r s t i n s t a n c e When m o t i o n i s a l o n g t h e a x i s o f t h e h u l l t h e nr e l a t i v e l y h i g h s p e e d s may e a c h i e v e d W i t h c o n t r a - r o t a t i n gp r o p e l l e r s t h a t c a n c e l i n d u c e d t o r q u e , W h i l e c o n t r a - d i r e c t e dp r o p u l s o r s p r o v i d e f o r f u r t h e r r o l l s t a b i l i t y . I n t h e s e c o n di n s t a n c e When s p i n m o t i o n a r o u n d t h e h u l l a x i s i s i n d u c e d ,t h e n a n g u l a r momentum i s i n c r e a s e d and o n c e a g a i n t h es t a b i l i t y o f t h e v e h i c l e i s i n c r e a s e d , Where h i s may e measured s a reduction n v e h i c l e a t t i t u d e o r p o s i t i o n e r r o r s Whens u b j e c t t o e x t e r n a l f o r c e s .

O c t . 3 0 , 2 0 0 8

[ 0 0 7 0 ] The boW f t h e v e h i c l e c a r r i e s a p a i r o f v i d e o came r a s 1 7 , 1 8 f o r c o l l i s i o n a v o i d a n c e a n d i m a g i n g a p p l i c a t i o n s .The e l a t i v e l y l a r g e d i a m e t e r o f t h e h u l l e n a b l e s t h e c a m e r a st o b e W e l l s p a c e d a p a r t , t h u s p r o v i d i n g a l o n g s t e r e o s c o p i cb a s e l i n e t h a t p r o v i d e s f o r a c c u r a t e r a n g e e s t i m a t i o n by meas u r e m e n t o f p a r a l l a x b e t W e e n o b j e c t s l o c a t e d W i t h i n b o t hcamera ?elds of vieW. A onar t r a n s m i t t e r 19 and a sonarr e c e i v e r 2 0 a r e p r o v i d e d f o r s o n a r i m a g i n g a n d s e n s i n g .A g a i n , t h e Wide b a s e l i n e i s an a d v a n t a g e . The o u t e r h u l l 2c o n t a i n s an n t e r i o r space Which can be seen n FIG. 1 a . Thiso u t e r h u l l i s p r e f e r e n t i a l l y manufactured from s t i f f composi t e m a t e r i a l u s i n g g l a s s o r c a r b o n ? b r e ? l a m e n t s l a m i n a t e da l t e r n a t e l y b e t W e e n l a y e r s o f e p o x y r e s i n . A l t e r n a t i v e l y ac h e a p e r , l e s s r e s i l i e n t h u l l may b e moulded from a s u i t a b l eh a r d p o l y m e r s u c h a s p o l y u r e t h a n e o r h i g h d e n s i t y p o l y e t hy l e n e . I t i s a l s o p o s s i b l e t o m a n u f a c t u r e t h e o u t e r h u l l froma l u m i n i u m , s h o u l d t h e h u l l b e p r e s s u r i s e d . The n t e r i o r s p a c emay e ?ooded y means f s m a l l p e r f o r a t i o n s n o t s h o W n ) i nt h e o u t e r h u l l , o r may be p r e s s u r i Z e d . The i n t e r i o r s p a c eh o u s e s a p a i r o f b a t t e r y p a c k s 2 1 , 2 2 , a p a i r o f stem s e n s o r s2 3 , 2 4 , a n d f o u r t o r o i d a l p r e s s u r e v e s s e l s 2 5 - 2 8 s p a c e d a p a r ta l o n g t h e h u l l a x i s . The r e s s u r e v e s s e l s c o n t a i n t h e v e h i c l ee l e c t r o n i c s , some r o p u l s i o n s u b - s y s t e m e l e m e n t s a n d o t h e ri t e m s , a n d a r e j o i n e d b y a x i a l s t r u t s n o t s h o W n ) . I n t h i sp a r t i c u l a r embodiment h e t o r o i d a l p r e s s u r e v e s s e l s a r e p r e fe r e n t i a l l y m a n u f a c t u r e d f r o m s t i f f c o m p o s i t e s u s i n g e i t h e rg l a s s o r c a r b o n ? b r e ? l a m e n t s Wound h e l i c a l l y a r o u n d t h et o r o i d a n d a l t e r n a t e l y l a m i n a t e d b e t W e e n l a y e r s o f e p o x yr e s i n . A l t e r n a t i v e l y t h e t o r o i d a l p r e s s u r e v e s s e l s may b emanufactured from a s u i t a b l e g r a d e of m e t a l such a s a l uminium, s t a i n l e s s o r g a l v a n i Z e d s t e e l , o r t i t a n i u m .[ 0 0 7 1 ] The l e n g t h o f t h e h u l l a l o n g t h e h u l l a x i s c o r r es p o n d s t o t h e c h o r d o f t h e h y d r o f o i l s e c t i o n , a n d h i s i s i n d ic a t e d a t a ) i n F I G . 2 a , W h i l e t h e d i a m e t e r o r s p a n a c r o s s t h ed u c t a t i t s tWo e n d s i s i n d i c a t e d a t b ) . The a s p e c t r a t i o AR)of h e h u l l i s d e s c r i b e d a s f o l l o W s :

Where B s t h e s p a n o f h e h u l l d e ? n e d by h e m a x i m u m u t e rd i a m e t e r o f t h e h u l l ) and Where S i s t h e p r o j e c t e d a r e a o f t h eh u l l .[ 0 0 7 2 ] I f We a k e t h e s p a n B as b e i n g a p p r o x i m a t e l y e q u a lt o b ) , a n d t h e a r e a S a s b e i n g a p p r o x i m a t e l y e q u a l t o b ) > < a ) ,t h e n AR s a p p r o x i m a t el y 2 b ) / a ) . I n t h e v e h i c l e o f F I G . 2 b ,t h e AR s a p p r o x i m a t e l y 1 . 4 2 , a l t h o u g h t h i s number may emodi?ed i n o t h e r embodiments Where t h e a p p l i c a t i o n maydemand t h e r a t i o s . I t i s e v i d e n t t h a t t h e v e h i c l e form may bea d j u s t e d b y s i m p l e v a r i a t i o n o f t s t o r o i d a l d i a m e t e r o r e ? e c tnarroW e h i c l e s Where a s p e c t r a t i o i s l o W , o r t o r e ? e c t broadv e h i c l e s Where a s p e c t r a t i o i s h i g h . I n e i t h e r c a s e s p e c i ? ca d v a n t a g e s may e g a i n e d u n d e r e r t a i n c i r c u m s t a n c e s , s i n c er e l a t i v e l y h i g h c o e ? i c i e n t s o f i f t may b e a c h i e v e d u s i n g at o r o i d a l f o r m W i t h l o W a s p e c t a t i o , W h i l e o p t i m a l g l i d e s l o p er a t i o s , o r e q u i v a l e n t r a t i o s o f i f t o v e r d r a g may e a c h i e v e du s i n g a t o r o i d a l f o r m W i t h h i g h a s p e c t r a t i o .[ 0 0 7 3 ] The u t e r h u l l i s d e s i g n e d o m i n i m i Z e t s d r a g c o e f? c i e n t W i t h i n t h e ? u i d ?oW e g i m e d e t e r m i n e d b y t h e r a n g e o fR e y n o l d s n u m b e r s t h a t d e s c r i b e t h e o p e r a t i o n o f t h e v e h i c l eW i t h i n p a r t i c u l a r s c e n a r i o s . The u t e r h u l l i n c l u d e s an underl a y e r shoWn i n F I G . 1 b W i t h c r o s s h a t c h i n g ) , and an o u t e rs k i n l a y e r n o t s h o W n ) .[ 0 0 7 4 ] A e c o n d v e h i c l e 30 s shoWn n F I G S . 3 a and 3 b .The e h i c l e i s i d e n t i c a l t o t h e v e h i c l e 1 , b u t employs a b i omimetic ? n W i n t h r u s t v e c t o r p r o p u l s i o n s y s t e m i n s t e a d o f a

8/13/2019 US 20080264323

21/26

8/13/2019 US 20080264323

22/26

8/13/2019 US 20080264323

23/26

8/13/2019 US 20080264323

24/26

8/13/2019 US 20080264323

25/26

8/13/2019 US 20080264323

26/26

Documents

US 20080264323