CN110072769B - 在远距离具有降低的被探测概率的水下航行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有降低的被探测概率的水下航行器(10)，其中，水下航行器(10)包括外壳(50)，其中，水下航行器(10)具有船首部分(20)、船尾部分(40)和船中部分(30)，其中，船中部分(30)的外壳(50)具有横向于水下航行器(10)的纵向方向的多边形横截面，其中，船中部分(30)的外壳(50)包括沿水下航行器(10)的纵向方向的弯曲部。

Description

在远距离具有降低的被探测概率的水下航行器

技术领域

本发明涉及具有外部形状的水下航行器、特别是潜艇，其中，该形状被优化，以减小借助主动式声纳探测的可能性。由此，可以显著减小如下距离，从该距离处，能够探测到水下航行器。

背景技术

目前，水下航行器、特别是军用潜艇传统上在船中区域具有圆柱形基本形状(简化形式)并且具有半球形的船首部分和锥形的船尾部分。这种形状是流线型的并且易于制造为单体船或双体船。

当今，特别利用声纳来探测潜艇，其中，旨在优选在远距离(例如，100km)内进行探测。这使得声纳的声波以平行于水面的极浅的角度撞击水下航行器。为避免探测，必须避免特别朝向发射器反射声波，接收器通常也位于发射器处。基于这种在几何方面的考虑得出，在远距离内探测水下航行器的可能性特别取决于声音以±20°的角度的反射、特别以±10°的角度的反射。

在短距离处，其它定位可能性，特别是热、声音发射、磁特性和许多其它可能性，是相关的，因此这里，探测的可能性通常由其它参数确定。

然而，圆柱形主体具有这样的特性，即，波几乎竖直地各向同性地反射，因此在空间的所有竖直方向上输出几乎相同的能量。这导致在非常浅的角度的范围内的探测不是特别低。

US 1,500,997公开了用于减少信号的潜艇的板式包层。

GB 531 892 A公开了电驱动微型潜艇。

DE 196 23 127 C1公开了用于减小目标尺寸的吸声器。

DE 197 54 333 A1公开了双体式潜艇。

DE 1 196 531 A公开了具有弯曲表面的水下航行器。

US 2005/0145159 A1公开了具有弯曲部的艇的壳结构。

US 4 577 583 A公开了具有流线型壳的水下航行器。

EP 0 850 830 A2公开了具有三个压力容器的潜艇。

发明内容

本发明的目的是提供水下航行器，其在远距离定位的情况下具有显著降低的探测的可能性。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的水下航行器来解决。有利的发展从从属权利要求、以下描述和附图中得出。

根据本发明的具有降低的被探测概率的水下航行器具有外壳。水下航行器具有船首部分、船尾部分和船中部分。船中部分的外壳具有横向于水下航行器的纵向方向的多边形横截面。此外，船中部分的外壳具有在船中部分的整个长度上的、沿着水下航行器的纵向方向的弯曲部。

已知多边形横截面本身用于有针对性地在不同于发射器的方向上反射探测波。这在飞行器制造或艇制造(例如，海影号)中原则上是已知的。这里，使用大的、平坦的并且倾斜的表面作为反射器。

这本身具有以下缺点：较高阶的反射还在不同的角度处发生，因此甚至在非常浅的角度的范围内也可以发生可探测性。此外，由于潜艇被多个边界表面(在该表面处，可以发生对发射器的反射)包围，这样的布置本身对于潜艇而言还不如例如飞行器有效。这种边界表面例如在所有海床和水面上方，但也可以是由海水分层产生且构成反射面的表面。

为了使该缺点最小化，根据本发明，船中部分的外壳具有沿着水下航行器的纵向方向的弯曲部。通过这种方式，发生了两种效果-反射和散射。效果在于，可以显著减小在非常浅的角度范围内的探测波的能量。船中部分的外壳的弯曲部在船中部分的整个长度上延伸。这里，弯曲部可以在该长度上具有可变的曲率半径，但是曲率半径不能是无穷大的。这将导致在平坦表面的至少一个点处形成，该平坦平面将反射入射波束而没有散射。

船中部分布置在船首部分和船尾部分之间。船首部分的长度为水下航行器的总长度的5％至40％、优选5％至30％、特别优选5％至20％，其中，船首部分始于水下航行器的船首。船尾部分的长度为水下航行器的总长度的5％至40％、优选为5％至30％、特别优选5％至20％，其中，船尾部分始于水下航行器的船尾。由此，船中部分的长度为水下航行器的总长度的20％至90％、优选40％至90％、特别优选60％至90％。

因此，与传统的圆柱形水下航行器相比，这使得在发射器方向上反射的波的功率减小了例如10000倍。通过这种方式，可能的探测距离减小了数量级。这显著增加了水下航行器的运动自由度。

多边形横截面的示例可以包括三角形或四边形，所述两种多边形由于适配性较小而相当不太优选。相反，具有5至10个角或侧边的多边形是优选的，其中，侧边的长度还优选不同。在每种情况下，特别优选对置的侧边成对地具有相同的长度。

在本发明的另外的实施例中，多边形横截面具有圆角区域。这在制造和流体动力学方面是有利的。

在本发明的另外的实施例中，多边形横截面具有垂直于纵向轴线的镜像平面。这说明，左舷侧和右舷侧的外轮廓是相同的。

在本发明的另外的实施例中，船中部分的外壳包括在横向于水下航行器的纵向方向的整个横截面上的沿水下航行器的纵向方向的弯曲部。

在本发明的另外的实施例中，外壳具有至少一个第一区段，其中，第一区段在水下航行器的纵向方向上形成第一锥形部分或者由两个或更多个锥形部分组成。区段被定义为在上方和下方由多边形横截面的边缘界定的区域。在纵向方向上，区段的扩展由船中部分的扩展界定。锥形部分是锥体的凸面的局部区域。特别优选地，第一区段和位于艇的对置侧的相应的第二区段具有镜像对称的锥形区段。锥体是由高度和半径定义的几何图形。在锥形区段的情况下，曲率半径因此横向于水下航行器的纵向方向连续地变化。当然，其也可以是斜锥体的锥形区段，其中，竖直轴线不相对于圆形底面居中。

在本发明的另外的实施例中，外壳具有至少一个第三区段，其中，第三区段在水下航行器的纵向方向上至少部分地、优选全部地形成第三锥形部分，其中，第三锥形部分的高度和/或半径与第一锥形部分的高度和/或半径不同。

在本发明的另外的实施例中，锥形部分的锥体具有高度，其中，高度与水下航行器的长度的比率在0.5到1000之间、优选地在3.5到130之间、特别优选地在8.0到35之间。

在本发明的另外的实施例中，锥形部分的锥体具有直径，其中，锥体直径与水下航行器的长度的比率在2到100之间、优选地在6到50之间、特别优选地在10到20之间。

在本发明的另外的实施例中，水下航行器包括船中部分中的塔部。特别优选地，塔部具有外壁，该外壁相对于垂线倾斜至少10°、特别优选至少20°。

特别优选地，塔部具有与多边形横截面的位于塔部下方的相邻侧面相同的角度。

在本发明的另外的实施例中，船中部分的弯曲部具有曲率半径，其中，曲率半径与水下航行器的长度的比率在5到1000之间、优选地在10到250之间、特别优选地在25到100之间。

船中部分的曲率在整个长度上不必是恒定的。特别地，船中部分的曲率、特别是与船首部分和/或船尾部分相邻的曲率可以朝着这些部分增大，例如以实现过渡。优选地，在从船中区域到船首部分的过渡中，曲率增大，并且在从船中区域到船尾部分的过渡中，曲率减小。

因此，例如对于长度为80m的水下航行器，产生了船中部分的弯曲部，相对于未弯曲的、直圆柱形形状，该弯曲部使得包围船中区域的假想圆的横截面放大了约0.5m至2m，这里，塔部或者其它上部结构或延伸部在概念上未考虑在内。

在本发明的另外的实施例中，多边形横截面具有最宽点，其中，多边形横截面的最宽点布置在中心的下方或上方，其中，中心定义为多边形横截面的高度的一半。

这种对称构造的偏差使得以针对性的方式将入射的探测波的较大部分偏转到相同的方向上。如果最宽点位于中心的下方，那么较大部分向上反射，并且因此反射到水面。如果最宽点位于中心的上方，那么较大部分向下反射，并且因此反射到海床。第一种变形方案优选用于船的稳定性，并且第二种变形方案优选用于减少目标尺寸。

在本发明的另外的实施例中，多边形横截面的最宽点在中心的下方或上方布置在多边形横截面的高度的一半的至少10％处、优选地至少20％处。

在本发明的另外的实施例中，多边形横截面的所有平面相对于垂线倾斜至少10°、优选地至少20°。

在本发明的另外的实施例中，多边形横截面的所有平面相对于垂线倾斜10°至40°或者50°至80°。另外，45°的角度还应该避免，这是由于在这种情况下，入射波例如反射到水面上，被水面反射回来，然后在此直接反射到发射器。虽然强度由于多次反射而减小，但与其它角度相比，仍然显著增大。

在本发明的另外的实施例中，外壳具有吸音特性。除了优化的几何形状，外壳可以由吸音材料制成，可以包括吸音材料或者可以涂覆有吸音材料。由于永远不可能完全吸收，因此这两种效果的结合是积极的。

在本发明的另外的实施例中，外壳对于在100Hz至100kHz频率范围内、特别在1kHz至25kHz频率范围内的声波基本上是反射性和/或吸收性的。由于外壳下方可以布置其它非优化结构，因此穿过外壳的透射必须保持尽可能低。根据定义，反射率、吸收率和透射率之和为l。当反射率和/或透射率为至少0.75、优选至少0.9、特别优选至少0.95时，那么认为基本上是反射性和/或吸收性的。

根据本发明，水下航行器具有位于外壳下方的基本圆柱形的压力容器。

在本发明的另外的实施例中，外壳不完全包围圆柱形的压力容器。压力容器由此在区域中形成外壳。例如，在更不关键的点，例如在下侧，可能是这种情况。

在本发明的另外的实施例中，在外壳和压力容器之间布置传感器、特别是被动式声纳传感器和/或燃料存储器。

燃料存储器包括操作潜艇所需的所有形式的存储物品，例如这些是汽油或柴油罐、氢存储器(例如，以压缩气体存储器、液态氢存储器或金属氢化物存储器的形式)、氧存储器(例如，以压缩气体存储器或液态氧存储器的形式)、甲醇存储器、乙醇存储器、电池、蓄电池和用于燃气轮机的压缩气体存储器以及自动或遥控水下航行器和武器，例如，鱼雷或导弹、或诱饵。

在本发明的另外的实施例中，螺旋桨布置成与外壳的最宽点齐平。

在本发明的另外的实施例中，水下航行器是潜艇。优选地，水下航行器是军用水下航行器，特别优选是军用潜艇。

附图说明

下面，参照附图中示出的示例性实施例更详细地解释根据本发明的水下航行器。

图1是根据本发明的水下航行器的俯视图，

图2是第一示例性水下航行器的横截面，

图3是第二示例性水下航行器的横截面，

图4是第三示例性水下航行器的横截面，

图5是第四示例性水下航行器的横截面。

具体实施方式

图1示出了水下航行器10的俯视图，该水下航行器具有船首部分20、船中部分30和船尾部分40，其中，水下航行器在船尾部分40具有舵60(此处为十字舵的形式)和螺旋桨70。水下航行器10具有外壳50，外壳包括在水下航行器10的纵向方向上的船中部分的弯曲部，如相比于以简化的形式示为圆柱体的压力容器80可以看出。实际上，压力容器80在船首和船尾处还具有圆形端部，优选是半球形端部，为简单起见，这里已省略。压力容器80也不必占据全长。特别地，武器管可以布置在船首。

图2示出了第一示例性横截面。外壳80具有六边形横截面，最宽点100与中心90精确地齐平，该中心由圆柱形压力容器80的中心形成。在这里和下文中，该点相应地用作根据多边形横截面的高度的一半的中心，这是由于它们实际上重合，但是中心点可以更容易地在视觉上示出。外壳50的全部表面相对于垂线成30°或90°的角度。

图3示出了第二示例性横截面。外壳80具有不规则的六边形横截面，其中，最宽点100显著布置在中心90上方。由此，入射波的大部分被反射到海床，导致进一步减小探测的可能性。

图4示出了第三示例性横截面。外壳80具有不规则的六边形横截面，其中，最宽点100显著布置在中心90下方。由此，虽然入射波的大部分被反射到水面，然而水下航行器10的重心可以布置得更低。这对于水下航行器10的稳定性是有利的。

与图2至图4相反，图5示出了具有圆角的横截面，其在其它方面与图3中的第二示例性横截面基本相同。此外，在外壳50和压力容器80之间布置有燃料储存器110和声纳传感器120。

图2至图5中示出的全部横截面均为镜像对称设计。这不是必需的，但是是优选的。

附图标记列表

10 水下航行器

20 船首部分

30 船中部分

40 船尾部分

50 外壳

60 舵

70 螺旋桨

80 压力容器

90 中心

100 最宽点

110 燃料储存器

120 声纳传感器

Claims (19)

1.一种具有降低的被探测概率的水下航行器(10)，其中，所述水下航行器(10)包括外壳(50)，其中，所述水下航行器(10)包括船首部分(20)、船尾部分(40)和船中部分(30)，其中，所述船中部分(30)的所述外壳(50)具有横向于所述水下航行器(10)的纵向方向的多边形横截面，其特征在于，所述船中部分(30)的所述外壳(50)包括在所述船中部分(30)的整个长度上的沿所述水下航行器(10)的纵向方向的弯曲部，其中，所述水下航行器(10)具有位于所述外壳(50)下方的圆柱形的压力容器(80)，其中，所述弯曲部具有曲率半径，其中，所述曲率半径与所述水下航行器的在所述纵向方向上的总长度的比率在5至1000之间。

2.根据权利要求1所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面具有圆角区域。

3.根据上述权利要求中任一项所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面具有垂直于纵向轴线的镜像平面。

4.根据上述权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述船中部分(30)的所述外壳(50)包括在横向于所述水下航行器(10)的纵向方向上的整个横截面上的沿所述水下航行器(10)的纵向方向的弯曲部。

5.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述外壳(50)沿所述水下航行器(10)的纵向方向形成锥形部分或者由两个或更多个锥形部分构成。

6.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述水下航行器(10)包括在所述船中部分(30)的塔部。

7.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述比率在10到250之间。

8.根据权利要求7所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述比率在25到100之间。

9.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面具有最宽点(100)，其中，所述多边形横截面的所述最宽点(100)布置在中心(90)的下方或上方，其中，所述中心(90)定义为所述多边形横截面的高度的一半。

10.根据权利要求9所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面的所述最宽点(100)在所述中心(90)的下方或上方布置在所述多边形横截面的高度的一半的至少10％处。

11.根据权利要求9所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面的所述最宽点(100)在所述中心(90)的下方或上方布置在所述多边形横截面的高度的一半的至少20％处。

12.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面的所有平面相对于垂线倾斜至少10°。

13.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面的所有平面相对于垂线倾斜至少20°。

14.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述多边形横截面的所有平面相对于垂线倾斜10°至40°或者50°至80°。

15.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述外壳(50)具有吸音特性。

16.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述外壳(50)对于在100Hz至10

0kHz的频率范围内的声波是反射性的和/或吸收性的。

17.根据权利要求16所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述频率范围为1kHz至25kHz。

18.根据权利要求1或2所述的水下航行器(10)，其特征在于，在所述外壳(50)和所述压力容器(80)之间布置传感器和/或燃料存储器(110)。

19.根据权利要求18所述的水下航行器(10)，其特征在于，所述传感器为被动式声纳传感器(120)。

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