DE102006060796B4

DE102006060796B4 - Unterwasserantenne

Info

Publication number: DE102006060796B4
Application number: DE200610060796
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Stumpff
Original assignee: Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: DE102006060796A1

Abstract

Unterwasserantenne zur Befestigung an der Körperwand (111) eines Fahrzeugkörpers (11) eines Unterwasserfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von elektroakustischen Wandlern (13), die auf einem eine Trägerplatte (20) aufweisenden Träger (14) angeordnet sind, mit an der Trägerplatte (20) angreifenden Halteelementen zur Befestigung des Trägers (14) am Fahrzeugkörper (11) und mit einem in Schalleinfallsrichtung (10) den Wandlern (13) vorgeordneten, akustisch transparenten Hüllkörper (19), dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (19) an der Trägerplatte (20) festgelegt ist und die Halteelemente als an der Trägerplatte (20) befestigte Distanzstege (15) ausgebildet sind und dass ein durch die Distanzstege (15) zwischen Trägerplatte (20) und Körperwand (111) des Fahrzeugkörpers (11) geschaffener, dem Wasser ausgesetzter Zwischenraum (30) für eine ungehinderte Wasserbewegung allseits offen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterwasserantenne zur Befestigung an der Körperwand eines Fahrzeugkörpers eines Unterwasserfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Unterwasserantenne ( DE 38 34 669 A1 ) ist der Träger eine Dämmplatte in Form eines Feder-Masse-Systems zur Abschirmung von Störschall, der von dem Fahrzeugkörper aufgrund von in der Körperwand sich ausbildenden Biegewellen abgestrahlt wird, und die Wandler sind auf der vom Fahrzeugkörper abgekehrten Seite der Dämmplatte an dieser befestigt. Die Dämmplatte ist über Körperschall reduzierende Halteelemente an dem Fahrzeugkörper im Abstand von der Körperwand befestigt. Der allseits geschlossene Hüllkörper liegt randseitig auf der Körperwand des Fahrzeugkörpers auf und ist mit dieser fest verbunden. Der Hüllkörper ist mit Wasser gefüllt oder geflutet. Zur Reduzierung des Gesamtgewichts der Unterwasserantenne und zur Glättung des Frequenzverhaltens ist auf der Körperwand des Fahrzeugkörpers eine Biegewellen absorbierende Dämpfungsschicht angeordnet, die zusätzlich einen Auftrieb erzeugt.
Bei einem bekannten Unterwasserfahrzeug, insbesondere U-Boot, mit mindestens einer am Fahrzeugkörper angeordneten, sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Seitenantenne zum Empfang akustischer Signale ( DE 35 32 309 A1 ) weist die Seitenantenne einen an sich bekannten Hydrophon-Streamer auf, der über seine Längserstreckung von im Abstand voneinander am Fahrzeugkörper befestigten Haltegliedern mit Abstand vom Fahrzeugkörper gehalten ist. Der Hydrophon-Streamer mit Haltegliedern ist von einem langgestreckten, schalenförmigen Hüllkörper abgedeckt, der seinerseits an dem Fahrzeugkörper befestigt ist. Der Hüllkörper ist üblicherweise geflutet. Der Hydrophon-Streamer weist einen Schlauchmantel auf, der durch Formstücke aus Kunststoff abgestützt ist. Die Formstücke sind mit Durchgangsöffnungen für zwei Leitungsstränge versehen, in welchen die zu den Hydrophonen führenden Verbindungsleitungen zusammengefasst sind. Die Formstücke sind in bestimmten Abständen voneinander auf zwei Zugseilen befestigt und gegen Längsverschiebung gesichert. Die Hydrophone sind in festen Abständen im Schlauchmantel jeweils zwischen zwei Formstücken angeordnet. Die zylindrisch ausgebildeten Hydrophone sitzen dabei jeweils in einer auf den Zugseilen festgeklemmten Halterung aus Kunststoff. Der Schlauchmantel ist mit Flüssigkeit gefüllt, die für gute akustische Übertragungseigenschaften zwischen den Hydrophonen und dem Schlauchmantel sorgt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel (5 und 6) ist auf einen den Hydrophon-Streamer überdeckenden Hüllkörper verzichtet und die Halteglieder als teleskopierbare Halterarme ausgebildet, so dass der Abstand zwischen dem Hydrophon-Streamer und dem Fahrzeugkörper variiert werden kann. Die Enden des Hydrophon-Streamers sind jeweils an einem Zugseil befestigt, das auf einer im Fahrzeugkörper angeordneten Seilwinde aufgewickelt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Unterwasserantenne der eingangs genannten Art mit geringem technischem Aufwand den an die Wandler gelangenden Störschall weiter zu reduzieren.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Unterwasserantenne hat den Vorteil, dass durch die Reduzierung des Hüllkörpers auf die Überdeckung von Wandleranordnung und Träger und die Schaffung des offenen Zwischenraums zwischen der Körperwand des Fahrzeugkörpers und dem Träger mittels der als Distanzstege ausgebildeten Halteelemente eine weitgehend ungehinderte Wasserbewegung der zwischen der Körperwand des Fahrzeugkörpers und dem Träger vorhandenen Wassermassen gegeben ist. Da der Hüllkörper nur am Träger und nicht an der Körperwand des Fahrzeugkörpers befestigt ist, kann sich durch die Vibration der Körperwand kein erhöhter Schalldruck an den Wandlern ausbilden. Die zwischen der Körperwand des Fahrzeugkörpers und dem Wasser bestehende Fehlanpassung für in der Fahrzeugwand auftretende Körperschallschwingungen führt durch die ungehinderte Wasserbewegung im Sinne eines akustischen Kurzschlusses zu einem Mitschwingen der Wassermassen, wodurch ein nur geringer Schalldruck an der Fahrzeugwand auftritt. Durch den offenen Zwischenraum und die freie Wasserumströmung baut sich in unmittelbarer Umgebung des Fahrzeugkörpers nur ein stark reduziertes Druckfeld bis zum Träger und Hüllkörper auf, das mit zunehmendem Abstand vom Fahrzeugkörper schnell abklingt und am Träger extrem klein ist. Somit ist der an dem Wandler auftretende Störschall ebenfalls sehr klein, so dass die Unterwasserantenne ein deutlich verbessertes S/N-(Signal/Noise)Verhältnis aufweist.
Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Unterwasserantenne mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Distanzstege in Längsrichtung des Trägers in unregelmäßigen Abständen voneinander angeordnet. Damit wird das Entstehen von Wirbelstraßen, die eine Geräuschbildung und damit ein zusätzliches Störsignal verursachen, weitgehend verhindert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Distanzstege strömungsgünstig ausgebildet. Infolge des strömungsgünstigen Profils wird einerseits der Strömungswiderstand und werden andererseits Strömungsgeräusche reduziert.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines U-Boots mit einer Unterwasserantenne,
2 eine Querschnitt der Unterwasserantenne in 1, schematisiert dargestellt,
3 eine gleiche Darstellung wie in 2 einer modifizierten Unterwasserantenne,
4 ausschnittweise einen Längsschnitt der Unterwasserantenne gemäß Linie IV-IV in 1, stark vergrößert dargestellt.
Das in 1 schematisiert, perspektivisch dargestellte U-Boot als Ausführungsbeispiel für ein Unterwasserfahrzeug weist einen Fahrzeugkörper 11 auf, an dessen Körperwand 111 eine Unterwasserantenne 12 jeweils an Backbord und an Steuerbord angeordnet ist. In 1 ist lediglich die an Steuerbord angeordnete Unterwasserantenne 12 zu sehen.
In 2 ist die Unterwasserantenne 12 im Querschnitt und in 4 ausschnittweise im vergrößerten Längsschnitt schematisiert dargestellt. Sie weist eine Vielzahl von elektroakustischen Wandlern 13 auf, die auf einem Träger 14 voneinander beabstandet in Reihen und Spalten angeordnet sind. In 2 sind beispielhaft acht elektroakustische Wandler 13 in einer Spalte angeordnet. Die Spalten sind dabei annähernd vertikal ausgerichtet, vorzugsweise leicht gegenüber der Vertikalen zum Meeresboden hin geneigt. In 4 sind von einer sehr viel größeren Anzahl von Wandlern 13 einer Reihe drei Wandler 13 dargestellt. Die Reihen verlaufen in etwa parallel zur Längsachse des Fahrzeugkörpers 11. Jeder elektroakustische Wandler 13 liegt somit im Schnittpunkt einer Reihe und einer Spalte.
Auf der in Schalleinfallsrichtung 10 abgekehrten Rückseite des Trägers 14 greifen Halteelemente an, deren vom Träger 14 abgekehrtes Ende an einer Gegenschale 16 (2) festgelegt ist. Die Halteelemente sind als starre Distanzstege 15 ausgebildet, so dass zwischen Träger 14 und Gegenschale 16 ein ausreichend großer Abstand hergestellt ist. Die Gegenschale 16, die vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt ist, ist in ihrer Krümmung der Körperwand 111 des Fahrzeugskörpers 11 angepasst und unter Zwischenlage eines Dämpfungsbelags 17 an der Körperwand 111 des Fahrzeugkörpers 11 befestigt. Die Schalleinfallsrichtung ist in 2 durch einen Pfeil 10 gekennzeichnet. Der Dämpfungsbelag 17 erstreckt sich über die gesamte auf die Körperwand 111 projizierte Länge des Trägers 14. Die Distanzstege 15 weisen Strömungsprofil auf, d. h. sie sind strömungsgünstig geformt, und sind in unregelmäßigen Abständen voneinander über die Länge des Trägers 14 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 2 und 4 sind die Distanzstege 15 paarweise angeordnet, wobei jedes Paar zwei vertikal übereinander angeordnete Distanzstege 15 aufweist. Der Längsabstand zwischen den Paaren variiert. Der obere und untere Distanzsteg 15 eines Distanzstege-Paars können aber auch gegeneinander axial versetzt sein.
In dem modifizierten Ausführungsbeispiel der Unterwasserantenne gemäß 3 sind die Distanzstege 15 zu einer in Längsrichtung des Trägers 14 sich erstreckenden Rippe oder Schiene 18 zusammengefasst, die mittig am Träger 14 angreift. Wie weiter nicht dargestellt ist, besitzt die Schiene 18 vorzugsweise eine in Längsrichtung unterbrochene Struktur, wobei die Unterbrechungen wiederum unregelmäßig angeordnet sind.
Den auf dem Träger 14 angeordneten Wandlern 13, die z. B. als Hydrofone konzipiert und als piezoelektrische Kugelkeramiken ausgeführt sind, ist in Schalleinfallsrichtung 10 gesehen ein Hüllkörper 19 aus akustisch transparentem Material vorgeordnet, der randseitig an dem Träger 14 befestigt ist. Dadurch und durch die Distanzstege 15 besteht zwischen den Träger 14 und der Körperwand 11 des Fahrzeugskörpers 11 ein allseits offener Zwischenraum 30, der dem Wasser ausgesetzt ist.
Zur weiteren Verbesserung des S/N-Verhältnisses der Empfangssignale der Unterwasserantenne ist der Träger 14 aus einer Trägerplatte 20, an der die Halteelemente 15 angreifen, und einem auf der Trägerplatte 20 aufgenommenen Reflektor 21 zusammengesetzt, der als Feder-Masse-System ausgebildet ist (2 und 4). Der Reflektor 21 weist hierzu eine den Wandlern 13 zugekehrte Metallplatte 22, an der die jeweils auf einem Distanzstück 24 aufgeklebten Wandler 13 befestigt sind, und eine an der Metallplatte 22 anliegende, schallweiche Platte 23, z. B. eine druckfeste Weichschaumplatte, auf. Die Wandler 13 und der Reflektor 21, also Metallplatte 22 und schallweiche Platte 23, sind in einem Hartumguss 28, z. B. aus Polyurethan, eingebettet, und der dadurch entstehende Verbund an der Trägerplatte 20 befestigt. Die Metallplatte 22 des Reflektors 21 kann zur Unterdrückung von störenden Eigenresonanzen in Sandwichbauweise ausgeführt sein, wobei eine Biegewellen dämpfende Schicht 25 zwischen zwei Metallplatten 26, 27 eingeklemmt ist. Eine solche Sandwichbauweise ist bekannt und z. B. in der EP 0 654 953 B1 beschrieben. Die Konzeption der Biegewellen dämpfende Schicht 25 ist bekannt und z. B. in der DE 36 21 318 A1 beschrieben.

Claims

Unterwasserantenne zur Befestigung an der Körperwand (111) eines Fahrzeugkörpers (11) eines Unterwasserfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von elektroakustischen Wandlern (13), die auf einem eine Trägerplatte (20) aufweisenden Träger (14) angeordnet sind, mit an der Trägerplatte (20) angreifenden Halteelementen zur Befestigung des Trägers (14) am Fahrzeugkörper (11) und mit einem in Schalleinfallsrichtung (10) den Wandlern (13) vorgeordneten, akustisch transparenten Hüllkörper (19), dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (19) an der Trägerplatte (20) festgelegt ist und die Halteelemente als an der Trägerplatte (20) befestigte Distanzstege (15) ausgebildet sind und dass ein durch die Distanzstege (15) zwischen Trägerplatte (20) und Körperwand (111) des Fahrzeugkörpers (11) geschaffener, dem Wasser ausgesetzter Zwischenraum (30) für eine ungehinderte Wasserbewegung allseits offen ist.
Unterwasserantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstege (15) Strömungsprofil aufweisen.
Unterwasserantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstege (15) in Längsrichtung des Trägers (14) in unregelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind.
Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstege (15) paarweise angeordnet sind und jedes Paar zwei vertikal übereinander angeordnete Distanzstege (15) aufweist.
Unterwasserantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden vertikal übereinanderliegenden Distanzstege (15) in Längsrichtung des Trägers (14) gegeneinander versetzt sind.
Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstege (15) zu einer in Längsrichtung des Trägers (14) sich erstreckenden Schiene (18) zusammengefasst sind, die vorzugsweise eine unterbrochene Struktur aufweist.
Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (14) einen auf der Trägerplatte (20) angeordneten Reflektor (21) aufweist, der eine den Wandlern (13) zugekehrte Metallplatte (22) und eine an der von den Wandlern (13) abgekehrten Rückseite der Metallplatte (22) anliegende, schallweiche Platte (23), vorzugsweise Weichschaumplatte, umfasst.
Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den vom Träger (14) abgekehrten Enden der Distanzstege (15) eine in Längsrichtung des Trägers (14) sich erstreckende Gegenschale (16) zur Befestigung an der Körperwand (111) des Fahrzeugkörpers (11) angeordnet ist, auf deren der Körperwand (111) zugekehrten Rückseite ein Dämpfungsbelag (17) angeordnet ist.
Unterwasserantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschale (16) der Krümmung der Körperwand (111) des Fahrzeugkörpers (11) angepasst und vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.