DE102015207490A1

DE102015207490A1 - Ruderanordnung

Info

Publication number: DE102015207490A1
Application number: DE102015207490.0A
Authority: DE
Inventors: Randolf Teppner; Tom Avsic
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-10-27
Also published as: EP3560815A1; IL255065B; EP3286073B1; EP3286073A1; EP3560815B1; ES2735086T3; KR102055989B1; IL255065A0; WO2016169693A1; KR20170134706A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterwasserfahrzeug mit einem X-Ruder, wobei die Ruderblätter in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ruderanordnung bei einem Unterwasserfahrzeug.
Moderne Unterwasserfahrzeuge weisen heute ein sogenanntes X-Ruder, beispielsweise die Unterseebootklasse U 212 A oder Dolphin-Klasse, oder ein Kreuzruder, beispielsweise die Unterseebootklasse U 214 oder Los Angeles Klasse, auf. Diese Ruder bestehen aus vier Ruderblättern (seien es Vollschweberuder oder geteilte Ruder), wobei beim Kreuzruder zwei Ruderblätter horizontal und zwei Ruderblätter vertikal angeordnet sind. Beim X-Ruder weisen die Ruderblätter jeweils einen Winkel von etwa 45° gegenüber der Horizontalen auf. Diese beiden Ruderanordnungen haben sich als besonders effizient zur Steuerung des Unterwasserfahrzeugs erwiesen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Ruderanordnungen gegenüber der Ortung durch Aktivsonar eine gewisse Anfälligkeit aufweisen können. Die Anfälligkeit kann durch senkrechte Flächen, beispielsweise beim Kreuzruder, oder durch zwei im Winkel von etwa 90° zueinander stehenden Flächen, beispielsweise beim X-Ruder, gegeben sein. Dieses begründet sich dadurch, dass eine Ortung durch ein Überwasserfahrzeug oder ein Unterseeboot mit einem Aktivsonar bereits aufgrund des Abstandes regelmäßig unter einem Winkel von weniger als 10° zur Horizontalen erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ruderanordnung zu schaffen, welche eine reduzierte Anfälligkeit gegenüber einem Aktivsonar aufweist ohne die Manövrierfähigkeit des Unterwasserfahrzeugs einzuschränken.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug weist ein Ruder auf, wobei das Ruder ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Ruderblatt aufweist. Das Ruder weist eine erste Gruppe mit dem ersten und dem zweiten Ruderblatt sowie eine zweite Gruppe mit dem dritten und dem vierte Ruderblatt auf, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet sind.
Hierbei sind vorzugsweise das erste Ruderblatt und das dritte Ruderblatt backbord und das zweite Ruderblatt und das vierte Ruderblatt steuerbord angeordnet.
Unter in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass keine zwei Ruderblätter übereinander angeordnet sind. Diese bilden somit keine in einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnete Flächen, wodurch eine Reflexion einer Schallwelle eines aktiven Sonars zurück zum Sender vermieden wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs aneinander angrenzend angeordnet. Durch die angrenzende Anordnung können alle Ruderblätter soweit wie möglich am Heck angeordnet werden. Hierdurch wird das hydrodynamische Verhalten und somit die Manövrierfähigkeit gegenüber der heutigen Ruderanordnung am wenigsten verändert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs voneinander beabstandet. Durch die Beabstandung kann eine Ortung auch durch ein bistatisches Sonar, also durch ein Sonar, bei welchem Sender und Empfänger an verschiedenen Orten, beispielsweise auf verschiedenen Wasserfahrzeugen angeordnet sind, erschwert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Ruderblätter eine für Schall reflektierende Oberfläche auf. Für die Reflexion bzw. Transmission einer Schallwelle ist die Schallkennimpedanz Z_F relevant, wobei die Schallkennimpedanz Z_F das Produkt aus Dichte ρ und Schallgeschwindigkeit c ist. Weiter relevant sind die Dicke des Materials sowie die Wellenlänge im Material. Kunststoffschäume, insbesondere Hartschäume, haben sich als gute Reflektoren für die im Sonar üblicherweise verwendeten Frequenzen erwiesen. Daher sind die Ruderblätter besonders bevorzugt an den mit dem Wasser in Kontakt stehenden Flächen aus Kunststoffschaum, insbesondere aus Hartschaum.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Ruderblätter eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 20° bis 70° auf. Besonders bevorzugt weisen die Ruderblätter eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf. Durch die Vermeidung eines Winkels von etwa 45° unterhalb der Horizontalen wird eine Reflexion zurück zum Sender vermieden, wobei die Sonarwelle vom Ruderblatt nach oben reflektiert wird, von der Wasseroberfläche auf das Ruderblatt zurück reflektiert wird und vom Ruderblatt wieder in Richtung Sender zurück reflektiert wird. Eine zu steile Anordnung der Ruderblätter von mehr als 70° sollte ebenfalls vorzugsweise vermieden werden, um eine direkte Reflexion zum Sender zu vermeiden. Zu berücksichtigen ist hierbei, dass die Reflexion nie ausschließlich exakt in einem bestimmten Winkel erfolgt, sondern dass bei Schall stets eine Winkelverteilung bei der Reflexion vorliegt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe heckseitig angeordnet und das erste und das zweite Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist. Die zweite Gruppe ist bugseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet und das dritte und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe bugseitig angeordnet und das erste und das zweite Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist. Die zweite Gruppe ist heckseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet und das dritte und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe heckseitig angeordnet. Die zweite Gruppe ist bugseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet. Das zweite und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist. Das erste und das dritte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe heckseitig angeordnet. Die zweite Gruppe ist bugseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet. Das zweite und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist. Das erste und das dritte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterwasserfahrzeug einen runden Querschnitt auf und die Ruderblätter sind äquatornah angebracht. Unter dem Äquator wird der horizontale Querschnitt durch die Hülle des Unterwasserfahrzeugs angesehen, in welchem das Unterwasserfahrzeug die größte Ausdehnung aufweist. Unter äquatornah ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Ruderblätter nicht mehr als 10 % des Umfangs des Unterwasserfahrzeugs vom Äquator entfernt angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Ruderblätter am Äquator angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterwasserfahrzeug einen abgeflacht Querschnitt auf, wobei der Querschnitt an den Seiten des Unterwasserfahrzeugs jeweils eine Kante aufweist. Die Ruderblätter sind an der Kante angeordnet. Durch diese Anordnung wird vermieden, dass sich rechte Winkel zwischen der Hülle des Unterwasserfahrzeugs und den Ruderblättern ausbilden. Die Ausführungsform eines abgeflachten Querschnitts mit einer Kante an jeder Seite ist besonders bevorzugt, da hierdurch das Zielmaß für das Unterwasserfahrzeug insgesamt reduziert werden kann.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Unterwasserfahrzeug um ein Unterseeboot, ein autonomes Unterwasserfahrzeug oder um einen Torpedo. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Unterseeboot.
Selbstverständlich ist diese Erfindung auch auf Luftfahrzeuge übertragbar. Beispielsweise das AIM-9 Sidewinder weist eine kreuzförmige Ruderanordnung und Stabilisatorenanordnung auf, welche ebenfalls erfindungsgemäß modifizierbar wäre. Dieses gilt auch für alle weiteren Ausführungsformen der Erfindung. Einzige Abwandlung ist, dass die Ruderblätter besonders bevorzugt für Radar reflektierend ausgebildet sein können.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 X-Ruder, Stand der Technik
2 erfindungsgemäße Ruderanordnung
In 1 ist die klassische X-Ruderanordnung nach dem Stand der Technik zu erkennen, wobei das Unterseeboot 10 einen abgeflachten Querschnitt aufweist, um das Zielmaß zu minimieren. Die Ruderblätter 20 sind jeweils in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen kurz vor dem Propeller 30 am Heck des Unterseeboots 10 angeordnet. Nachteilig ist, dass eine eintreffende Schallwelle 40 eines Aktivsonars direkt als reflektierte Schallwelle 50 zum Sender zurückreflektiert wird. Somit kann mit einem Aktivsonar das Unterseeboot 10 geortet werden, selbst wenn dieses wie hier gezeigt, bereits einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ruderanordnung an einem Unterseeboot 10. Die erste Gruppe 22 wird aus zwei Ruderblättern gebildet, welche am Heck kurz vor dem Propeller 30 mit einem Winkel von etwa 50° zur Horizontalen nach unten gerichtet angeordnet sind. Die zweite Gruppe 24 ist in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt und an die erste Gruppe 22 angrenzend angeordnet, wobei die Ruderblätter einen Winkel von etwa 50° zur Horizontalen nach oben gerichtet angeordnet sind. Eine eintreffende Schallwelle 40 wird als reflektierte Schallwelle 50 vom Sender weg reflektiert. Durch die Vermeidung eines 45° Winkels kommt es auch nicht zusammen mit der hier nicht gezeigten Wasseroberfläche zu einer Rückreflexion zum Sender.
Bezugszeichenliste

10: Unterseeboot
20: Ruderblatt
22: erste Gruppe
24: zweite Gruppe
30: Schraube
40: eintreffende Schallwelle
50: reflektierte Schallwelle

Claims

Unterwasserfahrzeug, wobei das Unterwasserfahrzeug ein Ruder aufweist, wobei das Ruder ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Ruderblatt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ruder eine erste Gruppe mit dem ersten und dem zweiten Ruderblatt aufweist und eine zweite Gruppe mit dem dritten und dem vierte Ruderblatt, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet sind.
Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs aneinander angrenzend angeordnet sind.
Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs voneinander beabstandet sind.
Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter eine für Schall reflektierende Oberfläche aufweisen.
Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 20° bis 70° aufweisen.
Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 30° bis 43° aufweisen.
Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe heckseitig angeordnet ist und das erste und das zweite Ruderblatt eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° aufweisen, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist, wobei die zweite Gruppe bugseitig angeordnet ist und das dritte und das vierte Ruderblatt eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° aufweisen, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug einen runden Querschnitt aufweist und die Ruderblätter äquatornah angebracht sind.
Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug einen abgeflacht Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt an den Seiten jeweils eine Kante aufweist und wobei die Ruderblätter an der Kante oder nahe der Kante angeordnet sind.