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Die Erfindung betrifft ein Schleppsonar, welches hinter einem Wasserfahrzeug zur Erfassung von Schall geschleppt werden kann.
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Herkömmliche Schleppsonare weisen üblicherweise eine auftriebsneutrale Empfangsantenne mit Hydrofonen auf, deren Lauftiefe (Schlepptiefe) durch die Länge und/oder die Dichte des ausgebrachten Schleppkabels und die Fahrtgeschwindigkeit des Schleppschiffes eingestellt wird. Hierbei ist die Lauftiefe immer ein Kompromiss zwischen der Abdeckung der Wassersäule und der maximalen horizontalen Ortungsreichweite.
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Allgemein hängt die Ortungsleistung vom Schallgeschwindigkeitsverlaufprofil über die Wassertiefe ab. Eine Störung der Ortung kann dadurch auftreten, dass Schallanomalien an einer sogenannten Thermokline und/oder Konvergenzzone (Übergang von Wasserschichten mit unterschiedlicher Temperatur, Druck etc.) entstehen. Eine Thermokline wirkt aufgrund der lokal hohen Brechung der Schallwellen wie eine spiegelnde horizontale Trennwand für die Sonarortung, wobei der Wasserschall zu einer Serie von Kurven abgelenkt wird, welche sich bis zur Wasseroberfläche und zum Meeresgrund krümmen. Mit Ausnahme von sehr engen Winkeln können Sonare lediglich auf der Seite der Thermokline orten, auf welcher diese sich selbst befinden. Konvergenzzonen entstehen insbesondere dadurch, dass Schallstrahlen im Wasser derart gebogen werden, dass Blindzonen und Zonen mit Verdichtung entstehen. Während der Verdichtungseffekt vereinzelt höhere Ortungsreichweiten ermöglicht, verhindern die Blind- oder Schattenzonen eine durchgehende Ortung.
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Zum anderen kann ein Wasserfahrzeug in Gewässern mit unterschiedlichen Tiefen unterwegs sein. In flachen küstennahen Regionen, beispielsweise auch in der Ostsee, führt die geringe Wassertiefe dazu, dass ein Schleppsonar in vergleichsweise geringer Wassertiefe geschleppt werden soll. Im Tiefwasser, beispielsweise in Bereichen der Nordsee oder des Atlantiks, kann es vorteilhaft sein, das Schleppsonar auf geringer oder in größerer Tiefe zu schleppen.
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Aus der
DE 10 2015 116 750 A1 ist ein Schleppsonar mit einer Schallwandleranordnung mit einem Spannrahmen bekannt.
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Aus der
DE 10 2015 115 693 A1 ist ein Schleppsonar mit einer ersten Antenne und einer zweiten Antenne bekannt. Über Kopplungselemente können Antennen in verschieden Wassertiefen eingesetzt werden.
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Aus Gründen der Haltbarkeit und der Einsatzfreundlichkeit ist es wünschenswert, unterschiedliche Wassertiefen auf einfache Weise und ohne manuelle Umrüstung erreichen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleppsonar zur Verfügung zu stellen, welches einfach auf verschiedenen Wassertiefen betrieben werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Schleppsonar mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch ein Wasserfahrzeug mit den in Anspruch 14 angegeben Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Das erfindungsgemäße Schleppsonar für ein Wasserfahrzeug weist wenigstens einen ersten Antennenbereich und wenigstens ein erstes Zugkabel auf. Das wenigstens eine erste Zugkabel ist zwischen dem wenigstens einen ersten Antennenbereich und dem Wasserfahrzeug angeordnet.
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Das wenigstens eine erste Zugkabel weist wenigstens einen ersten Zugkabelbereich und wenigstens einen zweiten Zugkabelbereich auf, wobei die Dichte des ersten Zugkabelbereich von der Dichte des zweiten Zugkabelbereichs verschieden ist.
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Durch die unterschiedlichen Dichten erreicht der erste Antennenbereich unterschiedliche Wassertiefen in Abhängigkeit davon, wie weit das erste Zugkabel abgerollt und ins Wasser gelassen wird. Hierdurch kann das Schleppsonar einfach durch Verändern der ins Wasser gelassenen Länge des ersten Zugkabels auf unterschiedliche Wassertiefen eingestellt werden.
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Ein Zugkabel ist insbesondere ein Kabel, welches durch Zug einen mechanischen Prozess in Gang setzt. Insbesondere überträgt das Zugkabel die Zugkraft des Wasserfahrzeugs auf den ersten Antennenbereich, sodass diese im Wasser geschleppt wird. Um die Zugkraft möglichst verzögerungs- und verlustfrei zu übertragen, ist das Schleppkabel insbesondere dehnungsarm, beispielsweise als massiver Draht, ausgeführt. Insbesondere weist das Schleppkabel auch eine oder mehrere Leitungen zum Datenaustausch und/oder zur Energieübertragung auf.
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Der erste Antennenbereich weist insbesondere eine technische Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallwellen auf (Antenne). Eine Antenne ist insbesondere eine flüssigkeits- und/oder gelgefüllte Schlauchhülle, in der eine Vielzahl von beabstandeten elektroakustischen Schallwandlern aufgereiht ist. Die Antenne weist insbesondere passive Schallwandler wie beispielsweise Hydrofone auf, welche Wasserschallsignale empfangen. Zur akustischen Entkopplung zum Zugkabel weist die Antenne insbesondere ein Dämpfungsmodul oder mehrere Dämpfungsmodule auf.
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Im ersten Antennenbereich sind Schallempfänger angeordnet. Um die empfangenen Schallsignale auswerten zu können, sollte der erste Antennenbereich möglichst horizontal angeordnet sein. Hierzu weist der erste Antennenbereich besonders bevorzugt eine Dichte von 1026 kg/m3 auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Zugkabelbereich zwischen dem ersten Antennenbereich und dem zweiten Zugkabelbereich angeordnet, wobei der erste Zugkabelbereich eine geringere Dichte als der zweite Zugkabelbereich aufweist.
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Hierdurch wird zunächst mit dem ersten Zugkabelbereich die Entfernung zwischen dem ersten Antennenbereich und dem Wasserfahrzeug vergrößert, um Schallstörungen durch das Wasserfahrzeug auf den ersten Antennenbereich zu minimieren und eine ,bezogen auf das Wasserfahrzeug, frühzeitige Erkennung von Unterwasserobjekten, zum Beispiel Unterwasserfahrzeugen oder Laufkörpern, insbesondere von Torpedos, zu ermöglichen, welche sich im Kielwasser des Wasserfahrzeugs nähern. Außerdem wird dadurch die Mindesttiefe für den Einsatz des Schleppsonars (in Kombination mit der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs) gegeben.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Zugkabelbereich eine Dichte von 800 bis 1200 kg/m3, bevorzugt von 900 bis 1100 kg/m3, besonders bevorzugt von 950 bis 1050 kg/m3 auf. Somit liegt die Dichte in der Größe der Dichte des Umgebenden Mediums. Dieses ermöglicht einen großen Abstand zwischen dem ersten Antennenbereich und dem Wasserfahrzeug zu schaffen, um die akustischen Störungen zu reduzieren, ohne jedoch ein Absinken des ersten Antennenbereichs auf große Wassertiefen zu bewirken.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Zugkabelbereich eine Länge von 50 bis 1000 m, bevorzugt von 100 bis 750 m, besonders bevorzugt von 200 bis 500 m aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Zugkabelbereich eine Dichte von 1500 bis 10000 kg/m3, bevorzugt von 2000 bis 6000 kg/m3, besonders bevorzugt von 3000 bis 5000 kg/m3 aufweist. Durch die vergleichsweise hohe Dichte ist bereits bei kurzen Längen des zweiten Zugkabelbereichs ein Absinken des ersten Antennenbereichs auf tiefere Wassertiefen feststellbar, wobei die Wassertiefe unmittelbar von der ins Wasser eingeführten Länge des zweiten Zugkabelbereichs abhängig ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Zugkabelbereich eine Länge von 20 bis 1000 m, bevorzugt von 50 bis 500 m, besonders bevorzugt von 75 bis 300 m auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entsprechen die Länge des ersten Zugkabelbereichs und die Länge des zweiten Zugkabelbereichs in der Summe der Länge des ersten Zugkabels.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erhöhung der Dichte im zweiten Zugkabelbereich durch eine Armierung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Schleppsonar einen Widerstandskörper auf, wobei der Widerstandskörper auf der dem ersten Zugkabel gegenüberliegenden Seite des ersten Antennenbereichs angeordnet ist. Der Widerstandskörper kann beispielsweise kegelförmig ausgebildet sein. Sinn des Widerstandskörpers ist es, durch seinen Widerstand gegenüber dem umgebenden Medium den ersten Antennenbereich zu strecken. Auf der einen Seite wirkt eine erste Kraft durch das Schleppen ein, auf der entgegengesetzten Seite eine zweite durch den Widerstandskörper erzeugte Kraft.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Antennenbereich eine passive Sonarantenne auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Antennenbereich eine Länge von 20 bis 250 m, bevorzugt von 40 bis 150 m, besonders bevorzugt von 65 bis 100 m auf
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung variiert die Dichte des ersten Zugkabels zwischen dem ersten Zugkabelbereich und dem zweiten Zugkabelbereich kontinuierlich oder schrittweise von der Dichte des ersten Zugkabelbereichs zur Dichte des zweiten Zugkabelbereichs.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Schleppsonar zusätzlich eine Sonarsendevorrichtung, insbesondere einen Schlauchsender, auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Schleppsonar zusätzlich einen zweiten Antennenbereich auf, wobei der zweite Antennenbereich zwischen dem ersten Zugkabelbereich und dem zweiten Zugkabelbereich angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist das Schleppsonar eine Anordnung in der Reihenfolge erster Antennenbereich, erster Zugkabelbereich, erster zweiter Zugkabelbereich, zweiter Antennenbereich, zweiter zweiter Zugkabelbereich auf.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Wasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Schleppsonar. Bevorzugt handelt es sich bei dem Wasserfahrzeug um ein Überwasserfahrzeug, besonders bevorzugt um ein Marineschiff ausgewählt aus der Gruppe umfassend Zerstörer, Fregatte und Korvette.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung eines erfindungsgemäßen Schleppsonars auf einem Wasserfahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Wählen einer Fahrtgeschwindigkeit für das Wasserfahrzeug,
- b) Auswählen einer ersten Wassertiefe, in welcher der erste Antennenbereich eingesetzt werden soll
- c) Ausbringen des ersten Antennenbereichs,
- d) Ausbringen des ersten Zugkabelbereichs,
- e) Ausbringen des zweiten Zugkabelbereichs bis zu der Länge, bei der der erste Antennenbereich die erste Wassertiefe erreicht.
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Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Schleppsonar anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 Schleppsonar mit teilweise ausgebrachtem ersten Zugkabelbereich
- 2 Schleppsonar mit teilweise ausgebrachtem zweiten Zugkabelbereich
- 3 Schleppsonar mit ausgebrachtem zweiten Zugkabelbereich
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Die 1 bis 3 zeigen ein Wasserfahrzeug 10 mit erfindungsgemäßem Schleppsonar, wobei das Schleppsonar mittels eines Ausbringgerätes 20, beispielsweise einer Winde, ins Wasser gelassen wird. Das Schleppsonar besteht aus einem ersten Antennenbereich 30 und einem Widerstandskörper 60 auf der den Wasserfahrzeug 10 abgewandten Seite. Zwischen dem Wasserfahrzeug 10 und dem ersten Antennenbereich 30 ist ein Zugkabel angeordnet, welches unterschiedlich weit abgelassen ist. In 1 ist nur ein Teil des ersten Zugkabelbereichs 40 im Wasser. In 2 ist der erste Zugkabelbereich 40 vollständig und der zweite Zugkabelbereich 50 teilweise im Wasser. In 3 sind der erste Zugkabelbereich 40 und der zweite Zugkabelbereich 50 vollständig vom Ausbringgerät 20 abgegeben. Erkennbar ist die hier schematisch gezeigte unterschiedliche Tiefe des ersten Antennenbereichs 30.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wasserfahrzeug
- 20
- Ausbringgerät
- 30
- erster Antennenbereich
- 40
- erster Zugkabelbereich
- 50
- zweiter Zugkabelbereich
- 60
- Widerstandskörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016109108 A1 [0005]
- DE 102015116750 A1 [0006]
- DE 102015115693 A1 [0007]
