DE1196531B

DE1196531B - Oberflaechengestaltung von Unterwasser-fahrzeugen und -geraeten

Info

Publication number: DE1196531B
Application number: DESCH33637A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-07-29
Filing date: 1963-07-29
Publication date: 1965-07-08

Description

Obertlächengestaltung von Unterwasserfahrzeugen und -geräten Die Erfindung betrifft die Verminderung der akustischen Ortbarkeit von Unterwasserfahrzeugen und -geräten dadurch, daß eine gashaltige Schicht zwischen der hydrodynamischen Oberfläche und angrenzenden Plüssigkeitsvorräten angeordnet wird und deren hydrodynamische Oberfläche derart gekrümmt ist, daß sie die annähernd in einer Ebene einfallenden Schallwellen in Richtungen reflektiert, die möglichst weit von der Einfallsrichtung abweichen, im Idealfall um mehr als 901.
Die Bedingung der Richtungsablenkung der Schallenergie durch die reflektierende Oberflächenkontur wird von dieser dann ideal erfüllt, wenn die gedachten Tangenten an jeden Punkt der Oberfläche mit der Einfallsrichtung der Schallwellen Winkel bilden, die größer als 1330 sind. In einem solchen Fall wird die einfallende Schallenergie zwar nahezu völlig reflektiert, jedoch in solche Richtungen, in denen sich die Schallwellen trotz der Reflexion noch weiter von der Schallquelle entfernen.
Die Verminderung der akustischen Ortbarkeit interessiert vorwiegend im akustischen Fernfeld, d. h. in der Praxis bei Entfernungen von mehr als etwa 3 km. Geht man davon aus, daß die hier betrachteten Unterwasserfahrzeuge eine maximale Tauchtiefe von etwa 300 m besitzen, dann ergibt sich, daß die zur Ortung benutzte Schallenergie nur in einem Winkel von maximal ± 60 gegen die Horizontale auf das Unterwasserfahrzeug oder -gerät auftreffen kann.
Bisher wurde versucht, Unterwasserfahrzeuge und -geräte durch Bekleiden mit schallabsorbierenden Materialien davor zu schützen, akustisch geortet zu werden. Der Nachteil dieser Verfahren liegt einerseits in dem schlechten Absorptionswirkungsgrad der Materialien und ihrer Frequenzabhängigkeit, und andererseits darin, daß diese Materialien außen an den Fahrzeugein angebracht werden müssen, wo sie mechanischen Beschädigungen durch Leinen und Fender, aber auch durch grobe See ausgesetzt sind. Außerdem beeinträchtigen sie die Strömung am Fahrzeug und setzen damit dessen Geschwindigkeit herab.
Weiter ist durch die USA.-Patentschrift 2 849 978 die Oberflächenform eines Unterwasserfahrzeuges bekanntgeworden, die eine Ablenkung einfallender Schallwellen in Richtungen bewirkt, die von der Einfallsrichtung abweichen. Eine vollständige Reflexion über die ganze Oberfläche tritt jedoch nicht ein, da die Oberfläche zu einem erheblichen Teil Tauchzellen abgrenzt. In diesem Bereich, wo sich auch auf der Innenseite der Außenschale Flüssigkeit befindet, treten die Schallwellen durch die Außenschale hindurch und werden erst an den Innenwänden dieser Zellen reflektiert. Die Wände sind jedoch unter Umständen so geformt, daß die Schallwellen direkt in die Einfallsrichtung reflektiert werden.
Durch die Erfindung soll nun die Aufgabe gelöst werden, bei einem Unterwasserfahrzeug oder -gerät, dessen äußere hydrodynamische Oberfläche eine Ab- lenkung einfallender Schallwellen in Richtungen ergeben würde, die von der Einfallsrichtung abweichen, die äußere Oberfläche so zu gestalten, daß sie auftreffende Schallwellen über ihren ganzen Bereich möglichst vollständig reflektiert.
Die Bedingung der Wasserschallreflexion wird von Materialien erfüllt, deren akustische Wellenwiderstände von dem des Wassers erheblich abweichen. Da die Wellenwiderstände der in Betracht kommenden Baustoffe, Stahl und Aluminium, in der gleichen Größenordnung liegen wie der des Wassers, ergibt sich, daß Platten aus diesen Materialien im Wasser eine vernachlässigbar kleine akustische Reflexion bewirken. Dagegen weichen die akustischen Wellenwiderstände von Gasen um mehrere Größenordnungen von denen des Wassers ab, so daß eine Gasschicht im Wasser eine fast totale akustische Reflexion bewirkt.
F i g. 1 zeigt den Querschnitt eines Unterwasserfahrzeuges üblicher Bauart mit innenliegendem Druckkörper D und außenliegendem Tauchtank T. Die hydrodynamische Oberfläche ist durch die Außenhaut 0 der Tauchtanks gegeben. Die einfallende Schallenergien wird aber nicht an dieser, sondern an der Innenseite K des Druckkörpers reflektiert, die somit die akustische Kontur bildet.
F i g. 2 zeigt den Querschnitt eines Unterwasserfahrzeuges üblicher Bauart mit außenliegendem Druckkörper D und innenliegenden Tauchtanks T. Die hydrodynamische Oberfläche 0 ist durch die Oberfläche des Druckkörpers selbst gebildet. Die einfallende Schallenergie wird nur vernachlässigbar durch den Druckkörper reflektiert. Vielmehr dringt sie durch die Wandung des Druckkörpers in das Wasser des gefluteten Tauchtanks und gelangt von dort zur innenliegenden Wandung des Tauchtanks, an dessen dem Innenraum des Fahrzeuges zugekehrten Se*,te K sie reflektiert wird. D-*.ese Se*tc Hdet samii die akust'sche Kontur.
Um diese an die hydrodynamische Oberfläche zu legen wird vorgeschlagen, die Oberflächen von Unterwasserfahrzeugen oder -geräten als Doppelwandungen auszuführen und mit Gas, z. B. mit Luft, oder mit gashaltigen Schaumstoffen zu füllen, z. B. mit Kork, Schaumstoff oder Schaumbeton.
Bei ausreichender Festigkeit des Reflektonnaterials kann die Außenhaut direkt aus diesem Material hergestellt werden, eventuell unter Verwendung geeigneter Armierungen.
Schallenergie, die ihren Ursprung im Fahrzeug nach der Erfmdung selbst besitzt und durch die Flüssigkeit der gefluteten Tauchtanks, der Treibstoffbunker od. dgl. ihren Weg nach außen sucht, wird an der Trennschicht Flüssigkeit-Gas der Oberfläche wieder ins Innere reflektiert, unabhängig von dem Einfallswinkel. Bei derart ausgebildeten Unterwasserfahrzeugen und -geräten werden somit die in ihnen selbst hervorgerufenen Geräusche nicht durch die Oberfläche nach außen abgestrahlt.
Durch die erfindungsgernäße Oberflächengestaltung wird somit die Möglichkeit stark vermindert, derart konstruierte Unterwasserfahrzeuge oder -geräte akustisch aktiv und passiv orten zu können.
Die Erfindung wird nun an einem Beispiel erläutert: Die F i g. 3 und 4 zeigen eine mögliche Form und den möglichen Querschnitt eines Unterwasserfahrzeuges mit innenliegendem Druckkörper und außenliegenden Treibstoff- bzw. Tauchtanks. Dabei ist aus beiden Figuren ersichtlich, daß die an jedem Punkt der Oberfläche gelegten Tangenten mit der Konstruktionshorizontallinie des Fahrzeuges Winkel bilden, die kleiner als 451 sind. Die von einer entfernten Schallquelle herrührenden Schallwellen kann man als horizontal einfallend annehmen. Ihr Verlauf ist durch einfach ausgezogene Pfeile dargestellt. Man sieht, daß sie in Richtungen reflektiert werden, die von der Einfallsrichtung um mehr als 901 abweichen. Es ist weiter ersichtlich, daß sich die Schallenergie trotz Reflexion weiter von der Schallquelle entfernt.
Aus F i g. 4 ersieht man, daß sich die Außenhaut A um einen aus Rohrsegmenten zusammengesetzten Druckkörper D und B herumschließt. Dabei können die seitlichen Druckkörper B z. B. Batterien aufnehmen. Zwischen Druckkörper und Außenhaut bleibt ein Raum T für Tauch-, Treibstoff- oder Trimmtanks.
In F i g. 4 werden die von dem Druckkörper abgestrahlten Geräusche durch doppelt ausgezogene Pfeile dargestellt. Die Schallwellen dieser Geräusche durchlaufen die in den Tauch-, Treibstoff- oder Trimmtanks enthaltene Flüssigkeit und werden von der Innenseite der Außenhaut reflektiert, so daß diese Geräusche nicht nach außen abgestrahlt werden können.
F i g. 5 zeigt einen Ausschnitt der reflektierenden Außenhaut. ImFalle diesesBeispieles einer von innen mit Reflexionsmaterial belegten Blechhaut. Dabei bedeutet A = Außenhaut aus Blech, G = Gummiplatten, R = Reflexionsmaterial, z. B. Kork.
Die Korkplatten dienen als Träger der reflektierenden Luftschicht und werden zwischen zwei Gummiplatten aufgenommen, deren Ränder wasserdicht vulkanisiert werden. Der flache Luftraum zwischen den Gummiplatten reilektiert Wasserschall in beide Richtungen gleich gut.

Claims

Patentansprüche-1. Unterwasserfahrzeug und -gerät, dessen hydrodynamische Oberfläche derart gekrümmt ist, daß sie die annähernd in einer Ebene einfallenden Schallwellen in Richtungen reflektiert, die möglichst weit von der Einfallsrichtung abweichen, im Idealfall um mehr als 90', d a - durch gekennzeichnet, daß ein gashaltiger Zwischenräum zwischen der hydrodynamischen Oberfläche und angrenzenden Flüssigkeitsvorräten angeordnet ist.
2. Unterwasserfahrzeug und -gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche als Doppelwandung ausgeführt und mit Gas, z. B. Luft, oder mit gashaltigen Stoffen gefüllt wird, z. B. mit Kork, Schaumstoff oder Schaumbeton. 3. Unterwasserfahrzeug und -gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut selbst aus speziellem schallreflektierendem Material hergestellt wird, wie beispielsweise ariniertem Schaumbeton. In Betracht gezogene Druckschriften-USA.-Patentschrift Nr. 2 849 978; Bergmann: Der Ultraschall, S. 116, 117 und S. 384; F. Scherninsky: Die Welt des Schalles, 2. Auflage, 1943, S. 263.