DE1812290A1 - Unterwasserhorchgeraet mit neutralem Schwimmverhalten - Google Patents
Unterwasserhorchgeraet mit neutralem SchwimmverhaltenInfo
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Description
A 36 9oo b
21. Nov. 1968 . . .
Texas Instruments Incorporated, 13500 North Central Expressway,
Dallas, Texas, U.S.A.
Unterwasserhorchgerät mit neutralem Schwimmverhalten
Die Erfindung betrifft ein Unterwasserhorchgerät mit neutralem Schwimmverhalten, das durch ein Schiff unter der Wasseroberfläche *
gezogen werden kann und das aus einem langgestreckten flexiblen hohlen Gehäuse, dessen eines Ende an dem Schiff befestigt werden
kann, einer Vielzahl von Unterwasserhörapparaten, die in dem hohlen 'Gehäuse in Abständen in Längsrichtung des Gehäuses angeordnet
sind und einer Masse besteht, die den restlichen Raum innerhalb des hohlen Gehäuses ausfüllt.
Mit dem erfindungsgemässen Gerät, das, während es gezogen wird, auf vorbestimmten Tiefen unter der Wasseroberflache gehalten werden
kann, kann der Meeresgrund seismologisch erforscht werden.
der '
Bei/seismologischen Erforschung des Meeresbodens wird gewöhnlich
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ein langgestrecktes Unterwasserhorchgerät hinter einem Schiff nachgezogen,
um reflektierte seismologische Wellen aufzunehmen, die durch eine Explosion oder dergleichen erzeugt wurden. Eines der
erfolgreichsten bisher entwickelten Unterwasserhorchgeräte bestand aus einem flexiblen Rohr, in dessen Inneren eine Vielzahl von
Unterwasserhörapparaten in Längsrichtung in Abständen angeordnet waren, wobei der übrige Raum innerhalb des flexiblen Rohres mit
einer Flüssigkeit z.B. Kerosin oder einem anderen öl gefüllt war. Das das Rohr ausfüllende Kerosin hat ein spezifisches Gewicht, das
nahe bei demjenigen des Seewassers liegt, weshalb in dieser Weise aufgebaute Unterwasserhorchgeräte in Seewasser, das einen mittleren
Salzgehalt hat, ein relativ neutrales Schv/immverhalten zeigen.
Dieses neutrale Schwimmverhalten hat sich in sofern als sehr vorteilhaft erwiesen, als das Unterwasserhorchgerät in vorbestimmten
Tiefen unte· der Wasseroberfläche mit geringer Geräuschbildung nachgezogen
werden kann, ohne dass äussere Schwimmkörper oder Ballastgewichte notwendig waren.
Unterwasserhorchgeräte, die mit Kerosin gefüllt sind, zeigen jedoch
verschiedene Probleme während des Betriebs und hinsichtlich der Wartung, und zwar deswegen, weil kleine Risse oder Löcher
im äusseren Mantel zu einem Verlust an Flüssigkeit und schliesslich
zu einem Versagen des Horchgerätes führen. Ausserdem kann durch solche kleine Risse oder Löcher Seewasser in das Horchgerät
eindringen, wodurch ebenfalls die Körapparate beschädigt v/erden können. Aber auch dann, wenn der Mantel keine Löcher oder
Risse aufweist, führt die Verwendung von Kerosin oder anderen ölen
oft zu Schäden, da diese öle die Weichmacher aus dem flexiblen
Hantel oder Gehäuse und aus den Kunststoffüberzügen der Verbindungsdrähte
herauslaugen, wobei ferner, da diese öle brennbar sind, dauernd die Gefahr von Bränden oder Explosionen besteht. Die
bisher verwendeten Flüssigkeiten waren auch hinsichtlich ihrer
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akustischen Eigenschaften, die denen des umgebenden Wassers gleichkommen
sollen, nicht völlig zufriedenstellend.Ausserdem konnte das
spezifische Gewicht des Kerosins oder der anderen Flüssigkeiten nicht verändert werden, wodurch der Bau von Unterwasserhorchgeräten
ausgeschlossen wurde, die speziell in Wasser mit extrem hohem oder niedrigem Salzgehalt verwendbar v/aren.
Aufgrund der zahlreichen Probleme, die bei der Verwendung von |
flüssigkeitsgefüllten Unterwasserhorchgeräten auftraten, wurden Versuche gemacht, ein geeignetes Unterwasserhorchgerät zu entwikkeln,
das als Schwimmkörper Feststoffe verwendet. Diese Versuche führten jedoch nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen, da die
Feststoffe entweder zu feicht oder zu schwer waren, so dass zusätzliche
Gewichte oder Schwimmkörper erforderlich waren, die Geräuschbildung zur Folge hatten und zu Schwierigkeiten beim Ziehen
des Unterwasserhorchgerätes führten. Ausserdem waren zahlreiche T ^ststoffe, die als Schwimmkörper für die Unterwasserhorchgeräte
ve, endet wurden, stark kompressibel, so dass sie sich mit Wasser
füllten, wodurch der Auftrieb bei hohen V/asserdrücken verändert wurde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Unterwasserhorchgerät
zu schaffen, das die vorstehend aufgeführten Nachteile der bekannten Geräte vermeidet.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch ein festes polymeres ,
Material, dessen spezifisches Gewicht dem spezifischen Gewicht des Wassers angenähert ist, in welchem das Unterwasserhorchgerät
verwendet wird, so dass dieses unter der Wasseroberfläche ein
neutrales Schwimmverhalten aufweist.
Der langgestreckte hohle Mantel des Unterwasserhorchgerätes hat zweckmässigerweise einen gleichbleibenden Querschnittf wodurch fi
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eine Geräuschbildung unter V/asser vermieden wird. *
In dem festen polymeren Material ist zweckmässigerweise eine Vielzahl
von einzelnen, luftgefüllten Körpern gleichmässig verteilt, wobei dieses Polymermaterial den restlichen Raum innerhalb des
hohlen Gehäuses vollständig ausfüllt.
Vorteilhafterweise entspricht das spezifische Gewicht der Kombination
aus Polymermaterial und luftgefüllten Körperchen demjenigen des umgebenden Wassers, so dass das Gerät ein neutrales Schwimmverhalten
aufweist.
Das erfindungsgemässe Unterwasserhorchgerät kann unter der Wasseroberfläche
in einer vorgegebenen Tiefe gezogen werden, ohne dass äussere Ballastgewichte oder Schwimmkörper notwendig sind.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand.der Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemässes Unterwasserhorchgerät
zeigt, das in einer vorgegebenen Tiefe unter der Wasseroberfläche von einem Schiff gezogen wird, ohne Verwendung
zusätzlicher Gewichte oder Schwimmkörper an der Oberfläche.
Fig. 2 zeigt einen·Teilschnitt des Unterwasserhorchgerätes nach
Fig. 1.
Gemäss Fig. 1 zieht ein Schiff Io ein langgestrecktes Unterwasserhorchgerät
12 längs einer Schicht, die seismologiech untersucht werden soll. Das Unterwasserhorchgerät 12 ist an einem Zugseil I1J
befestigt, das von einer nicht gezeigten Führung von einer Haspel 16 abläuft, die an Bord des Schiffes Io montiert ist. Das Unterwasserhorchgerät
12 hat eine Länge von bis zu etwa 3 000 m (Io 000 Fuss). Erfindungsgemäss hat das Unterwasserhorchgerät 12 ein neu-
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trales Schwimmverhalten und kann somit in jeder gewünschten Tiefe
unter der Wasseroberfläche ohne Verwendung äusserer Schwimmkörper gezogen werden.
Ein Generator 18 zur Erzeugung einer seismologischen Störung ist an dem Schiff Io angebracht, um aufeinanderfolgend seismologische
Wellen zu erzeugen, die von der Schicht 2o reflektiert werden. Die nach oben reflektierten Wellen 21 werden von den in dem Unterwasserhorchgerät
12 installierten Hörapparten aufgenommen. Die Hörapparate erzeugen elektrische Signale, die den reflektierten
seismologischen Wellen entsprechen, wobei diese elektrischen Signale auf eine Schaltung an Bord des Schiffes Io gegeben werden,
wodurch man Angaben über die Eigenschaften der Schicht 2o erhält. Die seismologische Störung kann auch durch die Explosion von
Sprengstoffen erzeugt werden, welche in Abständen hinter dem Schiff Io nachgezogen werden.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Teils des Unterwasserhorchgerätes
12. Das Horchgerät 12 weist einen rohrförmigen Mantel 22 aus Kunststoff oder Gummi auf, der über seine gesamte Länge einen
gleichbleibenden Querschnitt hat, um während des Ziehens eine Geräuschbildung zu vermeiden. Ein Unterwasserhörapparat 24 ist innerhalb
des Mantels 22 angeordnet, um elektrische Signale entsprechend den reflektierten seismologischen Wellen zu erzeugen. Der
Hörapparat 24 kann einer der vielen bekannten Hörapparate sein,
die gewöhnlich bei der seismologischen Forschung verv/endet werden. Obwohl nur ein Hörapparat 24 dargestellt ist,ist selbstverständlich
eine grosse Zahl weiterer Hörapparate in dem Unterwasserhorchgerät
12 in Abständen in dessen Längsrichtung angeordnet.
Die elektrischen Ausgangssignale des Hörapparates 24 werden über
isolierte Dräte auf eine an Bord des Schiffes Io angeordnete
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Schaltung gegeben. Die Drähte oder Kabel eines jeden Hörapparates sind zu Bündeln 26 und 28 zusammengefasst, die durch den Mantel
22 hindurch und bis zu der Schaltung an Bord des Schiffes Io verlaufen.
Jeder der Hörapparate 21I ist unter Verwendung von ringförmigen
Bändern 30 zwischen den Drahtbündeln 26 und 28 angeordnet
und gehalten. Auf jeder Seite eines jeden Hörapparates 21I ist ein
ringförmiges Distanzstück 32 bzw. 34 aus Kunststoff angeordnet,
und es sind weitere zusätzliche Distanzstücke 35 (von denen nur eines gezeigt ist) in Abständen in Längsrichtung des Unterwasserhorchgerätes
angeordnet. Drähte 36 verbinden die Distanzstücke.
Wie bereits gesagt, waren die bisherigen Unterwasserhorchgeräte mit Flüssigkeiten wie z.B. Kerosin gefüllt, wobei die Flüssigkeit
den gesamten restlichen Raum im Innern des Horchgerätes ausfüllt.
Erfindungsgemäss wird dagegen der restliche Raum innerhalb des
Mantels 22. mit einem festen Polymer-Material 42 ausgefüllt, dessen
spezifisches Gewicht angenähert dem spezifischen Gewicht des Wassers ist, in welchem das Unterwasserhorchgerät gezogen werden soll.
Der Ausdruck "Polymer" stellt einen Gattungsbegriff dar, der sämtliche
Substanzen umfasst, die aus einem flüssigen Stoff oder Stoffgemisch polymerisieren oder kopolymerisieren, um ein festes
oder elastomeres Material zu bilden.
Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, kleine luftgefüllte Kugeln innerhalb des gesamten Polymer-Materials 42
zu verteilen, das von dem Mantel 22 umgeben ist. Es wird eine ausreichende Menge dieser luftgefüllten Kugeln vorgesehen, um den
Unterwasserhorchgerät 12 ein neutrales Schwimmverhalten zu geben. Die hohlen Kugeln haben eine ausreichende Druck- und Biegefestigkeit,
um den Querschnitt des Mantels 22 praktisch konstant zu halten, und zwar auch in Wassertiefen, in denen der Druck auf das
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Unterwasserhorchgerät extrem hoch ist.
Beim erfindungsgemässen Horchgerät sind die Hörapparate 2k innerhalb
des Mantels 22 längs der Tragbündel 26 und 28 angeordnet, wobei ferner Distanzstücke 32 und 3^ mit dem dazugehörigen Aufbau
vorgesehen sind. Die Polymermasse und die gewünschte Menge an kleinen Hohlkugeln werden in flüssigem Zustand gemischt und
danach in den Mantel 22 eingegossen, um den gesamten übrigen Raum λ
innerhalb des Mantels 22 zu füllen. Das Gemisch kann in dem Mantel 22 aushärten, wodurch ein praktisch nicht kompressibles , jedoch
trotzdem ausreichend flexibles Unterwasserhorchgerät 12 gebildet wird, das ein neutrales Schwimmverhalten aufweist und das
ausgezeichnete akustische Eigenschaften unter Wasser besitzt.
Es kann irgend ein geeigneter Kunststoff oder ein geeignetes Elastomer als Füllmasse verwendet werden, in der die luftgefüllten
Kugeln verteilt sind. Beispielsweise können bei Raumtemperatur vulkanisierende Siliziumgummis und Silizium-Gels verwendet
we den, wie z.B. das unter den Warennamen "Sylgard 51 Dielektric
Gel" und "Dow Corning 96-o35 RTV Encapsulant" von der Dow
Corning Corporation, Midland, Michigan, U.S.A., vertriebene Ma- \
terial, das für diesen Zweck eignet.Ausserdem können andere Materialien,
ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, wie z.B. Polybutadien und Polyurethan vorteilhafterweise als Polymermasse
verwendet werden.
Das Material, aus dem die luftgefüllten Kugeln hergestellt werden,
wird, entsprechend der gewünschten Druck- und Biegefestigkeit und
ferner entsprechend dem gewünschten spezifischen Gewicht und der Wasserabsorbtion ausgewählt. Die kleinen Hohlkugeln haben dDurchmesser
im Bereich von etwa 3o bis 3oo Mikron, es können jedoch auch Kugeln mit etwas anderen Durchmessern in manchen Fällen er-
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f orderlich eein. Die Kugeln können aus Glas, Phenolharz, Epoxyharz
oder Polyäthylen hergestellt sein. Besonders geeignet sind die kleinen hohlen Glaskugeln, die "Eccospheres" bezeichnet werden,
und die von der PirmaEmerson & Cuming Inc., Canton,
Massachusetts, U.S.A., hergestellt und verkauft v/erden.
Wie oben erläutert, wird eine geeignete Kunststoffmasse mit einer geeigneten Menge kleiner Hohlkörper gemischt, so dass das resultierende
spezifische Gewicht des Gemisches dem spezifischen Gewicht des Wassers entspricht, in welches das Unterwasserhorchgerät
eingetaucht wird. Beispielsweise kann ein bei Raumtemperatur vulkanisierender Siliziumgummi oder ein Silizium-Gel mit einer
ausreichender Menge von luftgefüllten Glaskugeln gemischt werden, welche Durchmesser von etwa 3o bis 300 Mikron aufweisen, wodurch
sich ein spezifisches Gewicht des Gemisches im Bereich von etwa o,72 bis o,82 g je cm ergibt. Im allgemeinen ist ein spezifisches
Gewicht zwischen 0,76 und 0,82 g je citr erwünscht. Die Polymer-Masse
und die in dieser verteilten hohlen Kugeln wird dann in Abschnitte des Mantels bzw. Gehäuses eingegossen und kann an
Ort und Stelle um die einzelnen Teile der Hörapparate herum polymerisieren.
Das so hergestellte erfindungsgemässe Unterwasserhorchgerät hat
mehrere Vorteile gegenüber den bisher bekannten Geräten· Beispielsweise
kann das relative spezifische Gewicht des Unterwasserhorchgerätes vorbestimmt werden, um dem Horchgerät in Salzwasser,
das einen sehr hohen Salzgehalt hat, ein neutrales Schwimmverhalten BU erteilen. Ausserdem können kleine Löcher oder
Risse im Autsentnantel keinen Einfluss mehr auf das erfindungsge-'
Bisse Horchgerät ausüben. Das feste Polymer-MaterlAl 1st nicht
. feuergefährlich und gibt dem Unterwasserhorchgerät tuch bti veränderlichen Wasserdrücken einen praktisch konstanten Querschnitt.
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Die akustischen Eigenschaften kommen denen des umgebenden Wassers sehr nahe, wodurch der Empfang der reflektierten seismologischen
Wellen verbessert wird.
Durch die Verwendung von festem Polymer-Material wird ferner das Eindringen von Salzwasser in das Horchgerät verhindert, wodurch
die Probleme beim Betrieb und bei der Wartung ausgeschaltet sind, die bisher durch das Eindringen von Salzwasser und die damit ver- {
bundene Beschädigung der Fühlerelemente innerhalb des Horchgerätes auftraten. Die Drahtbündel innerhalb des Horchgerätes sind
aufgrund der Stützkraft des sie umgebenden Polymer-Materials entlastet, was einen bedeutenden Vorteil gegenüber den bisherigen
flüssigkeitsgefüllten Unterwasserhorchgeräten darstellt. Die Polymer-Masse und die luftgefüllten Kugeln gehen keine chemische
Reaktion mit den Hörapparaten ein, weshalb das erfindungsgemässe Unterwasserhorchgerät eine sehr lange Lebensdauer hat und praktisch
wartungsfrei ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind Änderungen möglich, ohne von den Ansprüchen abzuweichen.
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Claims (8)
1. Unterwasserhorchgerät9 das durch ein Schiff unter der Wasseroberfläche
gezogen werden kann, und das aus einem langgestreckten flexiblen hohlen Mantel, dessen eines Ende an dem Schiff
befestigt werden kann, einer Vielzahl von Hörapparaten, die innterhalb des hohlen Mantels in Abständen in dessen Längsrichtung
angeordnet sind und einer Substanz besteht, die den übrigen Raum innerhalb dieses hohlen Mantels ausfüllt, dadurch
gekennzeichnet, dass diese Substanz aus einem festen Polymer-Material (*12) besteht, dessen spezifisches Gewicht dem spezifischen
Gewicht des Wassers angenähert ist, in welchem das Unterwasserhorchgerät verwendet wird, so dass dieses unter der
Wasseroberfläche im Zustand eines neutralen Sehwimmverhaltens
gehalten werden kann.
2. Unterwasserhorchgerät nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet,
dass die akustischen Eigenschaften des festen Polymer-Mäerials
den akustischen Eigenschaften des Wassers angenähert sind, in welchem das Unterwasserhorchgerät verwendet wird.
3. Unterwasserhorchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der hohle Mantel 22 über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Kreisquerschnitt aufweist.
4. Unterwasserhorchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hörapparate (24) entsprechend an isolierte Drähte angeschlossen sind, um elektrische Signale
• abzugeben, die von ihnen in an sich bekannter V/eise erzeugt
wurden, und das« die isolierten Drähte (56,28) innerhalb dieses
hohlen Mantels (22) in das feste Polymer-Material (*I2) eingebettet
sind.
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5. Unterwasserhorchgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von luftgefüllten, blaeenförmigen Partikeln in dem gesamten Polymer-Material verteilt sind.
6. Unterwasserhorchgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass das spezifische Gewicht der Kombination aus diesem Polymer-Material und diesen luftgefüllten, blasenförmigen Partikeln *
im Bereich von o,72 bis etwa 0,82 g je car liegt.
7· Unterwasserhorchgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die luftgefüllten,blasenförmigen Partikel aus
Kunststoff bestehen, und dass ihre Durchmesser im Bereich von etwa 3o bis etwa 3oo Mikron liegen.
8. Unterwasserhorchgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die luftgefüllten, blaeenförmigen Partikel aus
Qlas bestehen, und dass ihre Durchmesser im Bereich von etwa
3o bis etwa 3oo Mikron liegen.
9· Unterwasserhorchgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfestigkeit des Polymer-Materials und der luftgefüllten, blasenförmigen Partikel aus-
reichend ist, um die Querschnittsform des flexiblen Mantels
(22) auch bei hohen Wasserdrücken aufrecht zu erhalten. ,
Io. Unterwasserhorchgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9· dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer-Material und die luftgefüllten, blasenförmigen Partikel in flüssigem Zustand in den
langgestreckten flexiblen bohlen Mantel einfüllbar sind, und dass sie an Ort und Stelle in einen festen Zustand aushärtbar
sind.
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| EP1182725A2 (de) * | 2000-08-25 | 2002-02-27 | STN ATLAS Elektronik GmbH | Unterwasserantenne |
| EP1182725A3 (de) * | 2000-08-25 | 2008-01-02 | ATLAS ELEKTRONIK GmbH | Unterwasserantenne |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US3480907A (en) | 1969-11-25 |
| GB1228227A (de) | 1971-04-15 |
| FR1594457A (de) | 1970-06-01 |
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